大學計算機——應用、計算與思維（第2版）人工智能版

李蓓，河南城建學院計算機與數據科學學院公共計算機教學中心主任。在“大學計算機基礎”課程的教學上有10多年的探索和教學經驗。自2012年起致力於該課程的教學改革，成功主持了校級在線開放課程、校級課程思政示範課、課程思政教學團隊的建設，並且完成了多本教材的編寫與出版工作。主持和參與了多個省部級科技攻關項目和教學改革項目。獲省級教學成果獎二等獎，河南省教育系統教學技能競賽一等獎及“河南省教學標兵”稱號，獲全國高校數字創意教學技能大賽二等獎。

第 1章 計算機基礎知識 5

1.1 計算機是什麼 6

1.1.1 信息系統的基礎 6

1.1.2 數據處理機 7

1.1.3 具有程序能力的數據處理機 7

1.2 計算機的誕生與發展 8

1.2.1 歷史上的自動計算裝置 8

1.2.2 第 一臺電子計算機 9

1.2.3 現代計算機 10

1.3 數制和信息編碼 12

1.3.1 常用數制 12

1.3.2 數制的相關概念 13

1.3.3 計算機與二進制 13

1.3.4 數制間的轉換 14

1.3.5 二進制數的運算 16

1.3.6 數值型數據的表示及處理 18

1.3.7 文字的表示及處理 22

1.3.8 音頻的表示及處理 28

1.3.9 圖形圖像的表示及處理 30

1.4 計算思維基礎 35

1.4.1 計算技術與計算系統的奠基性思維 35

1.4.2 通用計算環境的進化思維 36

1.4.3 交替促進與共同進化的問題求解思維 36

1.4.4 計算與社會/自然環境的融合思維 37

1.4.5 網絡化思維與數據化思維 37

1.5 計算機新技術 38

1.5.1 區塊鏈 38

1.5.2 虛擬現實 39

1.5.3 數字孿生 40

本章小結 41

習題 41

第 2章 計算機系統 43

2.1 現代計算機系統 43

2.1.1 計算機的分類 44

2.1.2 計算機系統的組成 46

2.2 計算機的硬件系統 46

2.2.1 CPU——解釋執行指令的引擎 47

2.2.2 存儲器——按地址自動存取信息的部件 48

2.2.3 I/O設備——與計算機進行數據傳輸的硬件 51

2.3 計算機的軟件系統 52

2.3.1 系統軟件 53

2.3.2 應用軟件 54

2.4 計算機的基本工作原理 55

2.4.1 圖靈機的基本思想 55

2.4.2 馮·諾依曼計算機 56

2.5 操作系統 57

2.5.1 操作系統對計算機資源的管理 57

2.5.2 操作系統對計算機資源的協同 62

2.5.3 操作系統的發展過程 62

2.5.4 典型操作系統 63

2.6 未來計算機系統 68

2.6.1 現代計算機系統的局限性 68

2.6.2 未來計算機系統發展趨勢 69

本章小結 71

習題 71

第3章 算法與程序設計 72

3.1 我國古典數學 72

3.2 算法概述 73

3.2.1 算法的概念 73

3.2.2 算法的特征 74

3.2.3 算法的描述 75

3.2.4 算法的評價 76

3.3 算法策略 77

3.3.1 循環 77

3.3.2 遞歸 82

3.4 人工智能經典算法 87

3.4.1 K鄰近分類算法 88

3.4.2 決策樹分類算法 89

3.4.3 K均值聚類算法 91

3.5 程序設計 93

3.5.1 程序設計概述 93

3.5.2 程序設計典範 95

3.5.3 程序設計語言分類 96

本章小結 97

習題 97

第４章 人工智能基礎 100

4.1 人工智能概述 100

4.1.1 人工智能的發展根基 101

4.1.2 人工智能的發展歷程 101

4.2 人工智能三要素 103

4.2.1 數據驅動 103

4.2.2 硬件支撐 104

4.2.3 軟件支持 105

4.3 人工智能關鍵技術 106

4.3.1 計算機視覺技術 106

4.3.2 自然語言處理技術 108

4.3.3 機器學習方法 109

4.3.4 知識圖譜構建 111

4.3.5 深度學習架構 114

4.4人工智能應用 116

4.4.1 智慧手術 116

4.4.2 智慧出行 118

4.4.3 智慧教育 120

4.4.4 智慧星際 122

4.4.5 智慧生態 124

4.5 人工智能發展挑戰 125

本章小結 126

習題 126

第5章 雲計算與大數據 127

5.1 什麼是雲計算與大數據 127

5.1.1 雲計算的定義與發展 127

5.1.2 大數據的定義與特征 129

5.1.3 雲計算與大數據的關系 131

5.2 雲計算的核心技術 132

5.2.1 虛擬化技術 132

5.2.2 分布式存儲與計算 133

5.2.3 網絡技術與資源調度 135

5.3 大數據的關鍵技術 136

5.3.1 數據采集與存儲 137

5.3.2 數據處理與分析 141

5.3.3 大數據可視化 146

5.4 雲計算與大數據的典型應用 148

5.4.1 日常生活中的雲計算 148

5.4.2 大數據在社會中的應用 149

5.5 雲計算與大數據的未來趨勢 151

5.5.1 雲原生技術與無服務器架構 151

5.5.2 人工智能與大數據的深度融合 152

5.5.3 數據隱私與安全的挑戰 153

本章小結 153

習題 154

第6章 計算機網絡 155

6.1 網絡概述 155

6.1.1 計算機網絡和通信技術 156

6.1.2 計算機網絡的性能指標 158

6.2 計算機網絡基礎 158

6.2.1 Internet發展史 159

6.2.2 計算機網絡的分類 159

6.2.3 OSI網絡參考模型 163

6.2.4 Internet的體系結構 165

6.2.5 Internet的組成和邏輯結構 166

6.3 Internet技術及示例應用 167

6.3.1 Internet典型服務和應用 167

6.3.2 Internet在智能交通中的應用 169

6.4 網絡行為安全 171

6.4.1 網絡行為安全基本概念 172

6.4.2 數字時代個人信息全方位防護 172

6.5 物聯網技術 173

6.5.1 物聯網技術概述 173

6.5.2 物聯網的組成 174

6.5.3 物聯網相關技術 175

6.5.4 物聯架構驅動的智能家居應用 177

6.5.5 物聯網未來發展 179

本章小結 180

習題 180

第7章 WPS辦公軟件 182

7.1 WPS公共功能 182

7.1.1 從“WPS首頁”開始辦公 183

7.1.2 在WPS中新建、訪問和管理文檔 184

7.1.3 WPS的文檔編輯界面 185

7.2 WPS文字處理 187

7.2.1 創建並編輯文檔 187

7.7.2 文檔格式化 190

7.2.3 長文檔編輯 194

7.3 WPS電子表格 200

7.3.1 WPS表格基礎 200

7.3.2 公式與函數 204

7.3.3 數據分析與處理 207

7.4 WPS 演示文稿 212

7.4.1 演示文稿基本操作 212

7.4.2 演示文稿排版與設計 214

7.4.3 演示文稿交互與優化 217

7.5 WPS AI 219

1. 智能寫作 219

2. 智能排版 220

3. 智能數據分析 220

4. 智能演示文稿制作 220

本章小結 221

習題 221