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| 編輯推薦： |
本书依据《新时代大学计算机基础课程教学基本要求》（2023版），从计算系统基本原理、Python程序设计、计算思维与问题求解、计算机网络与物联网、数据分析与可视化、人工智能与大模型、信息安全与隐私保护等维度构建教材内容，在强化对学生计算思维能力培养的同时，推进物联网、大数据和人工智能等新技术的普及与应用。
本书内容上与时俱进，实践中注重创新，将Python编程贯穿教材始终，通过大量编程实例强化对学生计算思维能力的培养，增强学生对新一代信息技术的理解能力。本书紧扣课程主题，多方位凝练思政要素，聚焦创新素养、工匠精神与家国情怀的养成。
本书可作为高等院校“大学计算机基础”“Python大数据分析”“人工智能通识基础”等课程的教材，还可作为新一代信息技术研究人员的入门参考书。本书依据高等学校大学计算机课程教学指导委员会编写的 《新时代大学计算机基础课程教学基本要求》布局教材内容。
本书内容与时俱进、守正创新，在强化学生计算思维能力培养的同时，增强学生利用互联网技术解决实际问题的能力。
本书强化实践，将Python编程贯穿教材始终，通过大量编程实例增强学生对互联网、物联网、大数据、人工
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| 目錄：
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第1章计算系统的基本原理1
1.1计算系统的发展1
1.1.1单计算机系统1
1.1.2多计算机系统2
1.2单计算机系统模型4
1.2.1图灵机模型4
1.2.2冯·诺依曼体系5
1.2.3量子计算体系7
1.3单计算机系统的组成8
1.3.1计算机硬件9
1.3.2计算机软件13
1.4信息的数字化编码17
1.4.1计算机的数制17
1.4.2进制数的转换18
1.4.3字符编码22
1.4.4字形编码27
1.4.5语音和图像编码29
1.5计算机的基本运算31
1.5.1计算机的逻辑运算31
1.5.2计算机的算术运算32
1.6本章小结36
习题136
第2章Python程序设计初步39
2.1指令与程序39
2.1.1指令与指令系统39
2.1.2程序与程序语言41
2.2程序语言与编程环境42
2.2.1程序语言的选择422.2.2Python编程环境44
2.3Python程序设计初步48
2.3.1公式与函数计算48
2.3.2Python程序的组成53
2.3.3Python的标识符与保留字54
2.3.4Python的缩进与跨行55
2.3.5Python的数据类型简介56
2.3.6Python的运算符及优先级58
2.3.7Python控制台输入输出61
2.3.8Python程序的复合语句64
2.4Python的组合数据类型67
2.4.1字符串67
2.4.2列表68
2.4.3元组70
2.4.4字典和集合71
2.5Python的函数与文件73
2.5.1函数和模块73
2.5.2文件输入输出77
2.6Python的错误与异常79
2.7本章小结83
习题283
目录〖3〗第3章计算思维与问题求解85
3.1计算思维85
3.2问题求解方法86
3.2.1传统的问题求解方法87
3.2.2计算机的问题求解方法88
3.3问题描述与程序控制90
3.3.1问题描述90
3.3.2流程图91
3.3.3程序控制结构92
3.4数据结构与算法设计97
3.4.1数据结构97
3.4.2算法设计102
3.5经典算法及其Python实现103
3.5.1枚举算法103
3.5.2贪心算法105
3.5.3迭代算法107
3.5.4递归算法108
3.5.5排序算法112
3.5.6查找算法116
3.6程序设计与调试118
3.6.1程序设计118
3.6.2代码复用119
3.6.3程序调试120
3.7本章小结120
习题3121
第4章Python程序设计进阶123
4.1面向对象程序设计123
4.1.1面向对象程序设计的基本思想123
4.1.2Python中的面向对象125
4.2时间模块与随机数模块131
4.2.1time模块131
4.2.2datetime模块134
4.2.3calendar模块136
4.2.4随机数模块138
4.3os模块和sys模块141
4.3.1os模块141
4.3.2sys模块142
4.4NumPy模块和Panda模块143
4.4.1NumPy的基本数据类型144
4.4.2NumPy的ndarray数据类型145
4.4.3NumPy数组的操作146
4.4.4Panda数组的操作151
4.5Python对文档的操作154
4.5.1对Word的操作154
4.5.2对Excel的操作156
4.5.3对XML的操作160
4.5.4对SQLite的操作162
4.6本章小结164
习题4164
第5章计算机网络与物联网167
5.1计算机网络的概念与体系167
5.1.1计算机网络的概念和分类167
5.1.2计算机网络的体系结构169
5.1.3计算机网络的数据封装171
5.2计算机网络协议173
5.2.1网络节点身份标识协议173
5.2.2网络节点数据传输协议176
5.2.3网络资源共享协议183
5.3计算机网络设备188
5.3.1网内互连设备188
5.3.2网间互连设备191
5.4物联网的概念与体系193
5.4.1物联网的概念与特征193
5.4.2物联网的起源与发展195
5.5物联网感知技术197
5.5.1物联网感知模型197
5.5.2传感器的分类197
5.6物联网标识技术201
5.6.1一维码201
5.6.2一维码实例: EAN202
5.6.3二维码208
5.6.4射频识别技术211
5.7卫星定位技术215
5.7.1卫星定位系统的构成215
5.7.2卫星定位的原理216
5.8物联网的典型应用217
5.8.1二维码支付217
5.8.2刷卡乘车218
5.8.3手机导航与计步218
5.9本章小结219
习题5219
第6章大数据分析与可视化222
6.1大数据的概念与特征222
6.2大数据的存储方法223
6.2.1大数据的关系数据库存储224
6.2.2大数据的云存储228
6.2.3大数据的并行处理236
6.3大数据分析技术238
6.3.1数据预处理238
6.3.2大数据分析方法242
6.3.3大数据分析的典型实例244
6.4大数据分析可视化249
6.4.1调查问卷的设计与分析可视化249
6.4.2电子表格的数据分析可视化252
6.4.3基于平台的数据分析可视化253
6.5基于turtle模块的大数据可视化258
6.5.1turtle模块的主要函数258
6.5.2基于turtle库的分形图绘制259
6.5.3基于turtle库的中文点阵汉字绘制261
6.5.4基于turtle库的同切圆绘制263
6.5.5基于turtle库的“贪吃蛇”游戏设计264
6.6基于matplotlib模块的大数据可视化266
6.6.1matplotlib的主要函数266
6.6.2matplotlib绘制统计图267
6.6.3matplotlib绘制一维条形码276
6.7本章小结277
习题6277
第7章人工智能与大模型279
7.1人工智能的产生与发展279
7.1.1人工智能的产生279
7.1.2人工智能的发展280
7.1.3人工智能的定义282
7.2人工智能的核心技术283
7.2.1专家系统283
7.2.2神经网络286
7.2.3深度神经网络287
7.2.4机器学习290
7.2.5自然语言处理292
7.3人工智能大模型293
7.3.1人工智能大模型的发展293
7.3.2Transformer模型295
7.3.3GPT模型295
7.3.4典型大模型系统297
7.4人工智能的典型应用298
7.4.1模糊控制专家系统298
7.4.2计算机视觉301
7.4.3人机对战302
7.4.4机器翻译303
7.5本章小结303
习题7304
第8章信息安全与隐私保护306
8.1信息安全的概念和体系306
8.1.1信息安全的概念306
8.1.2信息安全体系308
8.2数据加密模型与方法310
8.2.1数据加密模型310
8.2.2数据加密方法311
8.3认证与授权321
8.3.1身份认证321
8.3.2访问控制323
8.4数字签名325
8.4.1数字签名的作用326
8.4.2数字签名的过程326
8.5区块链327
8.5.1区块链的技术特征328
8.5.2区块链的功能329
8.5.3区块链的定义与结构330
8.5.4区块链的应用332
8.6信息伦理与道德法律334
8.7本章小结336
习题8336
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| 內容試閱：
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近年来，以物联网、大数据、云计算、人工智能和区块链为代表的新一代信息技术在人文社科、经济金融、工商管理、自然科学、工程技术等许多领域引发了一系列的革命性突破，并不断与各类专业交叉融合，涌现了新工科、新文科、新医科和新农科 “四新”专业体系。这些专业对新一代信息技术的需求有增无减，“课程体系如何契合专业需求、课程内容如何融合新兴技术”面临巨大挑战，迫切需要将新一代信息技术融入大学计算机课程体系和内容之中，在强化大学生的计算思维能力培养的同时，进一步实现对大学生的新一代信息技术赋能。
本书共8章，遵循高等学校大学计算机课程教学指导委员会（简称教指委）研发的《新时代大学计算机基础课程教学基本要求》，从信息与社会、平台与计算、程序与算法、数据与智能四个维度布局教材内容，将物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术融入教材之中，目的是朝着以计算思维培养和新一代信息技术赋能为目标的大学计算机课程改革方向迈进。教材内容涵盖了计算系统基本原理、Python程序设计、计算思维与问题求解、计算机网络与物联网、数据分析与可视化、人工智能与大模型、信息安全与隐私保护等知识单元。
本书可作为高等学校“大学计算机基础”“计算机文化基础”“信息技术基础”“Python大数据分析”等大一公共基础课程和专业通识类课程的教材。具体教学内容及最低教学和实验学时可以根据不同专业进行弹性调整。
本书的主要特色: 一是与时俱进，从新一代信息技术的原理和应用视角，构建教材内容；二是守正创新，在强化学生计算思维能力培养的同时，增强学生利用互联网技术解决实际问题的能力；三是强化实践，将Python编程贯穿教材始终，通过大量编程实例增强学生对互联网、物联网和大数据的理解能力；四是紧扣课程思政主题，多方位凝练思政要素，聚焦创新素养、工匠精神与家国情怀的养成。
在本书的编写过程中使用了教指委的部分研究成果、互联网素材，以及西安交通大学计算机教学实验中心、物联网与信息安全研究所的部分材料，在此深表谢意。
由于编者的技术、文字表达水平有限，书中难免存在疏漏或不妥之处，敬请读者指出。为方便教学，本书还配有课程大纲、电子教案、习题解答、实验案例等教学资源，读者可以在清华大学出版社网站（http://www.tup.tsinghua.edu.cn/）下载。
编者于西安交通大学2024年10月
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