大學計算與人工智能

桂小林，博士，教授，博士生導師，曾任西安交通大學電信學院副院長，現任計算機國家教學示範中心主任，陜西省計算機網絡重點實驗室主任。榮獲教育部新世紀優秀人才，陜西省三秦人才，王寬誠育才獎，寶鋼優秀教師獎，陜西省教學名師獎。目前擔任教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會秘書長，教育部教學信息化與教學方法創新指導委員會委員，教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會物聯網工程專業研究專家組委員，全國高校人工智能與大數據創新聯盟副理事長，CPEC聯合會副理事長，信息技術新工科聯盟物聯網工委主任，中國工程教育認證專家。 主要研究方向包括邊雲協同計算、網絡與信息安全、物聯網與大數據理論等。主持各類科研項目40餘項，發表SCI論文70餘篇，授權發明專利30餘項，出版著作2部、教材9部。榮獲國家級教學成果一等獎1項，省教學成果3項，省部科學技術獎3項。

目錄

 

 

第1章計算系統的基本原理1

1.1計算系統的發展1

1.1.1單電腦系統1

1.1.2多電腦系統2

1.2單電腦系統模型4

1.2.1圖靈機模型4

1.2.2馮·諾依曼體系5

1.2.3量子計算體系7

1.3單電腦系統的組成8

1.3.1電腦硬件9

1.3.2電腦軟件13

1.4信息的數字化編碼17

1.4.1電腦的數制17

1.4.2進制數的轉換18

1.4.3字符編碼22

1.4.4字形編碼27

1.4.5語音和圖像編碼29

1.5電腦的基本運算31

1.5.1電腦的邏輯運算31

1.5.2電腦的算術運算32

1.6本章小結36

習題136

第2章Python程序設計初步39

2.1指令與程序39

2.1.1指令與指令系統39

2.1.2程序與程序語言41

2.2程序語言與編程環境42

2.2.1程序語言的選擇422.2.2Python編程環境44

2.3Python程序設計初步48

2.3.1公式與函數計算48

2.3.2Python程序的組成53

2.3.3Python的標識符與保留字54

2.3.4Python的縮進與跨行55

2.3.5Python的數據類型簡介56

2.3.6Python的運算符及優先級58

2.3.7Python控制台輸入輸出61

2.3.8Python程序的復合語句64

2.4Python的組合數據類型67

2.4.1字符串67

2.4.2列表68

2.4.3元組70

2.4.4字典和集合71

2.5Python的函數與文件73

2.5.1函數和模塊73

2.5.2文件輸入輸出77

2.6Python的錯誤與異常79

2.7本章小結83

習題283

目錄〖3〗第3章計算思維與問題求解85

3.1計算思維85

3.2問題求解方法86

3.2.1傳統的問題求解方法87

3.2.2電腦的問題求解方法88

3.3問題描述與程序控制90

3.3.1問題描述90

3.3.2流程圖91

3.3.3程序控制結構92

3.4數據結構與算法設計97

3.4.1數據結構97

3.4.2算法設計102

3.5經典算法及其Python實現103

3.5.1枚舉算法103

3.5.2貪心算法105

3.5.3迭代算法107

3.5.4遞歸算法108

3.5.5排序算法112

3.5.6查找算法116

3.6程序設計與調試118

3.6.1程序設計118

3.6.2代碼復用119

3.6.3程序調試120

3.7本章小結120

習題3121

第4章Python程序設計進階123

4.1面向對象程序設計123

4.1.1面向對象程序設計的基本思想123

4.1.2Python中的面向對象125

4.2時間模塊與隨機數模塊131

4.2.1time模塊131

4.2.2datetime模塊134

4.2.3calendar模塊136

4.2.4隨機數模塊138

4.3os模塊和sys模塊141

4.3.1os模塊141

4.3.2sys模塊142

4.4NumPy模塊和Panda模塊143

4.4.1NumPy的基本數據類型144

4.4.2NumPy的ndarray數據類型145

4.4.3NumPy數組的操作146

4.4.4Panda數組的操作151

4.5Python對文檔的操作154

4.5.1對Word的操作154

4.5.2對Excel的操作156

4.5.3對XML的操作160

4.5.4對SQLite的操作162

4.6本章小結164

習題4164

第5章電腦網絡與物聯網167

5.1電腦網絡的概念與體系167

5.1.1電腦網絡的概念和分類167

5.1.2電腦網絡的體系結構169

5.1.3電腦網絡的數據封裝171

5.2電腦網絡協議173

5.2.1網絡節點身份標識協議173

5.2.2網絡節點數據傳輸協議176

5.2.3網絡資源共享協議183

5.3電腦網絡設備188

5.3.1網內互連設備188

5.3.2網間互連設備191

5.4物聯網的概念與體系193

5.4.1物聯網的概念與特徵193

5.4.2物聯網的起源與發展195

5.5物聯網感知技術197

5.5.1物聯網感知模型197

5.5.2傳感器的分類197

5.6物聯網標識技術201

5.6.1一維碼201

5.6.2一維碼實例: EAN202

5.6.3二維碼208

5.6.4射頻識別技術211

5.7衛星定位技術215

5.7.1衛星定位系統的構成215

5.7.2衛星定位的原理216

5.8物聯網的典型應用217

5.8.1二維碼支付217

5.8.2刷卡乘車218

5.8.3手機導航與計步218

5.9本章小結219

習題5219

第6章大數據分析與可視化222

6.1大數據的概念與特徵222

6.2大數據的存儲方法223

6.2.1大數據的關系數據庫存儲224

6.2.2大數據的雲存儲228

6.2.3大數據的並行處理236

6.3大數據分析技術238

6.3.1數據預處理238

6.3.2大數據分析方法242

6.3.3大數據分析的典型實例244

6.4大數據分析可視化249

6.4.1調查問捲的設計與分析可視化249

6.4.2電子表格的數據分析可視化252

6.4.3基於平臺的數據分析可視化253

6.5基於turtle模塊的大數據可視化258

6.5.1turtle模塊的主要函數258

6.5.2基於turtle庫的分形圖繪制259

6.5.3基於turtle庫的中文點陣漢字繪制261

6.5.4基於turtle庫的同切圓繪制263

6.5.5基於turtle庫的“貪吃蛇”游戲設計264

6.6基於matplotlib模塊的大數據可視化266

6.6.1matplotlib的主要函數266

6.6.2matplotlib繪制統計圖267

6.6.3matplotlib繪制一維條形碼276

6.7本章小結277

習題6277

第7章人工智能與大模型279

7.1人工智能的產生與發展279

7.1.1人工智能的產生279

7.1.2人工智能的發展280

7.1.3人工智能的定義282

7.2人工智能的核心技術283

7.2.1專家系統283

7.2.2神經網絡286

7.2.3深度神經網絡287

7.2.4機器學習290

7.2.5自然語言處理292

7.3人工智能大模型293

7.3.1人工智能大模型的發展293

7.3.2Transformer模型295

7.3.3GPT模型295

7.3.4典型大模型系統297

7.4人工智能的典型應用298

7.4.1模糊控制專家系統298

7.4.2電腦視覺301

7.4.3人機對戰302

7.4.4機器翻譯303

7.5本章小結303

習題7304

第8章信息安全與隱私保護306

8.1信息安全的概念和體系306

8.1.1信息安全的概念306

8.1.2信息安全體系308

8.2數據加密模型與方法310

8.2.1數據加密模型310

8.2.2數據加密方法311

8.3認證與授權321

8.3.1身份認證321

8.3.2訪問控制323

8.4數字簽名325

8.4.1數字簽名的作用326

8.4.2數字簽名的過程326

8.5區塊鏈327

8.5.1區塊鏈的技術特徵328

8.5.2區塊鏈的功能329

8.5.3區塊鏈的定義與結構330

8.5.4區塊鏈的應用332

8.6信息倫理與道德法律334

8.7本章小結336

習題8336