计算科学导论

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第一部分核 心 知 识

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第1章计算工具和计算科学

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1.1计算机的发展

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1.1.1早期的计算工具

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1.1.2中世纪的计算机

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1.1.3现代计算机的发展

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1.1.4微型计算机的发展

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1.2计算机的类型

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1.2.1类型与特点

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1.2.2大型计算机

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1.2.3微型计算机

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1.2.4嵌入式计算机

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1.3计算技术的特征

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1.3.1计算技术的发展

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1.3.2软件特征与类型

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1.3.3计算机人机界面

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1.3.4计算机技术指标

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1.4计算科学的特征

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1.4.1计算学科的形态

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1.4.2学科的核心课程

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1.4.3计算科学的影响

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1.4.4知识产权保护

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1.4.5职业道德规范

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1.4.6职业卫生健康

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习题1

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第2章程序语言和软件开发

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2.1程序语言的特征

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2.1.1程序语言的演化

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2.1.2程序语言的类型

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2.1.3编程环境与平台

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2.1.4程序解释与编译

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2.2Python编程基础

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2.2.1编程环境

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2.2.2程序组成

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2.2.3基本语法

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2.2.4数据类型

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2.2.5控制结构

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2.2.6函数设计

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2.3程序语言介绍

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2.3.1经典程序设计语言C

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2.3.2面向对象编程语言Java

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2.3.3数据统计编程语言R

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\n

2.3.4逻辑推理编程语言Prolog

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\n

2.3.5函数式编程语言Haskell

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\n

2.3.6并行程序设计概述

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2.3.7事件驱动程序设计

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\n

2.4软件开发方法

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2.4.1软件工程特征

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2.4.2程序设计原则

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2.4.3程序异常原因

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\n

2.4.4软件测试方法

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\n

2.4.5软件开发模型

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习题2

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第3章计算思维和学科基础

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3.1计算思维

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3.1.1计算思维的特征

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3.1.2数学思维的概念

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3.1.3工程思维的概念

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3.1.4问题求解的方法

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\n

3.1.5数学模型的构建

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\n

3.2建模案例

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3.2.1囚徒困境： 博弈策略建模

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\n

3.2.2机器翻译： 统计语言建模

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\n

3.2.3平均收入： 安全计算建模

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3.2.4网页搜索： 布尔检索建模

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\n

3.2.5生命游戏： 细胞自动机建模

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\n

3.3计算科学基础： 可计算性

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\n

3.3.1图灵机计算模型

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\n

3.3.2停机问题： 理论上不可计算的问题

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\n

3.3.3汉诺塔： 现实中难以计算的问题

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\n

3.3.4不完备性与可计算性

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\n

3.3.5P=NP？计算科学难题

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\n

3.4学科经典问题： 计算复杂性

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3.4.1哥尼斯堡七桥问题： 图论

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\n

3.4.2哈密尔顿回路： 计算复杂性

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\n

3.4.3旅行商问题： 计算组合爆炸

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\n

3.4.4单向函数： 公钥密码的基础

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\n

3.4.5哲学家就餐问题： 死锁控制

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\n

3.4.6两军通信： 信号不可靠传输

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\n

习题3

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第4章常用算法和数据结构

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4.1算法的特征

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4.1.1算法的定义

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4.1.2算法的表示

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\n

4.1.3算法的评估

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\n

4.1.4算法复杂度

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\n

4.2常用算法

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\n

4.2.1迭代法

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4.2.2递归法

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4.2.3枚举法

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\n

4.2.4分治法

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\n

4.2.5贪心法

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\n

4.2.6动态规划

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\n

4.2.7筛法求素数

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\n

4.2.8随机化算法

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\n

4.2.9遗传算法

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\n

4.3排序与查找

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\n

4.3.1冒泡排序

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\n

4.3.2插入排序

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\n

4.3.3快速排序

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\n

4.3.4二分查找

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\n

4.3.5分块查找

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\n

4.4数据结构

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\n

4.4.1基本概念

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\n

4.4.2线性结构

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\n

4.4.3树形结构

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\n

4.4.4图形结构

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\n

习题4

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\n

第二部分基 础 知 识

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\n

第5章信息编码和逻辑运算

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5.1数值信息编码

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\n

5.1.1二进制数的编码

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\n

5.1.2不同数制的转换

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\n

5.1.3二进制整数编码

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\n

5.1.4二进制小数编码

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\n

5.1.5二进制补码运算

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\n

5.2非数值信息编码

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\n

5.2.1字符的早期编码

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\n

5.2.2国际字符统一码Unicode

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\n

5.2.3音频数据编码

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\n

5.2.4点阵图像编码

\n

\n

5.2.5矢量图形编码

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\n

5.3压缩与纠错编码

\n

\n

5.3.1信息熵的度量

\n

\n

5.3.2无损压缩编码

\n

\n

5.3.3有损压缩技术

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\n

5.3.4信号纠错编码

\n

\n

5.3.5信道传输编码

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\n

5.4数理逻辑与应用

\n

\n

5.4.1数理逻辑概述

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\n

5.4.2基本逻辑运算

\n

\n

5.4.3命题逻辑演算

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\n

5.4.4谓词逻辑演算

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\n

5.4.5逻辑运算应用

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\n

习题5

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第6章组成原理和操作系统

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6.1计算机系统结构

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\n

6.1.1计算机层次模型

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\n

6.1.2冯·诺依曼结构

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\n

6.1.3计算机集群结构

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\n

6.2计算机工作原理

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\n

6.2.1数据存储

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\n

6.2.2数据传输

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\n

6.2.3数据运算

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\n

6.2.4指令系统

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\n

6.3计算机硬件组成

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\n

6.3.1主机结构

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\n

6.3.2CPU部件

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\n

6.3.3主板部件

\n

\n

6.3.4存储设备

\n

\n

6.3.5集成电路

\n

\n

6.4计算机操作系统

\n

\n

6.4.1操作系统概述

\n

\n

6.4.2操作系统功能

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\n

6.4.3桌面操作系统Windows

\n

\n

6.4.4网络操作系统Linux

\n

\n

6.4.5移动操作系统Android

\n

\n

6.4.6系统引导过程

\n

\n

习题6

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\n

第7章网络通信和信息安全

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\n

7.1网络原理

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\n

7.1.1网络的基本类型

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\n

7.1.2网络通信协议

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\n

7.1.3网络体系结构

\n

\n

7.1.4互联网通信技术

\n

\n

7.1.5软件定义网络

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\n

7.1.6无线局域网技术

\n

\n

7.1.7移动通信技术

\n

\n

7.2安全防护

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\n

7.2.1安全问题

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\n

7.2.2黑客攻击

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\n

7.2.3安全体系

\n

\n

7.2.4物理隔离

\n

\n

7.2.5防火墙技术

\n

\n

7.3信息加密

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\n

7.3.1加密原理

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7.3.2RSA加密

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7.3.3密码破解

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7.3.4数字认证

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7.3.5安全计算

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习题7

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第8章计算领域的技术热点

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\n

8.1人工智能技术

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8.1.1图灵测试

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8.1.2研究流派

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\n

8.1.3机器学习

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\n

8.1.4核心技术

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\n

8.1.5存在的问题

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8.2大数据技术

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8.2.1大数据的特点

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8.2.2数据获取技术

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8.2.3数据清洗技术

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8.2.4数据挖掘技术

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\n

8.2.5大数据的应用案例

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8.3数据库技术

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8.3.1数据库的组成

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8.3.2数据库的操作

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8.3.3数据库语言SQL

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8.3.4新型数据库NoSQL

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8.3.5嵌入式数据库SQLite

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8.4计算领域的新技术

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8.4.1物联网技术

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8.4.2云计算技术

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8.4.3量子计算机

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8.4.4区块链技术

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\n

8.4.5计算社会学

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\n

习题8

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附录A常用数学运算符号

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附录B常用英文缩写及说明

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参考文献

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