计算机科学原理与应用作业指导书

计算机科学原理与应用作业指导书TOC\o"1-2"\h\u17963第1章计算机系统概述 4320111.1计算机发展史 4731.1.1计算机的前身 4197491.1.2电子计算机的诞生 4143961.1.3计算机网络的兴起 4168021.2计算机系统组成 5180151.2.1硬件组成 547501.2.2软件组成 5100421.3计算机工作原理 592731.3.1存储程序原理 5184711.3.2程序控制原理 5265751.3.3指令执行过程 54587第2章计算机硬件基础 5138372.1处理器（CPU） 5269372.1.1CPU的功能与结构 672182.1.2CPU的功能指标 6236162.1.3CPU的发展历程 655942.2存储器 6116962.2.1存储器的层次结构 6170082.2.2主存储器 6125052.2.3辅助存储器 6233742.3输入输出系统 6183862.3.1输入设备 660902.3.2输出设备 671142.3.3I/O接口与I/O控制器 6222062.3.4I/O系统的数据传输模式 710483第3章计算机软件基础 7249173.1操作系统 7170563.1.1操作系统的概念 7310013.1.2操作系统的功能 765503.1.3操作系统的类型 7132063.1.4操作系统的实例 7239673.2编程语言 7307463.2.1编程语言的概念 773823.2.2编程语言的分类 7226063.2.3编程语言的发展历程 7220943.2.4编程语言的应用 77053.3算法与数据结构 889643.3.1算法的概念 8180713.3.2算法的特性 8120863.3.3数据结构的概念 866593.3.4常见的数据结构 8203703.3.5算法与数据结构的关系 8248803.3.6算法与数据结构的应用 86374第4章计算机网络原理 8250254.1网络体系结构 8220634.1.1OSI参考模型 8284384.1.2TCP/IP模型 8225864.2网络协议 9322474.2.1TCP协议 9131084.2.2IP协议 95964.2.3UDP协议 9250534.2.4HTTP协议 9205344.3网络设备与传输介质 9172154.3.1网络设备 9166674.3.2传输介质 9202374.3.3网络拓扑结构 910580第5章互联网应用 10322855.1Web技术 10176855.1.1网络基础 1039985.1.2超文本标记语言（HTML） 10172505.1.3层叠样式表（CSS） 10227665.1.4JavaScript 1012715.2常见互联网应用 10320665.2.1浏览器 1061105.2.2搜索引擎 1049955.2.3邮件 10318305.2.4网络即时通信 11133195.3网络安全 11261545.3.1网络安全概述 11299635.3.2加密技术 1114675.3.3防火墙与入侵检测 11215375.3.4计算机病毒与恶意软件 1132317第6章数据库原理与应用 11153436.1数据模型 1169056.1.1层次模型 1143306.1.2网状模型 1191136.1.3关系模型 11176586.1.4面向对象模型 12286066.2关系数据库 12125836.2.1关系数据库的基本概念 1272926.2.2关系的性质 12117096.2.3关系操作 1267616.3SQL语言与数据库设计 12257416.3.1SQL语言基本语法 12167316.3.2数据库设计 13302586.3.3SQL语言在数据库设计中的应用 1316155第7章软件工程 1347407.1软件开发过程 1383327.1.1软件开发模型 13260157.1.2软件开发方法 13289457.2软件需求分析 1315787.2.1需求获取 1326277.2.2需求分析 14140137.2.3需求验证 14159217.3软件设计、实现与测试 1470677.3.1软件设计 146335总体设计 1420250详细设计 1463707.3.2软件实现 14211047.3.3软件测试 142245单元测试 141468集成测试 145153系统测试 1527013验收测试 1530286第8章人工智能与机器学习 15156238.1人工智能概述 1596828.1.1基本概念 15266248.1.2发展历程 15208618.1.3应用领域 15214738.2机器学习基础 15254278.2.1基本概念 15142228.2.2分类 1681478.2.3评估方法 16128198.3常见机器学习算法 16277358.3.1线性回归 16132968.3.2逻辑回归 16239748.3.3决策树 16296828.3.4支持向量机 16307068.3.5神经网络 16214318.3.6集成学习方法 175071第9章计算机图形学 17310409.1图形学基本概念 17143209.1.1图形表示 17200439.1.2图形系统 17301169.1.3图形处理技术 17233739.2光栅图形学 1716439.2.1光栅化 17253949.2.2反走样技术 1769509.2.3阴影技术 1836819.3计算机动画与三维图形 1845099.3.1计算机动画 1898719.3.2三维图形 18111319.3.3三维图形渲染 1812894第10章计算机科学应用实例分析 183121810.1计算机在科学研究中的应用 183044110.1.1生物信息学 18297410.1.2物理计算 182217810.1.3数据挖掘与大数据分析 18572910.2计算机在工业生产中的应用 194610.2.1智能制造 192594110.2.2工业设计 191361110.2.3供应链管理 192124510.3计算机在日常生活与服务领域的应用 192866410.3.1互联网与社交网络 19675510.3.2智能家居 191049410.3.3在线教育 192400710.3.4医疗信息化 19第1章计算机系统概述1.1计算机发展史计算机发展史是了解计算机科学与技术演变过程的重要部分。从最早的计算工具到现代高度复杂的电子计算机，人类在计算领域取得了巨大的进步。1.1.1计算机的前身早在公元前2000年，人类就开始使用简单的工具进行计算，如算盘、计数棒等。数学和科学的发展，出现了更为复杂的计算机械，如帕斯卡加法器、莱布尼茨乘法器等。1.1.2电子计算机的诞生20世纪40年代，世界上第一台电子计算机ENIAC问世，标志着计算机科学技术的诞生。此后，计算机技术迅速发展，经历了电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路等阶段。1.1.3计算机网络的兴起20世纪60年代，美国国防部高级研究计划局（ARPA）建立了世界上第一个广域网ARPANET，为计算机网络技术的发展奠定了基础。互联网的普及，计算机逐渐成为人们日常生活、工作和学习的重要工具。1.2计算机系统组成计算机系统主要由硬件和软件两部分组成，它们相互配合，共同完成各种计算任务。1.2.1硬件组成计算机硬件主要包括处理器（CPU）、存储器、输入设备和输出设备。其中，CPU是计算机的核心，负责解释和执行指令；存储器用于存放程序和数据；输入设备将外部信息输入计算机；输出设备将计算机处理结果展示给用户。1.2.2软件组成计算机软件分为系统软件和应用软件。系统软件负责管理计算机硬件资源，为应用软件提供运行环境，如操作系统、编译器等；应用软件则根据用户需求，完成特定功能，如文字处理、图像处理等。1.3计算机工作原理计算机工作原理基于存储程序和程序控制的思想。计算机通过执行预先编写的程序，按照程序中的指令序列完成数据处理和计算任务。1.3.1存储程序原理存储程序原理是由冯·诺伊曼提出的。它将程序和数据存储在计算机的存储器中，计算机按照程序的顺序逐条取出指令，解释并执行。1.3.2程序控制原理程序控制原理是指计算机根据程序中的指令，自动完成一系列操作。这些操作包括算术运算、逻辑运算、数据传输等。1.3.3指令执行过程计算机执行指令的过程包括取指令、解释指令、执行指令和写回结果四个阶段。CPU根据程序计数器（PC）的值从存储器中取出指令，经过指令译码器（ID）解释后，由执行单元（EX）执行，最后将结果写回寄存器或存储器。通过以上过程，计算机能够完成各种复杂任务，为人类的生产、生活和科学研究提供强大的计算支持。第2章计算机硬件基础2.1处理器（CPU）2.1.1CPU的功能与结构处理器（CentralProcessingUnit，CPU）作为计算机硬件的核心，主要负责解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和缓存等部分组成。2.1.2CPU的功能指标CPU的功能指标包括时钟频率、核心数、缓存容量、指令集和功耗等。这些功能指标直接影响到计算机的运行速度和处理能力。2.1.3CPU的发展历程从最早的4位、8位CPU，发展到现在的64位多核CPU，其发展历程见证了计算机技术的飞速进步。本节将简要介绍CPU的发展历程及其主要技术变革。2.2存储器2.2.1存储器的层次结构计算机存储器按照速度、容量和成本分为多个层次，包括寄存器、缓存、主存储器（内存）和辅助存储器等。2.2.2主存储器主存储器是计算机中用于存储程序和数据的部分，主要包括RAM（RandomAccessMemory，随机存取存储器）和ROM（ReadOnlyMemory，只读存储器）。2.2.3辅助存储器辅助存储器用于长期存储大量数据，其容量远大于主存储器，但速度较慢。常见的辅助存储器有硬盘、固态硬盘、光盘等。2.3输入输出系统2.3.1输入设备输入设备用于将数据或指令从外部传入计算机，常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。2.3.2输出设备输出设备用于将计算机处理后的数据或结果展示给用户，常见的输出设备有显示器、打印机、扬声器等。2.3.3I/O接口与I/O控制器I/O接口负责连接输入输出设备与计算机主机，实现数据传输。I/O控制器则是实现输入输出设备与计算机主机之间通信的关键部件。2.3.4I/O系统的数据传输模式本节介绍I/O系统的三种数据传输模式：程序控制传输、中断驱动传输和直接存储器访问（DMA）传输。这些传输模式影响到计算机系统的工作效率和功能。第3章计算机软件基础3.1操作系统3.1.1操作系统的概念操作系统（OperatingSystem，简称OS）是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，它是计算机系统的核心与基石。操作系统负责控制其他程序运行，管理系统资源，并为用户提供交互界面。3.1.2操作系统的功能操作系统的主要功能包括：进程管理、内存管理、文件系统、设备管理和用户接口等。3.1.3操作系统的类型常见的操作系统类型有：批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、分布式操作系统和嵌入式操作系统等。3.1.4操作系统的实例典型的操作系统有：Windows、Linux、UNIX、MacOS、Android和iOS等。3.2编程语言3.2.1编程语言的概念编程语言（ProgrammingLanguage）是一种用于人与计算机之间沟通的工具，它用于编写计算机程序，指导计算机执行特定任务。3.2.2编程语言的分类编程语言可分为：低级语言（如汇编语言）、高级语言（如C、C、Java、Python等）和介于两者之间的中间语言。3.2.3编程语言的发展历程从最早的机器语言到汇编语言，再到高级语言，编程语言的发展经历了多次变革，不断简化编程过程，提高开发效率。3.2.4编程语言的应用编程语言广泛应用于系统软件、应用软件、网络编程、移动应用、人工智能等领域。3.3算法与数据结构3.3.1算法的概念算法（Algorithm）是解决问题的一系列清晰指令，它描述了解决问题的方法，用于指导计算机执行任务。3.3.2算法的特性算法具有以下特性：确定性、有穷性、可行性、输入和输出。3.3.3数据结构的概念数据结构（DataStructure）是计算机存储和组织数据的方式，它反映了数据之间的关系，以及数据的操作方法。3.3.4常见的数据结构常见的数据结构包括：数组、链表、栈、队列、树、图等。3.3.5算法与数据结构的关系算法与数据结构密切相关，良好的数据结构可以有效地支持算法的实现，而高效的算法往往依赖于合适的数据结构。3.3.6算法与数据结构的应用算法与数据结构在计算机科学领域有着广泛的应用，如排序、查找、数据库、网络、图形处理、人工智能等。第4章计算机网络原理4.1网络体系结构计算机网络的体系结构是指计算机网络中各个功能层次的划分和相互之间的关系。本节主要介绍OSI（开放式系统互联）参考模型和TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）模型，并分析各个层次的功能和作用。4.1.1OSI参考模型OSI参考模型将计算机网络分为七个层次，依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层实现特定的功能，为上层提供服务。4.1.2TCP/IP模型TCP/IP模型是一个四层模型，包括网络接口层、网络层、传输层和应用层。与OSI模型相比，TCP/IP模型更加简洁和实用。4.2网络协议网络协议是为计算机网络中的数据传输而制定的一系列规则。本节主要介绍几种常见的网络协议及其特点。4.2.1TCP协议传输控制协议（TCP）是一种面向连接的、可靠的传输协议。它通过三次握手建立连接，采用滑动窗口机制进行数据传输，并提供拥塞控制和流量控制功能。4.2.2IP协议互联网协议（IP）是一种无连接的、不可靠的传输协议。它负责将数据报文发送到目标主机，并通过路由选择最短路径。4.2.3UDP协议用户数据报协议（UDP）是一种无连接的、不可靠的传输协议。与TCP协议相比，UDP协议在传输数据时不需要建立连接，速度较快，但可靠性较差。4.2.4HTTP协议超文本传输协议（HTTP）是应用层协议，用于在Web浏览器和服务器之间传输超文本数据。它基于请求/响应模式，支持客户机/服务器通信。4.3网络设备与传输介质网络设备与传输介质是计算机网络中数据传输的基础设施。本节主要介绍常见的网络设备、传输介质及其特性。4.3.1网络设备网络设备主要包括：交换机、路由器、集线器、网桥、防火墙等。这些设备在计算机网络中负责数据转发、路由选择、网络管理等功能。4.3.2传输介质传输介质是网络设备之间传输数据的物理通道。常见的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线电波等。不同传输介质的传输速率、距离和抗干扰能力有所不同。4.3.3网络拓扑结构网络拓扑结构是指计算机网络中各个节点和传输介质的布局方式。常见的网络拓扑结构有星型、环型、总线型、树型等。不同拓扑结构具有不同的特点和适用场景。第5章互联网应用5.1Web技术5.1.1网络基础互联网作为全球最大的计算机网络，其核心技术之一是Web技术。Web技术基于客户机/服务器模型，通过超文本传输协议（HTTP）实现数据传输。本节将介绍互联网的基本概念、网络协议以及Web技术的发展历程。5.1.2超文本标记语言（HTML）HTML是构建Web页面的基础，用于描述网页的结构和内容。本节将介绍HTML的基本语法、标签及其属性，并通过实例讲解如何编写一个简单的HTML页面。5.1.3层叠样式表（CSS）CSS用于定义Web页面的样式和布局，使页面更具美观性和可读性。本节将介绍CSS的基本语法、选择器以及常用属性，并通过实例展示如何为HTML页面添加样式。5.1.4JavaScriptJavaScript是一种广泛应用于Web开发的脚本语言，可以实现页面的动态交互效果。本节将介绍JavaScript的基本语法、事件处理和DOM操作，并通过实例讲解如何实现简单的页面交互功能。5.2常见互联网应用5.2.1浏览器浏览器是用户访问Web资源的主要工具，本节将介绍浏览器的功能、工作原理以及常见浏览器类型。5.2.2搜索引擎搜索引擎是帮助用户在互联网上查找信息的工具。本节将介绍搜索引擎的工作原理、排名算法以及优化策略。5.2.3邮件邮件是互联网上最常用的通信方式之一。本节将介绍邮件的基本概念、协议和客户端软件。5.2.4网络即时通信网络即时通信为用户提供实时交流的途径，如QQ、等。本节将介绍即时通信的协议和实现原理。5.3网络安全5.3.1网络安全概述网络安全是保障互联网应用正常运行的基石。本节将介绍网络安全的基本概念、威胁类型和防护措施。5.3.2加密技术加密技术是保护数据安全的重要手段。本节将介绍加密算法、数字签名和证书等内容。5.3.3防火墙与入侵检测防火墙和入侵检测系统是网络安全的重要组成部分。本节将介绍防火墙的工作原理、类型以及入侵检测的方法。5.3.4计算机病毒与恶意软件计算机病毒和恶意软件对网络安全构成严重威胁。本节将介绍病毒的特点、传播途径以及防治措施。第6章数据库原理与应用6.1数据模型数据模型是数据库系统的核心概念，它用于描述现实世界中数据及其相互关系的形式化表示。本章首先介绍了几种常见的数据模型，包括层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。通过对比分析，阐述各自特点及其适用场景。6.1.1层次模型层次模型是最早的数据模型之一，它将数据组织成树状结构，节点表示实体，边表示实体间的关系。层次模型具有严格的层次结构，易于理解和使用，但存在数据冗余和更新异常的问题。6.1.2网状模型网状模型相较于层次模型，允许节点之间具有多对多的关系，从而形成复杂的网状结构。这种模型解决了层次模型的局限性，但数据访问复杂，不易于维护。6.1.3关系模型关系模型是目前最流行的数据模型，它采用二维表格表示实体和实体间的关系。关系模型具有数据结构简单、易于理解、查询语言丰富等优点，适用于各种应用场景。6.1.4面向对象模型面向对象模型将现实世界中的对象抽象为类，类之间通过继承、封装和多态等机制表示实体和实体间的关系。面向对象模型具有高度的数据抽象和复用能力，适用于复杂、多变的应用场景。6.2关系数据库关系数据库是基于关系模型实现的数据库系统，本章重点介绍关系数据库的基本概念、性质和操作。6.2.1关系数据库的基本概念关系数据库中的基本概念包括表、属性、元组、主键、外键等。表是关系数据库的核心，由行和列组成，行表示记录，列表示字段。属性是表中的列，用于描述实体的特征。元组是表中的一行，表示一个具体的实体。主键是表中唯一标识元组的属性或属性组合，外键用于表示表与表之间的关系。6.2.2关系的性质关系数据库中的关系具有以下性质：原子性、一致性、隔离性和持久性。这些性质保证了数据库的可靠性和一致性。6.2.3关系操作关系操作包括查询、插入、删除和更新等。本章重点介绍查询操作，包括选择、投影、连接和除等运算。6.3SQL语言与数据库设计SQL（StructuredQueryLanguage，结构化查询语言）是关系数据库的标准查询语言，用于数据查询、数据定义和数据操纵等。本章介绍SQL语言的基本语法和数据库设计方法。6.3.1SQL语言基本语法SQL语言的基本语法包括数据定义语言（DDL）、数据操纵语言（DML）和数据控制语言（DCL）。其中，DDL用于创建、修改和删除数据库中的对象；DML用于插入、更新、删除和查询数据；DCL用于控制数据库的访问权限。6.3.2数据库设计数据库设计是构建关系数据库的关键步骤，主要包括概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。概念结构设计通过ER图等工具表示实体和实体间的关系；逻辑结构设计将概念结构转化为具体的数据库模式；物理结构设计考虑数据库在硬件上的存储和访问方式。6.3.3SQL语言在数据库设计中的应用SQL语言在数据库设计过程中发挥着重要作用。通过DDL语句创建、修改和删除数据库中的表、索引等对象；使用DML语句实现数据的插入、更新、删除和查询；利用DCL语句控制用户的访问权限，保证数据的安全性。熟练掌握SQL语言是进行高效数据库设计的基础。第7章软件工程7.1软件开发过程软件开发过程是指在软件开发周期内，按照一定的方法和步骤，完成软件产品从需求分析、设计、实现、测试到维护的整个过程。本章主要介绍软件开发过程中的关键环节。7.1.1软件开发模型软件开发模型是软件开发过程的抽象表示，它描述了软件开发的阶段、各个阶段的任务以及阶段之间的联系。常见的软件开发模型有瀑布模型、迭代模型、螺旋模型等。7.1.2软件开发方法软件开发方法是指在软件开发过程中，为实现开发目标而采用的技术和工具。常见的软件开发方法有结构化方法、面向对象方法、敏捷方法等。7.2软件需求分析软件需求分析是软件开发过程中非常重要的一环，其主要任务是从用户需求出发，分析、整理和明确软件系统的功能、功能、可靠性和可维护性等方面的需求。7.2.1需求获取需求获取是软件需求分析的基础，主要通过访谈、问卷调查、观察等方法，收集用户的需求信息。7.2.2需求分析需求分析是在需求获取的基础上，对需求信息进行分析、整理和归纳，形成软件需求规格说明书。需求分析的主要内容包括功能需求、功能需求、界面需求等。7.2.3需求验证需求验证是保证需求正确、完整、一致、可理解的过程。需求验证的方法包括需求评审、原型验证等。7.3软件设计、实现与测试7.3.1软件设计软件设计是根据需求规格说明书，对软件系统的结构、组件、接口等进行详细设计的过程。软件设计主要包括总体设计、详细设计两个阶段。总体设计总体设计的主要任务是确定软件系统的模块划分、模块之间的关系以及模块之间的接口。常用的设计方法有层次图、模块图等。详细设计详细设计是在总体设计的基础上，对各个模块进行具体设计，包括算法设计、数据结构设计、接口设计等。7.3.2软件实现软件实现是将设计好的软件系统转换为可执行的程序代码的过程。实现过程中，开发人员需要遵循编码规范、使用合适的编程语言和工具。7.3.3软件测试软件测试是为了发觉并改正软件中的错误，保证软件质量满足用户需求的过程。软件测试包括单元测试、集成测试、系统测试、验收测试等不同层次。单元测试单元测试是对软件系统中最小的可测试单元（如函数、方法）进行测试，以验证其功能是否正确。集成测试集成测试是对已通过单元测试的模块进行组合，测试模块之间的接口是否正确、功能是否协调。系统测试系统测试是对整个软件系统进行全面的测试，以验证系统是否满足用户需求。验收测试验收测试是用户对软件系统进行测试，以确认软件是否满足其需求，通常在软件交付前进行。第8章人工智能与机器学习8.1人工智能概述人工智能（ArtificialIntelligence,）作为计算机科学的一个重要分支，旨在研究如何让机器模拟和扩展人类智能。它涉及多个领域，如自然语言处理、计算机视觉、专家系统等。本节将对人工智能的基本概念、发展历程以及应用领域进行简要介绍。8.1.1基本概念人工智能的概念最早由美国计算机科学家约翰·麦卡锡（JohnMcCarthy）在1956年的达特茅斯会议上提出。他认为，人工智能是制造智能机器的科学与工程，涉及知识的表示、推理、规划、学习、通信和感知等多种能力。8.1.2发展历程自20世纪50年代以来，人工智能经历了多次繁荣与低谷。从最初的符号主义智能，到基于规则的专家系统，再到基于数据的机器学习和深度学习，人工智能逐渐从理论走向实际应用。8.1.3应用领域人工智能在众多领域取得了显著成果，如自然语言处理、计算机视觉、语音识别、自动驾驶等。这些应用为人们的生活带来了极大便利，也推动了社会的发展。8.2机器学习基础机器学习（MachineLearning,ML）是人工智能的一个重要分支，主要研究如何让计算机从数据中学习，从而实现智能决策。本节将介绍机器学习的基本概念、分类和评估方法。8.2.1基本概念机器学习是让计算机通过学习数据，自动改进功能的方法。它涉及到数据的预处理、特征提取、模型选择、训练和评估等环节。8.2.2分类根据学习方式，机器学习可分为监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习。（1）监督学习：通过输入数据和标签，训练模型预测未知数据的标签。（2）无监督学习：仅通过输入数据，寻找数据间的潜在关系。（3）半监督学习：结合监督学习和无监督学习，部分数据有标签，部分数据无标签。（4）强化学习：通过与环境互动，学习如何实现特定目标。8.2.3评估方法机器学习模型的功能评估是模型选择和优化的重要环节。常用的评估方法包括准确率、召回率、F1值等。8.3常见机器学习算法机器学习算法是机器学习的核心，本节将介绍几种常见的机器学习算法。8.3.1线性回归线性回归（LinearRegression）是一种用于预测连续值的监督学习算法。它假设目标值与特征之间存在线性关系。8.3.2逻辑回归逻辑回归（LogisticRegression）是一种用于解决分类问题的监督学习算法。它通过拟合一个逻辑函数，将输入数据映射到概率空间。8.3.3决策树决策树（DecisionTree）是一种基于树结构进行决策的监督学习算法。它通过一系列问题进行分支，最终得到一个决策结果。8.3.4支持向量机支持向量机（SupportVectorMachine,SVM）是一种用于解决分类和回归问题的监督学习算法。它通过寻找一个最优超平面，将不同类别的数据分开。8.3.5神经网络神经网络（NeuralNetwork）是一种模拟人脑神经元结构的监督学习算法。它通过多层神经元进行计算和特征提取，实现复杂函数的拟合。8.3.6集成学习方法集成学习方法（EnsembleLearning）通过组合多个模型，提高预测功能。常见的集成学习方法包括随机森林、梯度提升树等。第9章计算机图形学9.1图形学基本概念计算机图形学是研究计算机和处理图像的学科。本章将介绍图形学的基本概念，包括图形表示、图形系统、图形处理技术等。9.1.1图形表示图形表示是指用计算机数据结构来描述图像的方法。常见的图形表示方法有向量图和光栅图。（1）向量图：使用数学公式和几何对象（如点、线、面）来表示图像。向量图具有可无限放大而不失真的特点。（2）光栅图：将图像划分为像素阵列，每个像素存储颜色和亮度信息。光栅图易于显示和打印，但放大后容易失真。9.1.2图形系统图形系统包括图形硬件和图形软件两部分。图形硬件主要负责图像的、存储和显示，如显卡、显示器等。图形软件则提供了一系列图形处理功能，如绘图、渲染、动画等。9.1.3图形处理技术图形处理技术包括图像合成、图像变换、图像滤波等。这些技术广泛应用于图形设计、图像编辑、计算机动画等领域。9.2光栅图形学光栅图形学是基于光栅图进行图形处理的技术。本节将介绍光栅图形学的基本原理和方法。9.2.1光栅化光栅化是将向量图转换为光栅图的过程。光栅化的核心任务是确定每个像素的颜色和亮度。光栅化算法包括直线光栅化、曲线光栅化和填充光栅化等。9.2.2反走样技术反走样技术用于减少图像中的走样现象，提高图像质量。常见的反走样技术有超采样、多采样、抖动等。9.2.3阴影技术阴影技术用于