醫(yī)用計算機應用基礎教程

普通高等教育“十四五”計算機基礎系列教材

醫(yī)用計算機應用基礎教程

張?楠◎主?編

楊秋英?劉冬冬?王宇◎副主編

武?博?趙相坤?楊?淼?劉文艷?王?珂?辛?欣◎參?編

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內容簡介

本書依據(jù)教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會發(fā)布的《大學計算機基礎課程教學基本要求》而

編寫，內容融入了“思政導引”新理念，全面落實立德樹人根本任務。本書從培養(yǎng)學生計算思維和理工素養(yǎng)角

度出發(fā)，既注重知識點的全面性和嚴謹性，也注重實踐任務的實操性和實用性。尤其面對醫(yī)藥類學校各專業(yè)學生，

本書更加注重復合型醫(yī)用人才能力培養(yǎng)所需計算機應用知識的介紹，任務更貼近醫(yī)學生學習、工作所面臨的實

際問題，是一本非常適合醫(yī)藥類高等學校學生使用的計算機理論教材。

全書共10章，主要介紹計算機基礎知識、計算機操作系統(tǒng)、Word文字處理、Excel電子表格處理、PowerPoint

演示文稿制作、Photoshop圖像處理、Mimics醫(yī)學圖像處理、Python語言程序設計基礎、Python數(shù)據(jù)處理、

Python數(shù)據(jù)可視化與科學制圖。

本書適合作為醫(yī)藥類高等院校計算機基礎課程的教材，也可作為計算機基礎知識培訓用書，及計算機愛好

者的參考讀物。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

醫(yī)用計算機應用基礎教程/張楠主編.—北京：中國

鐵道出版社有限公司,2022.2

普通高等教育“十四五”計算機基礎系列教材

ISBN978-7-113-28822-8

Ⅰ.①醫(yī)…Ⅱ.①張…Ⅲ.①計算機應用-醫(yī)學-高等

學校-教材Ⅳ.①R319

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字（2022）第018507號

書名：醫(yī)用計算機應用基礎教程

作者：張楠

策劃：劉麗麗編輯部電話：（010）51873202

責任編輯：劉麗麗

封面設計：劉莎

責任校對：孫玫

責任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網址：http：///51eds/

印刷：北京市科星印刷有限責任公司

版次：2022年2月第1版2022年2月第1次印刷

開本：880mm×1230mm1/16?印張：17.25?字數(shù)：596千

書號：ISBN978-7-113-28822-8

定價：52.00元

版權所有侵權必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）63549461

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序言

首都醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程學院生物醫(yī)學信息學學系計算機教研室我比較熟悉，

曾多次進行學術交流。約兩年前，本書主編張楠老師聯(lián)系我，基于十多年大學生計算

機基礎課程的一線教學，她的教研室經多輪次的教學方法及教材改革，希望能緊跟計

算機應用及人工智能新技術的發(fā)展，進行新一輪次教材改革。新教材立足于“基礎知識”

向“基本應用”進而至“高級程序語言設計”層層遞進的思想，開展以培養(yǎng)醫(yī)學生理

工素養(yǎng)和計算思維能力為導向的計算機基礎教學。她還特別向我介紹了教材內容改革

前調研全國多所醫(yī)學院校計算機大基課的情況，并尋要北京大學醫(yī)學部及其他非計算

機專業(yè)的計算機基礎課程教學大綱和授課內容。之后，張楠老師教學團隊還特意調研

了首都醫(yī)科大學各專業(yè)學生對計算機基礎課程知識學習所需和期望。

針對調研情況和授課經驗，教學團隊考慮針對醫(yī)學院校不同層次、不同專業(yè)開展

針對性、個性化計算機基礎知識的授課，如針對長學制醫(yī)學專業(yè)應加強程序設計及難度，

針對生物醫(yī)學工程專業(yè)應加強醫(yī)學圖像處理軟件的基礎學習等。初稿完成后，我第一

時間收到全書稿件，從教材內容安排能感受到教學團隊進行課程改革的決心和創(chuàng)新，

敢于突破和踐行醫(yī)學生理工素質培養(yǎng)和計算思維培養(yǎng)的初衷。與此同時，張楠老師還

特別介紹了本書的特色之處在于“思政導引”模塊的引入，讓我把關相關內容，以認

真貫徹落實《高等學校課程思政建設指導綱要》文件精神，適應高等教育在醫(yī)學教育

思想與教育理念新要求，全面落實立德樹人根本任務。

在通讀教材初稿之后，能感受到教學團隊為打造面向醫(yī)學生的計算機基礎一流本

科課程的傾力工作和決心。教學團隊緊跟計算機新技術發(fā)展，組織編寫了貼合醫(yī)學生

理工素質培養(yǎng)和復合型醫(yī)用人才培養(yǎng)的教學內容，面向醫(yī)學應用場景設計了任務示例，

突出家國情懷和中國力量引入了“思政導引”模塊。教材撰寫嚴謹、內容充實、取材新穎，

思政引入恰當流暢。

本套教材可作為醫(yī)藥類高等院校研究生、本?？?、高等職業(yè)教育及培訓班的計算

機課程教材或教學參考教材，也可作為普通高等院校非計算機專業(yè)計算機基礎教材。

特此鄭重推薦！

黃鐵軍

于北京大學

2022年1月

黃鐵軍，北京大學計算機學院教授，北京智源人工智能研究院院長。研究方向為智能視覺信息處理和

類腦智能，獲國家技術發(fā)明二等獎（2017）和國家科學技術進步二等獎（2012，2010）。國家杰出青年科

學基金獲得者，教育部長江學者特聘教授，萬人計劃科技創(chuàng)新領軍人才，中國計算機學會會士、中國人工智

能學會和中國圖象圖形學學會會士。

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前言

計算機基礎是醫(yī)藥類各專業(yè)學生的必修課程。隨著計算機和人工智能技術的快速

發(fā)展，該課程的課程內容和課程體系正在進行變革。計算思維作為運用計算機科學基

礎概念求解問題的一種思維活動，是課程改革中應關注的重點。

本書依據(jù)教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會發(fā)布的《大學計算機基

礎課程教學基本要求》而編寫。為認真貫徹落實《高等學校課程思政建設指導綱要》《教

育部關于一流本科課程建設的實施意見》文件精神，適應高等教育在醫(yī)學教育思想與

教育理念新要求，本書內容融入了“思政導引”新理念，全面落實立德樹人根本任務。

本書從首都醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程學院“計算機基礎教學組”長期教學經驗出發(fā)，

在《醫(yī)學計算機實用教程》《醫(yī)學計算機與信息技術實用教程》《計算機應用基礎》《現(xiàn)

代計算機技術新概念教程》《計算機應用技術教程》（第一、第二版）等教材的基礎上，

本著“緊跟計算機科學發(fā)展、貼合醫(yī)藥學應用、夯實理論基礎、培養(yǎng)復合型醫(yī)用人才”

的原則，將目前最新、最實用的計算機技術較系統(tǒng)地呈現(xiàn)給讀者。

作者從醫(yī)學生的計算思維和理工素質培養(yǎng)角度出發(fā)，認真組織全書結構。全書內

容從“基礎知識”到“基本應用”，再到“高級程序語言設計”，層層遞進。全書共

10章，內容主要包括計算機基礎及網絡技術知識、Windows及Ubuntu操作系統(tǒng)、

Word文字處理、Excel電子表格處理、PowerPoint演示文稿制作、Photoshop圖

像處理、Mimics醫(yī)學圖像處理、Python語言程序設計基礎、Python數(shù)據(jù)處理、

Python數(shù)據(jù)可視化與科學制圖。

本書緊跟計算機新技術的發(fā)展，貼合醫(yī)藥類學生對計算機應用技術的實際需求，

內容充實、嚴謹，取材新穎、實用，更多采用與醫(yī)學應用相關的任務示例，更有利于

醫(yī)學生對知識的學習和掌握。本書特別適合作為醫(yī)藥類高等院校研究生、本?？?、高

等職業(yè)教育及培訓類的計算機基礎課程的教材，也可作為普通高等院校研究生、本?？?、

高等職業(yè)教育及培訓類的計算機課程教材或教學參考教材。此外，本書還有配套的實

踐指導教材《醫(yī)用計算機應用基礎實踐指導》（武博主編），幫助學生理解和鞏固基

礎知識，提高實踐能力。

參加編寫的編者都是長期從事醫(yī)藥類高等院校計算機教學的一線教師，具有豐富

的理論教學、實驗教學和著書經驗。本書由張楠任主編，楊秋英、劉冬冬、王宇任副

主編，武博、趙相坤、楊淼、劉文艷、王珂、辛欣參與了編寫。具體編寫分工如下：

第1章由辛欣編寫，第2章由劉文艷編寫，第3章由楊秋英編寫，第4章由趙相坤編寫，

第5章由王珂編寫，第6章由楊淼編寫，第7章由劉冬冬編寫，第8章由張楠編寫，

第9章由武博編寫，第10章由王宇編寫。全書由張楠統(tǒng)稿。

衷心感謝各位編者對本書的傾力投入，感謝陳卉教授對本書的指導！特別感謝在

本書撰寫和出版過程中給予無私幫助的專家、同仁、師長及家人們！由于編寫時間倉促，

加之計算機科學技術日新月異的發(fā)展變化，書中難免存在疏漏和不妥之處，希望廣大

讀者多提寶貴意見。

張楠

2022年1月

于首都醫(yī)科大學

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目錄

第1章計算機基礎知識

1.1計算機軟硬件基礎知識1

1.1.1?計算機的起源與發(fā)展1

1.1.2?計算機系統(tǒng)組成與工作原理2

1.1.3?計算機硬件系統(tǒng)2

1.1.4?計算機軟件系統(tǒng)5

1.1.5?新型計算機系統(tǒng)6

1.2計算機中的數(shù)制與編碼6

1.2.1?數(shù)制6

1.2.2?數(shù)制轉換7

1.2.3?數(shù)據(jù)編碼9

1.3計算機網絡基礎知識10

1.3.1?計算機網絡的定義與分類11

1.3.2?計算機網絡的組成11

1.3.3?Internet基礎知識13

1.3.4?信息安全16

1.4計算機與網絡技術應用16

1.4.1?物聯(lián)網16

1.4.2?人工智能17

1.4.3?云計算17

1.4.4?信息檢索18

第2章計算機操作系統(tǒng)

2.1Windows操作系統(tǒng)19

2.1.1?概述19

2.1.2?桌面及個性化設置20

2.1.3?系統(tǒng)設置23

2.1.4?任務管理器27

2.1.5?MicrosoftEdge瀏覽器28

2.2Ubuntu操作系統(tǒng)30

2.2.1?概述31

2.2.2?桌面環(huán)境設置31

2.2.3?基本命令33

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醫(yī)用計算機應用基礎教程

2.2.4?用戶管理34

2.2.5?文件目錄管理35

2.2.6?磁盤管理37

2.2.7?網絡命令38

第3章Word文字處理

3.1Word概述40

3.1.1?功能介紹40

3.1.2?工作環(huán)境41

3.1.3?文檔操作43

3.2文本編輯44

3.2.1?文本輸入與選取44

3.2.2?文本內容編輯45

3.2.3?特殊文本輸入45

3.2.4?查找與替換47

3.3文檔格式設置與打印48

3.3.1?文本格式設置48

3.3.2?段落格式設置49

3.3.3?頁面設置53

3.3.4?打印設置57

3.4圖文混排57

3.4.1?圖片編輯57

3.4.2?圖形編輯58

3.4.3?藝術字編輯59

3.4.4?文本框編輯60

3.5表格與圖表60

3.5.1?表格創(chuàng)建60

3.5.2?表格編輯61

3.5.3?圖表創(chuàng)建與編輯63

3.6審閱與郵件64

3.6.1?審閱與修訂64

3.6.2?郵件合并65

3.7大綱與引用67

3.7.1?樣式67

3.7.2?大綱視圖69

3.7.3?題注、腳注和尾注69

3.7.4?目錄與索引71

3.8LaTeX論文排版73

3.8.1?TeXLive論文排版工具簡介73

3.8.2?TeXworks編輯器簡介73

3.8.3?LaTeX文件框架簡介75

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目錄

第4章Excel電子表格處理

4.1Excel概述77

4.1.1?功能介紹77

4.1.2?工作界面77

4.1.3?工作簿的基本操作78

4.1.4?工作表的基本操作79

4.1.5?工作簿與工作表的保護80

4.2數(shù)據(jù)輸入與編輯80

4.2.1?基本類型數(shù)據(jù)的輸入81

4.2.2?基本類型數(shù)據(jù)的快速輸入82

4.2.3?其他格式文件中數(shù)據(jù)的獲取83

4.2.4?工作表編輯84

4.3工作表格式化與打印85

4.3.1?工作表格式設置85

4.3.2?凍結與拆分窗格87

4.3.3?打印輸出87

4.4公式與函數(shù)89

4.4.1?單元格的引用89

4.4.2?公式89

4.4.3?函數(shù)91

4.4.4?統(tǒng)計分析函數(shù)94

4.5數(shù)據(jù)管理與分析96

4.5.1?排序96

4.5.2?篩選97

4.5.3?分類匯總98

4.5.4?數(shù)據(jù)透視表99

4.6圖表100

4.6.1?圖表類型100

4.6.2?圖表設置與應用101

第5章PowerPoint演示文稿制作

5.1PowerPoint概述104

5.1.1?功能介紹104

5.1.2?工作環(huán)境104

5.1.3?演示文稿的基本操作106

5.2文本與段落108

5.2.1?文本輸入108

5.2.2?添加項目符號或編號110

5.2.3?段落格式設置110

5.3主題與母版112

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醫(yī)用計算機應用基礎教程

5.3.1?版式使用112

5.3.2?主題使用112

5.3.3?母版設置114

5.4多媒體對象117

5.4.1?圖片117

5.4.2?表格、圖表、圖形與藝術字118

5.4.3?音頻與視頻122

5.5鏈接與動畫124

5.5.1?鏈接124

5.5.2?動畫126

5.6放映與輸出127

5.6.1?幻燈片放映127

5.6.2?幻燈片分節(jié)顯示130

5.6.3?幻燈片輸出131

第6章Photoshop圖像處理

6.1圖像基礎知識133

6.1.1?圖像分類133

6.1.2?像素與分辨率133

6.1.3?顏色模式134

6.1.4?常用圖像格式135

6.2Photoshop基本操作135

6.2.1?工作界面135

6.2.2?文件基本操作137

6.2.3?圖像基本編輯137

6.3圖層142

6.3.1?圖層面板與圖層菜單143

6.3.2?圖層基本操作144

6.4選區(qū)147

6.4.1?選區(qū)創(chuàng)建147

6.4.2?選區(qū)內容編輯148

6.4.3?選區(qū)編輯151

6.5圖像修飾153

6.5.1?繪圖工具153

6.5.2?修飾修復工具157

6.5.3?文字工具159

6.5.4?濾鏡161

6.6路徑與蒙版162

6.6.1?路徑162

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目錄

6.6.2?蒙版165

第7章Mimics醫(yī)學圖像處理

7.1Mimics概述169

7.1.1?工作界面169

7.1.2?醫(yī)學圖像導入與導出170

7.1.3?常用醫(yī)學圖像瀏覽工具172

7.1.4?醫(yī)學圖像顯示與增強172

7.1.5?醫(yī)學圖像測量174

7.2醫(yī)學圖像分割175

7.2.1?基本概念175

7.2.2?閾值分割176

7.2.3?區(qū)域增長176

7.2.4?動態(tài)區(qū)域增長177

7.2.5?3DLiveWire178

7.2.6?蒙版編輯178

7.3醫(yī)學圖像三維重建179

7.3.1?體渲染179

7.3.2?三維模型瀏覽180

7.3.3?重切片180

7.3.4?基于蒙版計算三維模型180

7.3.5?基于輪廓線擬合三維結構182

7.3.6?三維模型編輯、優(yōu)化與保存183

7.4三維模型測量與變換183

7.4.1?三維模型測量183

7.4.2?三維模型空間變換184

7.4.3?配準185

7.4.4?重定位187

第8章Python語言程序設計基礎

8.1Python語言概述189

8.1.1?Python安裝與開發(fā)環(huán)境189

8.1.2?Python代碼編寫規(guī)范192

8.2數(shù)據(jù)類型與運算符195

8.2.1?數(shù)據(jù)類型195

8.2.2?運算符198

8.3程序流程控制201

8.3.1?順序結構201

8.3.2?選擇結構202

8.3.3?循環(huán)結構205

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醫(yī)用計算機應用基礎教程

8.4函數(shù)210

8.4.1?自定義函數(shù)210

8.4.2?匿名函數(shù)212

8.4.3?常用函數(shù)212

第９章Python數(shù)據(jù)處理

9.1數(shù)值計算庫NumPy215

9.1.1?數(shù)組創(chuàng)建215

9.1.2?數(shù)組索引與變換219

9.1.3?數(shù)組組合220

9.1.4?基本數(shù)學統(tǒng)計方法221

9.2表格處理庫pandas222

9.2.1?pandas庫與Excel電子表格讀寫222

9.2.2?Series數(shù)據(jù)結構225

9.2.3?DataFrame表型數(shù)據(jù)結構226

9.2.4?數(shù)據(jù)預處理228

9.2.5?數(shù)據(jù)管理230

9.2.6?數(shù)值運算232

9.2.7?數(shù)據(jù)透視表235

第１０章Python數(shù)據(jù)可視化與科學制圖

10.1通用可視化庫matplotlib238

10.1.1?圖形的創(chuàng)建與保存238

10.1.2?Axes對象與元素239

10.1.3?常見圖表類型244

10.1.4?Axes高級布局251

10.1.5?色圖繪制254

10.2統(tǒng)計分析圖形庫seaborn255

10.2.1?常見圖表類型255

10.2.2?圖表風格與顏色主題259

10.2.3?圖表分面繪制261

10.3數(shù)據(jù)可視化與圖表的應用262

10.3.1?線性回歸262

10.3.2?Logistic回歸263

10.3.3?假設檢驗264

10.3.4?層次聚類265

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第1章

計算機基礎知識

計算機是當今社會處理數(shù)據(jù)的主要工具之一，其飛速發(fā)展為各行各業(yè)帶來了新的發(fā)展變革。世界上第一

臺計算機誕生于1946年，距今已有70余年歷史，其構成的主要元器件由最初的電子管發(fā)展到現(xiàn)在的大規(guī)模

和超大規(guī)模集成電路，計算機的高性能化和智能化也得到飛速發(fā)展。

Internet起源于1969年，由美國國防部高級計劃研究局（AdvancedResearchProjectsAgency，ARPA）

主持研制。歷經50余年發(fā)展后，Internet已經覆蓋全球，服務于人們生活、工作的方方面面。

1.1計算機軟硬件基礎知識

計算機由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。從第一臺計算機誕生至今，經過70多年的發(fā)展，計算機硬件的制作工

藝不斷提高，軟件也從最初的機器語言發(fā)展到高級語言，并出現(xiàn)了操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和不計其數(shù)的應用軟件。

計算機已經從最初面向單一的科學計算，發(fā)展到已滲透至社會生活的各個方面。

1.1.1?計算機的起源與發(fā)展

第一臺電子計算機于1946年誕生。從那時起，依據(jù)所使用的主要物理元器件，計算機的發(fā)展經歷了電子管

計算機、晶體管計算機、集成電路計算機、大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路計算機四代。

1．第一代計算機

第一代計算機出現(xiàn)在1946年至1958年，構成計算機的主要元器件

為電子管，軟件主要是機器語言和匯編語言，以科學計算為主要應用領域。

世界上第一臺電子數(shù)字式計算機——電子數(shù)字積分計算機（Electronic

NumericalIntegratorandCalculator，ENIAC）誕生于1946年2月，是美

國賓夕法尼亞大學物理學家莫克利（J.Mauchly）和工程師?？颂兀↗.P.

Eckert）等人共同開發(fā)的。ENIAC自身沒有存儲器，只有寄存器，僅能寄

存10個數(shù)碼，如圖1-1所示。

世界上第一臺通用的存儲程序式計算機是1949年英國劍橋大學數(shù)學

圖1-1第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC

實驗室莫里斯·威爾克斯（MauriceV.Wilkes）教授研制的電子延遲存儲

自動計算機（ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator，EDSAC），它采用水銀延遲線作存儲器，程序保存在紙

帶上，需要時送入計算機。

2．第二代計算機

第二代計算機出現(xiàn)在1958年至1964年，以晶體管為計算機的主要元器件。由于晶體管體積更小、壽命更

長、發(fā)熱更少，因此第二代計算機比第一代計算機體積更小，性能更加穩(wěn)定可靠。計算機軟件開始使用面向過程

的程序設計語言，如Fortran、Cobol等，以及以批處理為主的操作系統(tǒng)。世界上第一臺全部使用晶體管的計算機

是1958年國際商業(yè)機器公司（InternationalBusinessMachinesCorporation，IBM）研發(fā)的RCA501型。第二代計算

機的應用以科學計算和數(shù)據(jù)處理為主，并開始用于工業(yè)控制。

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醫(yī)用計算機應用基礎教程

3．第三代計算機

第三代計算機出現(xiàn)在1964年至1970年，計算機以集成電路為主要元器件，體積更小、耗電量更少、可靠性更高。

第三代計算機的運算速度可達每秒幾十萬次至幾百萬次基本運算，軟件逐漸完善，出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)，高級語

言得到了進一步發(fā)展，世界上第一臺集成電路通用計算機是1964年IBM公司研制成功的IBMSystem/360，設計

出OS/360操作系統(tǒng)。第三代計算機的應用領域也擴展到文字處理和圖形處理等方面。

4.第四代計算機

第四代計算機始于1971年，以計算機硬件采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路為標志。美國ILLIAC-IV計算機

是第一臺全面使用大規(guī)模集成電路的計算機。根據(jù)計算機應用領域的不同，第四代計算機向巨型機和小型機兩個

方向發(fā)展。

1.1.2?計算機系統(tǒng)組成與工作原理

盡管計算機硬件的發(fā)展日新月異，但從第一代的EDSAC到當前最先進的計算機一直采用馮·諾依曼體系結構，

即計算機的數(shù)制采用二進制，計算機按照程序順序執(zhí)行。1945年，馮·諾依曼（J.vonNeumann）提出了“存儲程序”

思想，即將程序本身當作數(shù)據(jù)來對待，程序和數(shù)據(jù)用同樣的方式存儲在計算機中。這一思想為電子計算機的邏輯

結構設計奠定了基礎，成為計算機設計的基本原則，并沿用至今。

“存儲程序”的主要思想包括：

①計算機硬件由五個基本部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。

②信息用二進制來表示、存儲和傳輸。

③程序和數(shù)據(jù)存放在存儲器中。

這一思想決定了計算機硬件系統(tǒng)由運算器