第00章-计算思维

设有三栋房子和 三条路，哪些 路是必须要铺
如果是5栋房子？
1
2
3
4
5
B
A
C
D 1E
警察抓小偷
警察局抓了a，b，c，d四名偷窃嫌疑犯，其 中只有一人是小偷，审讯记录如下：
A说：我不是小偷 B说：c是小偷 C说：小偷肯定是d D说：c在冤枉人
四个人中，三个人说的是真话，一个人说的是假话， 请问谁是小偷？
编程
For x=1 to 100 For y=1 to 100 Z=100-x-y If 5*x+3*y+z/3=100 then Print x,y,z End if Next for
Next for
计算思维能够反映人类思维活动，高效执行。
计算机解题方法
计算机解决问题步骤：
理解问题，寻找解决问题的条件； 从问题抽象出适当的数学模型，然后设计解决这个数学模型
计算改变了世界
美国学者尼葛洛庞帝在其 1996年出版的《数字化生 存》一书中提出的，按照 他的解释，计算不再只与 计算机有关，它决定我们 的生存。
尼葛洛庞帝 （Negroponte）为美国麻 省理工学院教授及媒体实验室的创办人。 西方媒体推崇他为电脑和传播科技领域 最具影响力的大师之一， 1996年7月被 《时代》周刊列为当代最重要的未来学 家之一。
数学机械化改变着数学家的思考方式
数学机械化，就是刻板化和规格化。---吴方法（吴文俊） 数学问题的机械化，就是要求在运算或证明过程中，每 前进一步之后，都有一个确定的、必须选择的下一步， 这样沿着一条有规律的、刻板的道路，一直达到结论。
吴文俊-中科院资深院士
吴先生创立了初等几 何定理证明的机械化 方法，国际上称“吴 方法”，首次实现了 高效的几何定理的机 器证明。

计算思维与计算机文化
第一章 计算思维基础知识
第一章 计算思维基础知识
主要内容 1.1 科学与科学思维 1.2 计算思维的概念 1.3 计算思维的核心概念和方法 1.4 计算思维的应用领域
思维本身让人沉醉……
计算思维除了给计算机技术带来变革，它还让 人们在探索的过程中体验和谐、对称、完备、 简洁等美学属性。
1.1 科学与科学思维
2）科学思维的分类 对应的三大科学研究的思维是理论思维、实验思维和计算思维。 理论思维：
又称推理思维，以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。 实验思维：
又称实证思维，以观察和总结自然规律为特征，以物理学科 为代表。 计算思维：
又称构造思维，以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。
计算思维就是思维过程或功能的计算模拟方法论，其研究的目的是提供 适当的方法，使人们借助现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高 目标。诸如：模式识别、决策、优化和自控等算法都属于计算思维的范畴。
三大思维都是人类科学思维方式中固有的部分。其中，理论思维强调 推理，实验思维强调归纳，计算思维希望能自动求解。他们以不同的方式 推动着科学的发展和人类文明的进步。
➢目的是培养学生像拥有阅读、写作和算术 （3R）基本技能一样拥有计算思维技能，并 能自觉地应用于日常的学习、研究与将来的 工作中，要像计算机科学家那样思考问题。
周以真：原美国卡内基·梅隆大学教授，2013年任微软全球资深副总裁、负责 微软研究院全球各核心研究机构及学术合作部 。2006年对计算思维进行了清晰、 系统的阐述，使计算思维的概念得到人们的极大关注。
• Design：building reliable software systems
评估---Evaluation 4类核心实践

第1章计算、计算机与计算思维1.1举例说明可计算性和计算复杂性的概念。

答：对于给定的一个输入，如果计算机器能在有限的步骤内给岀答案，这个问题就是可计算的。

数值计算、能够转化为数值计算的非数值问题（如语音、图形、图像等）都是可计算的。

计算复杂性从数学上提出计算问题难度大小的模型，判断哪些问题的计算是简单的，哪些是困难的，研究计算过程中时间和空间等资源的耗费情况，从而寻求更为优越的求解复杂问题的有效规则，例如著名的汉诺塔问题。

1.2列举3种电子计算机出现之前的计算工具，并简述其主要特点。

答：（1）算盘通过算法口诀化，加快了计算速度。

（2）帕斯卡加法器通过齿轮旋转解决了自动进位的问题。

（3）机电式计算机Z-1,全部采用继电器，第一次实现了浮点记数法、二进制运算、带存储地址的指令等设计思想。

1.3简述电子计算机的发展历程及各时代的主要特征。

答：第一代一一电子管计算机（1946—1954年）。

这个时期的计算机主要采用电子管作为运算和逻辑元件。

主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯，外存储器采用磁带。

在软件方面，用机器语言和汇编语言编写程序。

程序的编写与修改都非常繁琐。

计算机主要用于科学和工程计算。

第二代一一晶体管计算机（1954—1964年）。

计算机逻辑元件逐步由电子管改为晶体管，体积与功耗都有所降低。

主存储器采用铁没氧磁芯器，外存储器采用先进的磁盘，计算机的速度和可靠性有所提高。

软件方面，出现了各种各样的高级语言，如FORTRAN, ALGOL, COBIL及编译程序语言，简化了程序设计，建立了程序库和批处理的管理程序，开始用“操作系统”软件对整个计算机资源进行管理。

除了进行科学计算之外，这时的计算机还应用于工业控制、工程设计及数据处理等领域。

第三代一一集成电路计算机（1964—1970年）。

这个时期的计算机逻辑元件使用集成电路代替了原来独立的物理元件，使用半导体存储器代替了磁芯存储器。

中、小规模的集成电路可在单个芯片上集成几十个晶体管。

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计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
类别 解释或说明
自然科学 Natural Science
人文科学 humanities 社会科学 Social Science
以自然界为主要研究对象，运用实证、理性 和臻美等方法，揭示自然的奥秘，获取自然 的真知。 以人类作为主要研究对象，运用实地考察、 诠释和启示等方法，认识人、人性和人生的 意义，提升人的精神素质和思想境界。 以社会领域为主要研究对象，运用调查、统 计和归纳等方法，把握社会规律，解决社会 问题，促进社会进步。
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计算思维 基础知识
1.3 计算思维的概念
③理解人类行为中的计算思维 王飞跃认为(中科院)：计算思维是基于可计算 的手段，以定量化的方式进行的思维过程。计算 思维就是应对信息时代新的社会动力学和人类动 力学所要求的思维。在人类的物理世界、精神世 界和人工世界等三个世界中，计算思维是建设人 工世界需要的主要思维方式。 利用计算手段来研究人类的行为，可视为社 会计算，即通过各种信息技术手段，设计、实施 和评估人与环境之间的交互。
计算思维是利用海量数据来加快计算，在时间和 空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折中 的思维方法。
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计算思维 基础知识
1.3 计算思维的概念
1.概念化，不是程序化
三、计算思维的特征
计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家那 样去思维意味着远远不仅限于计算机编程，还要求能 够在抽象的多个层次上思维。计算机科学不只是关注 计算机，就像音乐产业不只是关注麦克风一样。 2.根本的，不是刻板的技能 计算思维是一种根本技能，是每一个人为了在现 代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板的技能意味着 简单的机械重复。