计算思维导论教材课件。
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大学计算机-计算思维导论-课件第3章
除此之外，人们还不断总结程序开发中的经验和教训，形成了 一些行之有效的理论和方法。这些模型、理论和方法折浸透了 计算机问题求解的基本思维模式。
3.1 面向过程的程序开发 3.2 面向对象程序开发 3.3 程序错误和异常 3.4 软件工程
3.1 面向过程的程序开发
面向过程的模型把问题求解看作对于数据施加一系列操 作的过程。因此，面向过程的程序描述的核心内容是： 数据与操作过程。
3. 别名——引用（reference）
在C++等语言中引入了别名机制，即可以为 常量或变量起一个别名，分别称为右值引用 和左值引用。
4. 含有操作符的表达式
含有操作符的表达式是操作符与表达式的合 法组合，即这类表达式的值是通过一定的操 作得到的，如number1 + 3、number + munber2等。这个定义是递归的，即组合可 以是多层次的，如number = number + munber2等。这时，一个重要的问题是当表 达式中有两个及其以上的操作符时，哪个操 作符具有操作的优先权。
代码3.1 交换两个变量的值的代码段。
// 变量a、b、temp是三个相同类型的变量，且变量a、b已经有确定的值
temp = a;
// 语句1
a = b;
// 语句2
b = temp;
2）算术操作符与算术表达式
C语言提供的用于支持算术运算的7个操作符
符号 意义 操作数个数 操作数类型
+ 正号
3.1.1 数据类型 3.1.2 标识符及其声明 3.1.3 表达式 3.1.4 操作符与表达式求值规则 3.1.5 语句及其流程控制 3.1.6 组织过程 3.1.7库函数与头文件 3.1.8 派生数据类型
3.1 面向过程的程序开发 3.2 面向对象程序开发 3.3 程序错误和异常 3.4 软件工程
3.1 面向过程的程序开发
面向过程的模型把问题求解看作对于数据施加一系列操 作的过程。因此，面向过程的程序描述的核心内容是： 数据与操作过程。
3. 别名——引用（reference）
在C++等语言中引入了别名机制，即可以为 常量或变量起一个别名，分别称为右值引用 和左值引用。
4. 含有操作符的表达式
含有操作符的表达式是操作符与表达式的合 法组合，即这类表达式的值是通过一定的操 作得到的，如number1 + 3、number + munber2等。这个定义是递归的，即组合可 以是多层次的，如number = number + munber2等。这时，一个重要的问题是当表 达式中有两个及其以上的操作符时，哪个操 作符具有操作的优先权。
代码3.1 交换两个变量的值的代码段。
// 变量a、b、temp是三个相同类型的变量，且变量a、b已经有确定的值
temp = a;
// 语句1
a = b;
// 语句2
b = temp;
2）算术操作符与算术表达式
C语言提供的用于支持算术运算的7个操作符
符号 意义 操作数个数 操作数类型
+ 正号
3.1.1 数据类型 3.1.2 标识符及其声明 3.1.3 表达式 3.1.4 操作符与表达式求值规则 3.1.5 语句及其流程控制 3.1.6 组织过程 3.1.7库函数与头文件 3.1.8 派生数据类型
计算思维PPT完整版ppt课件
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优点
• 计算思维建立在计算过程的能力和限制之 上，由人由机器执行。计算方法和模型使 我们敢于去处理那些原本无法由个人独立 完成的问题求解和系统设计。
特性
• 概念化 • 根本技能 • 人的思维方式 • 数学和工程思维的互补与融合 • 本质是思想
概念化
• 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不止能为计算机 编程，还要求能够在抽象的多个层次上思 维。
根本技能
• 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 。刻板技能意味着机 械的重复。具有讽刺 意味的是，当计算机 像人类一样思考之后 ，思维可就真的变成 机械的了。
人的思维方式
• 计算思维是人类求解问题的一条途径，但 决非要使人类像计算机那样地思考。计算 机枯燥且沉闷，人类聪颖且富有想象力。 是人类赋予计算机激情。配置了计算设备 ，我们就能用自己的智慧去解决那些在计 算时代之前不敢尝试的问题，实现“只有 想不到，没有做不到”的境界。
本质是思想
不只是我们生产的软件硬件 等人造物将以物理形式到处 呈现并时时刻刻触及我们的 生活，更重要的是还将有我 们用以接近和求解问题、管 理日常生活、与他人交流和 互动的计算概念；而且，面 向所有的人，所有地方。
当计算思维真正融入人类活 动的整体以致不再表现为一 种显式之哲学的思维的提出
Jeannette M. Wing 周以真
卡内基·梅隆大学教授
2006年3月，美国 卡内基·梅隆大学计算机 科学系主任 周以真（Jeannette M. Wing） 教授在美国计算机权威期刊 《Communications of the ACM》杂志 上给出，并定义的计算思维 （Computational Thinking）。周教授认 为：计算思维是运用计算机科学的基础概 念进行 问题求解、系统设计、以及人类行 为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列 思维活动。
计算思维ppt
我们应当传播计算机科 学的快乐、崇高和力量， 致力于使计算思维成为 常识。
谢 谢 观 看
计算思维
目
Contents
第一章 第二章 第三章 第四章
录
LOGO 总定义
概述
计算思维是运 用计算机科学的基 础概念进行 问题求 解、系统设计、以 及人类行为理解等 涵盖计算机科学之 广度的一系列思维 活动。
LOGO 优点内容
优点
计算思维建立在 计算过程的能力和限 制之上，由人由机器 执行。计算方法和模 型使我们敢于去处理 那些原本无法由个人 独立完成的 问题求解 和系统设计。
是人的，不是 计算机的思维 方式 概念化，不是 程序化
01
LOGO 总结
智力上的挑战和引人入 胜的 科学问题依旧亟待 理解和解决
计算机科学的教授应当为大学新生开一 门称为“怎么像计算机科学家一样思维” 的课程，面向所有专业，而不仅仅是计 算机科学专业的学生。
我们应当设法激发公众 对计算机领域科学探索 的兴趣，而不是悲叹对 其兴趣的衰落或者哀泣 其研究经费的下降。
内容
计算思维中的 抽象完全超越物理 的时空观，并完全 用符号来表示，其 中，数字抽象只是 一类特例。
SWTO
LOGO 计算思维
1
3 计算思维是一种递归思维
操作模式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
4
计算思维用途
抽象和分解
LOGO 特性
是思想，不是 人造物
数学和工程思 维的互补与融 合
05 04 03 02
根本的，不是 刻板的技能
计算思维概述 ppt课件
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
计算思维导论
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
图模型：顶点表示“原岸的状态”，两点之间有边当且仅当一次合理的渡河 “操作”能够实现该状态的转变。 起始状态是“人狼羊菜”，结束状态是“空”。“允许状态”只有10个。 问题的解：找到一条从起始状态到结束状态的尽可能短的通路。
人羊狼菜 人狼菜 人羊狼 人羊菜 人羊
狼菜
狼
菜
羊
空 (成功 )
问题编码
上述关系可以用一个布尔矩阵表示： 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
我只想证明你想过了。
根据教务管理部 门要求： 第一堂课上提醒 同学两周之内可 以决定是否选本 课程。 以上三张ppt试图 帮组你做决定。 下面言归正传。
竞争优势的软件基础
技能 知识
能力
意识
为什么要提出这个概念?
However, despite the dizzying speed with which some of the technological innovations become obsolete and are replaced by new ones, the fundamentals of the science of computation, and hence many of the basic concepts that are considered important in a computer science 本课程教学参考书 : curriculum, change slowly, at all. David Harel: Algorithmics - the if Spirit of
图模型：顶点表示“原岸的状态”，两点之间有边当且仅当一次合理的渡河 “操作”能够实现该状态的转变。 起始状态是“人狼羊菜”，结束状态是“空”。“允许状态”只有10个。 问题的解：找到一条从起始状态到结束状态的尽可能短的通路。
人羊狼菜 人狼菜 人羊狼 人羊菜 人羊
狼菜
狼
菜
羊
空 (成功 )
问题编码
上述关系可以用一个布尔矩阵表示： 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
我只想证明你想过了。
根据教务管理部 门要求： 第一堂课上提醒 同学两周之内可 以决定是否选本 课程。 以上三张ppt试图 帮组你做决定。 下面言归正传。
竞争优势的软件基础
技能 知识
能力
意识
为什么要提出这个概念?
However, despite the dizzying speed with which some of the technological innovations become obsolete and are replaced by new ones, the fundamentals of the science of computation, and hence many of the basic concepts that are considered important in a computer science 本课程教学参考书 : curriculum, change slowly, at all. David Harel: Algorithmics - the if Spirit of
计算机思维导论PPT
3. 两种解决方法：
计算与自动计算
1. 两种解决方法
（1）通过数学上的规则推导，获得等效的计算方法，从
而完成计算。
n
【例1.2】计算 i 1 2 3 ...... n
i 1
通过数学推导可得 计算
n
i
i பைடு நூலகம்1
n *(1 2
n)
，人们可以轻松的完成
计算与自动计算
（2）另一种办法是设计简单的规则，让机器重复执行， 进行自动计算。
1.1.2 计算思维与各学科的关系
1．应用计算手段促进各学科的研究和创新 2．各学科创新自己的新型计算手段 3．计算思维可以帮助培养各专业的人才
1.2 计算与自动计算
1. 计算是指数据在运算符的操作下，按照规则进行数据 变换。
2. 有时候虽然人们知道了计算的规则，但是因为计算过 于复杂，超过了人的计算能力，所以无法计算得到结 果。
本质是抽象和自动化，即在不同层 面进行抽象，以及将这些抽象机器化。
目的是希望所有人都能像计算机科 学家一样思考，将计算技术与各学科理论 、技术与艺术进行融合实现新的创新。
计算思维的基本内容
计算思维包括多项基本内容。 1. 二进制0和1的基础思维。 2. 指令和程序的思维 3. 递归的思维 4. 计算机系统发展的思维 5. 问题求解的思维 6. 网络化的思维
学习要求
1. 学生应掌握计算思维的基本概念。 2. 掌握计算的有关概念，计算工具的发展，元器件的发
展等。 3. 阅读教材 4. 完成书后习题。
2计算机系统的基本思维
22
目录
2.1 0和1的思维 2.2 二进制与数据编码 2.3 图灵机与冯•诺依曼计算机
2.1 0和1的思维
计算与自动计算
1. 两种解决方法
（1）通过数学上的规则推导，获得等效的计算方法，从
而完成计算。
n
【例1.2】计算 i 1 2 3 ...... n
i 1
通过数学推导可得 计算
n
i
i பைடு நூலகம்1
n *(1 2
n)
，人们可以轻松的完成
计算与自动计算
（2）另一种办法是设计简单的规则，让机器重复执行， 进行自动计算。
1.1.2 计算思维与各学科的关系
1．应用计算手段促进各学科的研究和创新 2．各学科创新自己的新型计算手段 3．计算思维可以帮助培养各专业的人才
1.2 计算与自动计算
1. 计算是指数据在运算符的操作下，按照规则进行数据 变换。
2. 有时候虽然人们知道了计算的规则，但是因为计算过 于复杂，超过了人的计算能力，所以无法计算得到结 果。
本质是抽象和自动化，即在不同层 面进行抽象，以及将这些抽象机器化。
目的是希望所有人都能像计算机科 学家一样思考，将计算技术与各学科理论 、技术与艺术进行融合实现新的创新。
计算思维的基本内容
计算思维包括多项基本内容。 1. 二进制0和1的基础思维。 2. 指令和程序的思维 3. 递归的思维 4. 计算机系统发展的思维 5. 问题求解的思维 6. 网络化的思维
学习要求
1. 学生应掌握计算思维的基本概念。 2. 掌握计算的有关概念，计算工具的发展，元器件的发
展等。 3. 阅读教材 4. 完成书后习题。
2计算机系统的基本思维
22
目录
2.1 0和1的思维 2.2 二进制与数据编码 2.3 图灵机与冯•诺依曼计算机
2.1 0和1的思维
计算思维与思维导图 ppt课件
O 2010年7月19日至20日，北京大学等九所知名高 校在西安交通大学举办了“C9高校联盟计算机 基础课程研讨会”。教育部高等学校计算机基 础课程教学指导委员会主任陈国良院士亲临大 会，作了“计算思维能力培养研究”的报告。 大会就增强大学生计算思维能力的培养发表了 “C9高校联盟计算机基础教学发展战略联合声 明”。
计算思维与思维导图
1
2020/11/24
计算思维
概念 发展史 理论体系
核心内容 应用方向
2020/11/24
2
精品资料
2020/11/24
3ห้องสมุดไป่ตู้
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
O 当我们必须求解一个特定的问题时，首先会问：解决这个
问题有多么困难？怎样才是最佳的解决方法？计算机科学
根据坚实的理论基础来准确地回答这些问题。表述问题的
难度就是工具的基本能力，必须考虑的因素包括机器的指
令系统、资源约束和操作环境。
2020/11/24 11
O 为了有效地求解一个问题，我们可能要进一步问：一个近 似解是否就够了，是否可以利用一下随机化，以及是否允 许误报（false positive）和漏报（false negative）。 计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一 个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问 题。
2020/11/24 12
O 抽象和分解 来迎接庞杂的任务或者设 计巨大复杂的系统。它是关注的分离 （SOC方法）。它是选择合适的方式去陈 述一个问题，或者是选择合适的方式对 一个问题的相关方面建模使其易于处理。 它是利用不变量简明扼要且表述性地刻 画系统的行为。它使我们在不必理解每 一个细节的情况下就能够安全地使用、 调整和影响一个大型复杂系统的信息。 它就是为预期的未来应用而进行的预取 和缓存。
计算机计算与计算思维ppt课件
则即为其解； 否则不是
人进行计算： 规则可能很复杂, 但计算量却 可能很小 人需要知道具体的计算规则 特定规则，只能求:
a1x2+a2x=c
机器-自动计算： 规则可能很简单, 但计算量却 很大 机器也可以采用人所使用的 计算规则 一般性的规则，可以求任意:
a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
知识与视野拓展 宽度---知识面宽，前沿性 Knowledge 深度---贯通性，深入性
能力
(Ability & Capability)
Expansion 云计算与云服务
企业资源规划 与供应链管理
打通知识脉络， 融贯各门课程， 内功强化基础， 外功灵活应变。
知识/技能
(Technique/Skill)
计算机、计算与计算思维 3. 计算与自动计算?
计算与自动计算
3.1 什么是计算？
计算学科的计算 vs. 数学学科的计算
简单计算I：数据计算，计算规则，应用计算规则进行计算并获得计算结果
复杂计算II：f(x)，函数，计算规则及其简化计算方法，便于人应用规则进行计算，获得计算结果
复杂计算III：如丢番图方程，判定，计算规则，人可能无法完成但却可由机器自动完成，借助于机
二、减法口诀 直减 破五减 退位减 一 一下一 一上四去五 一退一还九 二 二下二 二上三去五 二退一还八 三 三下三 三上二去五 三退一还七 四 四下四 四上一去五 四退一还六 五 五下五 五退一还五 六 六下六 六退一还四 六退一还五去一 七 七下七 七退一还三 七退一还五去二 八 八下八 八退一还二 八退一还五去三 九 九下九 九退一还一 九退一还五去四
系统和理解人类行为，其本质是抽象和自动化----from 周以真。
人进行计算： 规则可能很复杂, 但计算量却 可能很小 人需要知道具体的计算规则 特定规则，只能求:
a1x2+a2x=c
机器-自动计算： 规则可能很简单, 但计算量却 很大 机器也可以采用人所使用的 计算规则 一般性的规则，可以求任意:
a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
知识与视野拓展 宽度---知识面宽，前沿性 Knowledge 深度---贯通性，深入性
能力
(Ability & Capability)
Expansion 云计算与云服务
企业资源规划 与供应链管理
打通知识脉络， 融贯各门课程， 内功强化基础， 外功灵活应变。
知识/技能
(Technique/Skill)
计算机、计算与计算思维 3. 计算与自动计算?
计算与自动计算
3.1 什么是计算？
计算学科的计算 vs. 数学学科的计算
简单计算I：数据计算，计算规则，应用计算规则进行计算并获得计算结果
复杂计算II：f(x)，函数，计算规则及其简化计算方法，便于人应用规则进行计算，获得计算结果
复杂计算III：如丢番图方程，判定，计算规则，人可能无法完成但却可由机器自动完成，借助于机
二、减法口诀 直减 破五减 退位减 一 一下一 一上四去五 一退一还九 二 二下二 二上三去五 二退一还八 三 三下三 三上二去五 三退一还七 四 四下四 四上一去五 四退一还六 五 五下五 五退一还五 六 六下六 六退一还四 六退一还五去一 七 七下七 七退一还三 七退一还五去二 八 八下八 八退一还二 八退一还五去三 九 九下九 九退一还一 九退一还五去四
系统和理解人类行为，其本质是抽象和自动化----from 周以真。
计算机思维导论PPT
进位计数制
2．二进制 计算机中信息的存储和处理都采用二进制。二进制数只 有0、1两个数码，基数为2，逢2进1。 为了便于区分，在二进制数后加“B”，表示数为二进制 数。
进位计数制
3．八进制 八进制有0～7共8个数码，基数为8，逢8进1。 为了便于区分，在八进制数后加“O”，表示数为八进制 数。例如：
1.3.1 计算工具的发展
1. 计算工具的发展包括三个阶段: 1) 手动计算器 2) 机械计算器 3) 电子计算机
1．手动计算器
1. 手动计算器是利用算法进行辅 助数字计算过程的设备，操作 者使用算法来进行计算。 1) 小石块和有刻痕的小棍 2) 算筹、算盘，珠算歌诀。 3) 纳皮尔筹，也称为纳皮尔计 算尺 4) 滑动刻度尺
2.2 二进制与数据编码
1. 在计算机中，数字、字符、图片、声音、视频等所有 信息都要进行二进制编码才能存储和处理
2.2.1 二进制与数字的表示
1．机器数 在计算机中采用固定数目的二进制位数来表示数字，称 为机器数。 机器数的表示范围受计算机字长的限制，一般字长为8、 16、32或64位 数值超出机器数能表示的范围，就会出现“溢出”错误 通常把一个二进制数的最高位作为符号位。
【例2.2】 将十进制整数(167)10转换为对应的二进制、八进 制、十六进制数。
不同进制数的转换
1. 十进制转换为八进制
不同进制数的转换
1. 十进制转换为十六进制
不同进制数的转换
3．二进制、八进制、十六进制数的相互转换 每3位二进制数对应一位八进制数，每4位二进制数对应 一位十六进制数 【例2.3】将二进制数(10100111.1011)2转换成八进制、十六 进制数。
1.1.2 计算思维与各学科的关系
计算思维概述ppt课件
“CT is the thought processes involved in formulating problems and their solutions so that the solutions are
合理抽象 高效算法（算法思维角度） represented in a form that can be effectively carried out by an information-processing agent .” Informally, CT describes the mental activity in formulating a
28
请同学们总结什么是计算？
55
1.计算
计算（computation）是算法的执行，
从包含算法和输入数据的初始状态开始，经过一系列 的中间状态，直到达到最终的目标状态的过程。
算法（algorithm）是由若干条指令组成的有穷序列。
66
计算与产品的加工/生产过程有什么可比之处？ 一组可能的输入值和一组可能的输出值之间的映射关系
（6）数据库技术基础 ◆ 设计一个数据库，本身就是抽象和分解的过程
24
计算思维与问题求解
计算思维求解问题的手段： 抽象和自动化。
问题求解的步骤 问题抽象化的描述，问题表示(如何建立模型) 寻找解决方案，问题求解（如何设计算法） 计算机实现过程，效率（如何有效地求解）
现实问题的延伸
25
称为函数（function）。
它使每个可能的输入被赋予单一的输出。 对于一个给定的输入，确定其具体输出的值，这一过程称为函
数的计算。 通过对函数的计算，解决问题。 计算机科学的一个基本问题就是找到一种技术，并用其来计算
合理抽象 高效算法（算法思维角度） represented in a form that can be effectively carried out by an information-processing agent .” Informally, CT describes the mental activity in formulating a
28
请同学们总结什么是计算？
55
1.计算
计算（computation）是算法的执行，
从包含算法和输入数据的初始状态开始，经过一系列 的中间状态，直到达到最终的目标状态的过程。
算法（algorithm）是由若干条指令组成的有穷序列。
66
计算与产品的加工/生产过程有什么可比之处？ 一组可能的输入值和一组可能的输出值之间的映射关系
（6）数据库技术基础 ◆ 设计一个数据库，本身就是抽象和分解的过程
24
计算思维与问题求解
计算思维求解问题的手段： 抽象和自动化。
问题求解的步骤 问题抽象化的描述，问题表示(如何建立模型) 寻找解决方案，问题求解（如何设计算法） 计算机实现过程，效率（如何有效地求解）
现实问题的延伸
25
称为函数（function）。
它使每个可能的输入被赋予单一的输出。 对于一个给定的输入，确定其具体输出的值，这一过程称为函
数的计算。 通过对函数的计算，解决问题。 计算机科学的一个基本问题就是找到一种技术，并用其来计算
计算思维与思维导图PPT课件
O 国内有关计算思维的研究 上世纪80年代，钱学森先生在总结前人的基础
之上，将思维科学作为11大科学技术门类之一。 自从钱学森提出思维科学以来，各种学科在思维 科学的指导下逐渐发展起来，计算学科也不例外。
2020/2/20
5
O 黄崇福教授可能是国内最早阐述计算思维的学者。1992 年，在其所著的《信息扩散原理与计算思维及其在地震工 程中的应用》一书中给出了计算思维的定义：“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，使人们能借助现代和将来的计算机，逐步 达到人工智能的较高目标。”
O 数据又把数据译成代码。它是由广义
量纲分析进行的类型检查。对于别名或赋予人与
物多个名字的做法，它既知道其益处又了解其害
处。对于间接寻址和程序调用的方法，它既知道
其威力又了解其代价。它评价一个程序时，不仅
仅根据其准确性和效率，还有美学的考量，而对
于系统的设计，还考虑简洁和优雅。
O 国内关于计算思维的研讨大部分都是在与计算机方法论 一起研究的。桂林电子科技大学计算机与控制学院董荣胜 教授在对计算思维和计算机方法论的研究中指出：计算思 维与计算机方法论虽有各自的研究内容与特色，但它们的 互补性很强，可以相互促进，计算机方法论可以对计算思 维研究方面取得的成果进行再研究和吸收，最终丰富计算 机方法论的内容；反之，计算思维能力的培养也可以通过 计算机方法论的学习得到更大的提高。两者之间的关系与 现代数学思维和数学方法论之间的关系非常相似2020。/2/20 6
O 这种思维将成为每一个人的技能组合成分，而不仅仅限于科 学家。普适计算之于今天就如计算思维之于明天。普适计算 是已成为今日现实的昨日之梦，而计算思维就是明2日020/现2/20实。12
之上，将思维科学作为11大科学技术门类之一。 自从钱学森提出思维科学以来，各种学科在思维 科学的指导下逐渐发展起来，计算学科也不例外。
2020/2/20
5
O 黄崇福教授可能是国内最早阐述计算思维的学者。1992 年，在其所著的《信息扩散原理与计算思维及其在地震工 程中的应用》一书中给出了计算思维的定义：“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，使人们能借助现代和将来的计算机，逐步 达到人工智能的较高目标。”
O 数据又把数据译成代码。它是由广义
量纲分析进行的类型检查。对于别名或赋予人与
物多个名字的做法，它既知道其益处又了解其害
处。对于间接寻址和程序调用的方法，它既知道
其威力又了解其代价。它评价一个程序时，不仅
仅根据其准确性和效率，还有美学的考量，而对
于系统的设计，还考虑简洁和优雅。
O 国内关于计算思维的研讨大部分都是在与计算机方法论 一起研究的。桂林电子科技大学计算机与控制学院董荣胜 教授在对计算思维和计算机方法论的研究中指出：计算思 维与计算机方法论虽有各自的研究内容与特色，但它们的 互补性很强，可以相互促进，计算机方法论可以对计算思 维研究方面取得的成果进行再研究和吸收，最终丰富计算 机方法论的内容；反之，计算思维能力的培养也可以通过 计算机方法论的学习得到更大的提高。两者之间的关系与 现代数学思维和数学方法论之间的关系非常相似2020。/2/20 6
O 这种思维将成为每一个人的技能组合成分，而不仅仅限于科 学家。普适计算之于今天就如计算思维之于明天。普适计算 是已成为今日现实的昨日之梦，而计算思维就是明2日020/现2/20实。12
计算思维导论教材课件
2/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
爱因斯坦：设法将人们杂乱无章的 感觉经验加以整理，使之符合逻辑 一致的思想系统，就叫科学。
科学作为一种存在的事物和 完整的事物，是人类认知的 事物中最客观的。但科学在 形成过程中，作为追求的目 的，却如同人类的其他认知 一样，是主观的也是受心理 制约的。
若都保持沉默(“合作”)，则一同入狱1年； 若是互相检举(互相“背叛”)，则一同入狱5年
若你认罪并检举对方(“背叛”对方)，他保持沉默，他入人 狱10年，你可以获释(反之亦然)
结果两人都选择了招供（最希望的结果）。
计算思维 基础知识
孤立地看，这是最符合个体利益的“理性”选择。以A为例： 若B招供，A自己招供获刑5年，不招供获刑10年；若B不招供， 自己招供可以免刑，不招供获刑1年。 两种情况下，选择招供都更有利，事实上却比两人都拒不招供 的结果糟。 由囚徒困境可知，公共生活中，如果每个人都从眼前利益、个 人利益出发，结果会对整体的利益(间接对个人的利益)造成 伤害。
计算学科的基本问题：什么能被（有效地）自动进行。
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计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
计算学科是在数学和电子科学基础上发展起 来的一门新兴学科，它既是一门理论性很强的学 科，又是一门实践性很强的学科。
11/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
四、计算机科学与计算机学科
计算机科学/Computer Science：研究计算机及其周围 各种现象和规律的科学。 分类：理论计算机科学、应用计算机科学。 计算机学科/Computer Discipline：研究计算机的设计 与制造和利用计算机进行信息获取、表示、储存、处 理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。 计算机科学侧重研究现象与揭示规律，计算机技术则 侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法和 技术手段。
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
爱因斯坦：设法将人们杂乱无章的 感觉经验加以整理，使之符合逻辑 一致的思想系统，就叫科学。
科学作为一种存在的事物和 完整的事物，是人类认知的 事物中最客观的。但科学在 形成过程中，作为追求的目 的，却如同人类的其他认知 一样，是主观的也是受心理 制约的。
若都保持沉默(“合作”)，则一同入狱1年； 若是互相检举(互相“背叛”)，则一同入狱5年
若你认罪并检举对方(“背叛”对方)，他保持沉默，他入人 狱10年，你可以获释(反之亦然)
结果两人都选择了招供（最希望的结果）。
计算思维 基础知识
孤立地看，这是最符合个体利益的“理性”选择。以A为例： 若B招供，A自己招供获刑5年，不招供获刑10年；若B不招供， 自己招供可以免刑，不招供获刑1年。 两种情况下，选择招供都更有利，事实上却比两人都拒不招供 的结果糟。 由囚徒困境可知，公共生活中，如果每个人都从眼前利益、个 人利益出发，结果会对整体的利益(间接对个人的利益)造成 伤害。
计算学科的基本问题：什么能被（有效地）自动进行。
10/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
计算学科是在数学和电子科学基础上发展起 来的一门新兴学科，它既是一门理论性很强的学 科，又是一门实践性很强的学科。
11/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
四、计算机科学与计算机学科
计算机科学/Computer Science：研究计算机及其周围 各种现象和规律的科学。 分类：理论计算机科学、应用计算机科学。 计算机学科/Computer Discipline：研究计算机的设计 与制造和利用计算机进行信息获取、表示、储存、处 理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。 计算机科学侧重研究现象与揭示规律，计算机技术则 侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法和 技术手段。
第1章 计算思维-导论
或
计算机算法的特性
（1）有穷性：一个算法在执行有穷步之后必须结束。也就是 说，一个算法，它所包含的计算步骤是有限的。 （2）确定性：算法的每一个步骤必须要确切地定义。即算法 中所有有待执行的动作必须严格而不含混地进行规定，不能 有歧义性。 （3）输入：算法有零个或多个的输入，即在算法开始之前， 对算法最初给出的量。 （4）输出：算法有一个或多个的输出，即与输入有某个特定 关系的量，简单地说就是算法的最终结果。 （5）可操作性：算法上描述的操作在计算机上都是可以实现 的。
个 数
10个 2个 8个 16个 R个
进位值
10 2 8 16 R
权
(1999)10= 1×103 + 9×102 + 9× 101 + 9× 100
基数
权
(101.11)2= 1×22 + 0×21 + 1× 20 + 1× 2-1 + 1× 2-2
十进制数转换为Ｒ进制数
整数：除Ｒ取余法(先得最低位，后得最高位） 小数：乘Ｒ取整法(先得最高位，后得最低位）
三、什么是计算思维
笛卡尔（Rene Descartes）：解析几何之父 我思故我在 思维是对某个问题或事物的思考过程以及产生的想法 或见解 思维是人脑对客观现实概括的和间接的反映，它反映 的是事物的本质和事物间规律性的联系
思维是与时俱进的
人类的思维水平也必然随着认识工具 的进步而逐步地由浅入深、由单纯到 复杂、由片面至全面发展 我们所使用的工具影响着我们的思维 方式和思维习惯，从而也将深刻地影 响着我们的思维能力
程序设计
程序设计(Programming)是给出解决特定问题 程序的过程，是软件构造活动中的重要组成部分。
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计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
一、科学的概念
达尔文对科学定义：科学就是整理事实，从 中发现规律并做出结论。
达尔文的定义指出了科学 的内涵，即事实与规律。 科学要发现人所未知的事 实，并以此为依据，实事 求是。至于规律是指客观 事物之间内在的本质的必 然联系。
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计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
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计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
三、计算科学与计算学科
计算科学/Computational Science：一种 与数学模型构建、定量分析方法以及利用计算机 来分析和解决科学问题的研究领域。(计算视角)
计算科学/Computing Science：应用高性 能计算能力预测和了解实际世界物质运动或复杂 现象演化规律的科学，它包括数值模拟、工程仿 真高效计算机系统和应用软件等。(计算机视角)
1.1 科学与计算科学
计算学科/Computational Discipline:利用 计算科学对其他学科中的问题进行计算机模拟或 者其他形式的计算而形成的诸如计算物理、计算 化学等学科统称为计算学科。(计算视角)
计算学科/Computing Discipline:是对描述 和变换信息的算法过程进行系统的研究，它包括 算法过程的理论、分析、设计、效率分析、实现 和应用等。(计算机视角)
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
1.1 科学与计算科学
美国能源部发布的报告：高端计算目前已经与理论 研究、实验手段一起，成为获得科学发现的三大支柱。 因此，理论科学、 实验科学和计算科 学是推动人类文明 进步和科技发展的 重要途径。
计算学科的基本问题：什么能被（有效地）自动进行。
10/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
计算学科是在数学和电子科学基础上发展起 来的一门新兴学科，它既是一门理论性很强的学 科，又是一门实践性很强的学科。
11/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
四、计算机科学与计算机学科
计算机科学/Computer Science：研究计算机及其周围 各种现象和规律的科学。 分类：理论计算机科学、应用计算机科学。
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计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
1993：高性能计算与通信HPCC计划 1996：加速战略计算创新ASCI计划 2002：高性能计算系统HPCS计划 2005：“计算科学-确保美国竞争力”报告
报告建议：应将计算科学长期置于国家科学 与技术领域中心的领导地位。
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计算思维 基础知识
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计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
二、科学的分类
分类方式
种类
按照研究对象的不同 自然科学、社会科学、思维科学
按照与实践联系的不同 理论科学、技术科学、应用科学
按照人类对自然规律利 自然科学、实验科学 用的直接程度
按照人类目标的不同 广义的科学、狭义的科学
广义的科学概念是自然科学、人文科学和社会科学等所有 学科的总称，狭义的科学概念则专指自然科学，有时甚至 直指基础理论科学。
Software Engineering 2004
软件工程专业教育包括10个知识领域
计算机基础 数学和工程基础 职业实践 软件建模与分析 软件设计 软件验证与确认 软件进化 软件过程 软件质量 软件管理
14/12
计算思维 基础知识
学科中的最基本的科学问题
5 Deep Questions in Computing
P = NP ? What is computable? What is intelligence? What is information? (How) can we build complex systems simply?
计算思维 基础知识
1.《论语·宪问》
子曰：“骥不称其力，称其德也。”
爱因斯坦：设法将人们杂乱无章的 感觉经验加以整理，使之符合逻辑 一致的思想系统，就叫科学。
科学作为一种存在的事物和 完整的事物，是人类认知的 事物中最客观的。但科学在 形成过程中，作为追求的目 的，却如同人类的其他认知 一样，是主观的也是受心理 制约的。
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1.1 科学与计算科学
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1.1 科学与计算科学
分类 自然科学 Natural Science
人文科学 humanities
社会科学 Social Science
描述或说明
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。
或曰：“以德报怨，何如？”子曰：“ 何以报德？以直报怨，以德报德。”
如何证明孔子的说法是正确的？
请计算孔子的说法是正确的
计算思维 基础知识
prisoner's dilemma
代码
知识领域
DS 离散结构
PF 程序设计基础
AL 算法与复杂度
AR
计算机体系结构与 组织
OS 操作系统
NC 网络计算
PL 程序设计语言
代码 HC GV IS
IM
SP SE CN
知识领域 人机交互 图形学和可视化计算 智能系统
信息管理
社会与职业问题 软件工程 数值计算科学韦伯斯特新世界词典》对科学定义： 科学是从确定研究对象的性质和规律这一目的出 发，通过观察、调查和实验得到的系统知识。
中国《辞海》对科学定义：科学是运用范畴、 定理和定律等思维形式反映现实世界各种现象的 本质和运动规律的知识体系。
科学：反映现实世界中各种现象及其客观规律的知 识体系。科学作为人类知识的最高形式，已成为人 类社会普遍的文化理念。
计算机学科/Computer Discipline：研究计算机的设计 与制造和利用计算机进行信息获取、表示、储存、处 理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。
计算机科学侧重研究现象与揭示规律，计算机技术则 侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法和 技术手段。
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Computer Science 2008
1.1 科学与计算科学
一、科学的概念
达尔文对科学定义：科学就是整理事实，从 中发现规律并做出结论。
达尔文的定义指出了科学 的内涵，即事实与规律。 科学要发现人所未知的事 实，并以此为依据，实事 求是。至于规律是指客观 事物之间内在的本质的必 然联系。
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1.1 科学与计算科学
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1.1 科学与计算科学
三、计算科学与计算学科
计算科学/Computational Science：一种 与数学模型构建、定量分析方法以及利用计算机 来分析和解决科学问题的研究领域。(计算视角)
计算科学/Computing Science：应用高性 能计算能力预测和了解实际世界物质运动或复杂 现象演化规律的科学，它包括数值模拟、工程仿 真高效计算机系统和应用软件等。(计算机视角)
1.1 科学与计算科学
计算学科/Computational Discipline:利用 计算科学对其他学科中的问题进行计算机模拟或 者其他形式的计算而形成的诸如计算物理、计算 化学等学科统称为计算学科。(计算视角)
计算学科/Computing Discipline:是对描述 和变换信息的算法过程进行系统的研究，它包括 算法过程的理论、分析、设计、效率分析、实现 和应用等。(计算机视角)
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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1.1 科学与计算科学
美国能源部发布的报告：高端计算目前已经与理论 研究、实验手段一起，成为获得科学发现的三大支柱。 因此，理论科学、 实验科学和计算科 学是推动人类文明 进步和科技发展的 重要途径。
计算学科的基本问题：什么能被（有效地）自动进行。
10/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
计算学科是在数学和电子科学基础上发展起 来的一门新兴学科，它既是一门理论性很强的学 科，又是一门实践性很强的学科。
11/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
四、计算机科学与计算机学科
计算机科学/Computer Science：研究计算机及其周围 各种现象和规律的科学。 分类：理论计算机科学、应用计算机科学。
8/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
1993：高性能计算与通信HPCC计划 1996：加速战略计算创新ASCI计划 2002：高性能计算系统HPCS计划 2005：“计算科学-确保美国竞争力”报告
报告建议：应将计算科学长期置于国家科学 与技术领域中心的领导地位。
9/30
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4/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
二、科学的分类
分类方式
种类
按照研究对象的不同 自然科学、社会科学、思维科学
按照与实践联系的不同 理论科学、技术科学、应用科学
按照人类对自然规律利 自然科学、实验科学 用的直接程度
按照人类目标的不同 广义的科学、狭义的科学
广义的科学概念是自然科学、人文科学和社会科学等所有 学科的总称，狭义的科学概念则专指自然科学，有时甚至 直指基础理论科学。
Software Engineering 2004
软件工程专业教育包括10个知识领域
计算机基础 数学和工程基础 职业实践 软件建模与分析 软件设计 软件验证与确认 软件进化 软件过程 软件质量 软件管理
14/12
计算思维 基础知识
学科中的最基本的科学问题
5 Deep Questions in Computing
P = NP ? What is computable? What is intelligence? What is information? (How) can we build complex systems simply?
计算思维 基础知识
1.《论语·宪问》
子曰：“骥不称其力，称其德也。”
爱因斯坦：设法将人们杂乱无章的 感觉经验加以整理，使之符合逻辑 一致的思想系统，就叫科学。
科学作为一种存在的事物和 完整的事物，是人类认知的 事物中最客观的。但科学在 形成过程中，作为追求的目 的，却如同人类的其他认知 一样，是主观的也是受心理 制约的。
3/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
5/30
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
分类 自然科学 Natural Science
人文科学 humanities
社会科学 Social Science
描述或说明
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。
或曰：“以德报怨，何如？”子曰：“ 何以报德？以直报怨，以德报德。”
如何证明孔子的说法是正确的？
请计算孔子的说法是正确的
计算思维 基础知识
prisoner's dilemma
代码
知识领域
DS 离散结构
PF 程序设计基础
AL 算法与复杂度
AR
计算机体系结构与 组织
OS 操作系统
NC 网络计算
PL 程序设计语言
代码 HC GV IS
IM
SP SE CN
知识领域 人机交互 图形学和可视化计算 智能系统
信息管理
社会与职业问题 软件工程 数值计算科学韦伯斯特新世界词典》对科学定义： 科学是从确定研究对象的性质和规律这一目的出 发，通过观察、调查和实验得到的系统知识。
中国《辞海》对科学定义：科学是运用范畴、 定理和定律等思维形式反映现实世界各种现象的 本质和运动规律的知识体系。
科学：反映现实世界中各种现象及其客观规律的知 识体系。科学作为人类知识的最高形式，已成为人 类社会普遍的文化理念。
计算机学科/Computer Discipline：研究计算机的设计 与制造和利用计算机进行信息获取、表示、储存、处 理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。
计算机科学侧重研究现象与揭示规律，计算机技术则 侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法和 技术手段。
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计算思维 基础知识
Computer Science 2008