2014计算思维概述
计算思维概述
计算思维概述
算思维概述通过简约、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
我们知道问题怎样解决的方法：
是一种递归思维美食一种并行处理，是一种多维分析推广的类型检查方法；是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法；是对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；式按照预防、保护及通过冗余、通错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法；是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；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。
计算思维概述通
过简约、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问题怎样解决的方法：是一种递归思维美食一种并行处理，是一种多维分析推广的类型检查方法；是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或
计
进行巨大复杂系统设计的方法；是对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；式按照预防、保护及通过冗余、通错、纠错的方式，并
从最坏情况进行系统
恢复的一种思维方法；
是利用启发式推理寻
求解答，也即在不确
定情况下的规划、学
习和调度的思维方法；
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。
计算思维.doc
计算思维一．计算思维的定义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。
进一步地定义为：1．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问题怎样解决的方法；2．是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法；3．是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法（S oc方法）；4．是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；5．是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法；6．是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；7．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衷的思维方法。
计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。
二．计算思维的深层次理解1．计算思维的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。
2．计算思维的内容计算思维最根本的内容，即其本质（Essence）是抽象（Abstraction）和自动化（Automation）。
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。
与数学和物理科学相比，计算思维中的抽象显得更为丰富，也更为复杂。
数学抽象的最大特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性，而仅保留其量的关系和空间的形式，而计算思维中的抽象却不仅仅如此。
操作模式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。
计算思维导论01-计算思维和计算
计算与自动计算
2．计算科学的基本问题 计算科学的基本问题是“什么能够被有效地自动计算， 什么不能被有效地自动计算？” (1)哪些问题可以在有限时间和有限空间内自动计算，计 算的时间和空间复杂度怎样？ (2)通过人类的各种思维模式，如何设计有效的计算方法 ，以减少计算的时间和空间复杂度。
1.3 计算工具的发展史
2．计算机的雏形——机械式计算器
1. 机械式计算器可以自动完成计算，操作者不需要了解 算法.
2. 1642年，帕斯卡加法器 3. 1673年，莱布尼兹乘法器 4. 1822年，差分机 5. 库塔（Curta）
3．电子计算机
1. 电子计算机能够自动自动存储数据，能够理解和自动 执行任意的复杂规则，能进行任意形式的计算。
1 计算思维和计算
天津科技大学 计算机公共基础系
1
目录
1.1 计算思维概述 1.2 计算与自动计算 1.3 计算工具的发展史
1.1计算思维概述
计算思维是指计算机、软件以及计算相关学科的科学家 和工程技术人员的思维方法。
计算思维定义
美国CMU大学周以真教授： 计算思维是运用计算科学的基础概
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。
1.3.2 元器件的发展
1. 元器件发展中经历了电子管、晶体管、集成电路三个 阶段
计算思维究竟是什么
计算思维究竟是什么思维要理解什么是计算思维，首先要理解什么是思维。
经典的说法为思维是人脑对客观事物间接的、概括的反映。
首先，思维是人脑对客观事物的反映，也就是说，思维的主体是人，而不是其他。
思维一定指的是人所具有的。
计算思维也一定是人的思维，而不是计算机的思维，因为计算机不能成为思维的主体。
至少到目前为止，还没有证据能论证计算机能思维。
至于计算思维中的客体，即客观事物是什么，将在本文的第二部分讨论。
其次，思维具有两大特性：概括性和间接性。
思维是在人脑对各器官获取的感性材料的基础上，把一类事物的共同本质特征的规律抽取出来，加以概括，这就是思维的概括性。
例如，“笔”有铅笔、钢笔、圆珠笔，其颜色、形状、材质等外部特征可能各不相同，而“笔是人类创造的专门用于书写的工具”就是其本质特征的概括。
同样，我们把人们的加减乘除运算行为、计算机对数值和字符的处理动作，都概括为符号串按一定规则变换的过程，也就是计算的概念。
思维的概括性是指能从部分事物相互联系的事实中找到普遍的或必然的联系，并将其推广到同类的现象中去。
例如，借助思维，人们可以认识温度的升降与金属胀缩的关系，认识计算机的特性对社会生产学习生活的影响。
间接性是思维的另一特性。
思维要依靠感性认识，但又远远超脱于感性认识的界限之外，去认识那些没有直接感知过的或根本无法感知到的事物，以及预见和推知事物发展的进程。
例如，人们无法感知恐龙的生活情景，但考古学家可以通过化石来推测，这就是思维的间接性发挥作用。
同样，人们无法直接观察到计算机内部运算器的电流变化，但通过间接信息的输出，可以得出运算器正在进行某种运算的结论。
再次，我们说思维是人脑对客观事物概括的和间接的反映，需要说明的是，这里的反映不只是静态的结果，实际上思维是一个过程。
思维的本质是思维主体即人脑的一种运动。
思维是指人有意识地、连续性地获取各种环境信息，由人脑对获得的环境信息和已有的经验信息（或称为已经完成的运算结果）进行一系列的运算，得出应对环境变化方案的运动。
计算思维概述 ppt课件
以上四个文件分析了美国计算教育出现的问题，报告建议在美国国家科学基金的资助下全面 改革美国的计算教育。以下两个问题和一个建议值得我们注意： ① 大学第一年计算机课程的构建问题； ② 多学科的融合问题； ③ 报告建议加强美国中小学学生抽象思维与写作能力的训练，目的，使学生平稳过渡到
（3）“讨论”出服务排队的核心方法：
–先来先服务（FCFS) –短任务优先（SJF) –最短剩余时间优先（SRTF) –优先级调度（HPF) –时间片轮转（RR)
例4 装箱问题模拟
问题：用尽可能少的箱子装下若干物体
#include <stdio.h> main() {
int i, j, Cur, N, Max=0; static int S[1001]; scanf("%d", &N); for(i=1; i<=N; i++) {
科学的美不逊于艺术的美。
1.1 科学与科学思维
1. 科学的概念
词源
“science”来源于拉丁文”scientia”, 意为“知识 与学问”。
达尔文
“科学就是整理事实，从中发现规律，作出结 论。”
科学是运用范畴、定理和定律等思维形式反映现 实世界中各种现象的本质和运动规律的知识体系。
1.1 科学与科学思维
2. 科学的分类 广义科学
自然科学：以自然界为主要研究对象，运用实证、理性和 臻美等方法，解释自然的奥秘。
人文科学：以人类为主要研究对象，，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。
大学计算机第1章
Powered by Jollyseen（2014）
软件工程专业与研究方向的崛起：并作为专业或学院建制与计算机 科学与技术分离。如山东大学软件学院（山东大学齐鲁软件学院）。
最有名的是美国卡内基梅隆大学计算机学院下设软件研究院（Institute for Software Research），关注"Software， Systems，and
第1章
计算与计算思维概述
1.1.2 计算机科学
科学技术是推动人类文明进步的根本动力
1、计算机与信息社会
（1）计算机（Computer）：是一种现代化的信息处理工具，它对 信息进行处理，并提供所需结果，其结果（输出）取决于所接收的 信息（输入）及相应处理算法—计算机科学技术百科全书（第二版） （2）信息社会：是以信息技术为基础，以信息产业为支柱，以信息 价值的生产为中心，以信息产品为标志的社会；信息社会中，信息 产业高度发展并在产业结构（农业、工业、服务业等）中占优势
—纯数学、应用数学、计算技术（含计算数学和计算机技术）
（3）计算规则与计算：算法、某类问题与具体问题可计算性 （4）计算工具与计算：关系计算效率、计算工具的故事
（5）计算机与计算：自动计算梦想的实现、计算模式的发展
（6）互联网与计算：新的计算模式、未来计算？
Powered by Jollyseen（2014）
第1章
计算与计算思维概述
1.1 计算与计算机科学 1.1.1 计算概述 1、什么是计算？ 2、如何理解计算？ 1.1.2 计算机科学 1、计算机与信息社会
2、计算机科学
计算思维及其应用
计算思维及其应用计算思维是一种解决问题的思维方式，它强调逻辑思考、分析问题、抽象思维和算法设计等技能。
计算思维的核心是通过将问题分解为更小的子问题，并将其转化为可计算的形式，从而找到解决问题的方法。
计算思维在现代社会中得到广泛应用，不仅在计算机科学领域发展迅速，也渗透到了其他学科和行业中。
计算思维的应用之一是在计算机科学中，它是培养学生解决问题的重要方法。
通过计算思维，学生可以学习到如何分析和解决问题，如何设计算法和编写代码。
计算思维不仅可以帮助学生学习计算机科学的基本概念和技术，还可以培养他们的逻辑思维和创新能力。
计算思维的应用也扩展到了计算机科学以外的领域，如数学、物理、经济等。
在这些领域中，计算思维可以帮助研究人员分析和解决复杂的问题，提高研究的效率和准确性。
另一个重要的应用领域是人工智能和机器学习。
计算思维在这些领域中起到了关键作用。
人工智能和机器学习依赖于大量的数据和复杂的算法，通过计算思维，研究人员可以分析大量的数据，发现数据中的模式和规律，并设计出高效的算法来解决实际问题。
计算思维在人工智能和机器学习中的应用不仅可以提高算法的性能和准确性，还可以帮助人们更好地理解人工智能的原理和机制。
计算思维还在创新和创业中发挥着重要的作用。
创新和创业需要不断地提出新的想法和解决新的问题，而计算思维可以帮助人们快速地分析和解决问题。
通过计算思维，创业者可以发现市场需求，设计新的产品和服务，并开展市场推广。
计算思维还可以帮助创业者分析和优化业务流程，提高企业的效率和竞争力。
因此，计算思维在创新和创业中被广泛应用，并取得了许多成功的案例。
除了以上提到的领域，计算思维还在教育、医疗、交通、金融等各个行业中发挥着重要作用。
在教育领域，计算思维可以帮助学生培养问题解决能力和创新精神。
在医疗领域，计算思维可以帮助医生分析和处理大量的医疗数据，提高医疗诊断和治疗的准确性。
在交通领域，计算思维可以帮助分析和优化交通流量，提高交通运输的效率和安全性。
计算思维概述
一、计算改变了什么？ 二、什么是计算？ 三、什么是计算思维？
精品课件
一、计算改变了什么
一．计算改变了科学家的思考方式
– 计算生物学改变着生物学家的思考方式 – 数学机械化改变着数学家的思考方式 – 计算博弈理论改变着经济学家的思考方式 – 社会计算改变社会学家的思考方式
精品课件
计算生物学改变着生物学家的思考方式
最典型的案例： 人类的基因工程----耗时10年，耗资数百亿美元。 散弹枪算法提出来后，用于基因测序----耗时几天，耗 资千把美元就能测一个基因。 （因为大量的繁杂的工作由计算机完成，大大解放了生 物学家，从而改变着生物学家的思考方式）
精品课件
数学机械化改变着数学家的思考方式
•“计算思维”是美国卡内基梅隆大学周以真教授提出的一种 理论。 •周以真认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念去求 解问题、设计系统和理解人类行为，它涵盖了计算机科学的 周M一.以W系真in列（g，思英）文维，名活美Je国动an计。n算et机te
科学家。卡内基-梅隆大学 教授。美国国家自然基金会 计算与信息科学工程部助理 部长。ACM和IEEE会士。
Next x
精品课件
百元买白鸡
• 公鸡每只5元，母鸡每只3元，小鸡一元3只， 一百元买一百只鸡，问有几种买法？
问题分析： X+Y+Z=100 5X+3Y+Z/3=100
精品课件
编程
For x=1 to 100 For y=1 to 100 Z=100-x-y If 5*x+3*y+z/3=100
• 回答10次是与否，就可以猜出该数字。
计算思维概念知识点总结
计算思维概念知识点总结计算思维概念知识点总结计算思维是一种关于解决问题和处理信息的思维方式，强调运用信息技术和计算方法来分析和解决问题。
随着智能时代的到来，计算思维的重要性日益凸显，对于培养创新能力和解决实际问题具有重要意义。
本文将综述计算思维的相关概念和知识点，包括算法思维、抽象思维、系统思维、逻辑思维、创新思维等。
一、算法思维算法思维是指从问题到解决方案的过程中，通过设计和运用算法的思维方式。
算法思维强调问题的分解和解决方案的设计，需要具备分析问题的能力和设计解决方案的能力。
对于初学者而言，可以通过学习和实践编程来培养算法思维，掌握常见的算法和数据结构。
二、抽象思维抽象思维是将事物或问题的共性和关键特征抽取出来，形成概念和模型的思维方式。
抽象思维能够帮助我们理清事物之间的关系和逻辑，从而更好地分析和解决问题。
在计算思维中，抽象思维常见于问题建模、问题转化和解决方案的设计过程中。
三、系统思维系统思维是指从整体和结构的角度来看待问题，考虑事物之间的相互关系和影响。
系统思维能够帮助我们发现问题的本质和内在规律，从而提出更好的解决方案。
在计算思维中，系统思维常见于设计复杂系统和优化方案的过程中。
四、逻辑思维逻辑思维是指按照严谨的逻辑和推理方式来分析和解决问题的思维方式。
逻辑思维能够帮助我们通过推理和演绎来验证和证明问题的正确性，从而提高问题解决的准确性和效率。
在计算思维中，逻辑思维常见于设计算法和程序的过程中。
五、创新思维创新思维是指突破传统思维模式，寻找新的解决方案和方法的思维方式。
创新思维能够帮助我们发现和解决问题的新角度和新思路，从而提出更具创新性和独特性的解决方案。
在计算思维中，创新思维常见于设计新的算法和应用的过程中。
六、综合运用在实际问题解决中，计算思维的不同思维方式往往需要综合运用。
例如，在解决一个复杂问题时，可以先通过系统思维分析问题的整体结构和关键因素，然后运用抽象思维和算法思维进行问题建模和解决方案的设计，最后运用逻辑思维验证解决方案的正确性。
计算思维概述
计算思维概述计算思维是一种以计算机科学为基础的思维方式。
它强调问题的分解、抽象和模式识别能力。
通过将复杂的问题分解为更小的子问题，然后通过抽象和模式识别找到问题的规律和解决方法，计算思维能够帮助我们更高效地解决问题。
与传统的思维方式相比，计算思维更注重算法和逻辑的运用，能够帮助我们从更科学的角度思考和解决问题。
计算思维具有以下几个重要特点。
首先，它强调问题的分解和抽象能力。
通过将复杂的问题分解为更小的子问题，然后通过抽象将问题简化为更易于理解和解决的形式，计算思维能够帮助我们更好地理解和解决问题。
其次，计算思维注重算法和逻辑的运用。
通过运用算法和逻辑的方法，我们可以找到问题的规律和解决方法。
再次，计算思维强调模式识别能力。
通过识别问题中的模式和规律，我们可以更好地理解问题和找到解决方法。
最后，计算思维注重问题的优化和效率。
通过运用计算思维的方法，我们可以寻找问题的最优解和最高效的解决方法。
计算思维在各个领域中都有着重要的应用。
在计算机科学领域中，计算思维是培养程序设计和算法分析能力的基础。
通过运用计算思维的方法，我们可以更好地理解和解决计算机科学中的各种问题。
在日常生活中，计算思维可以帮助我们更好地理解和解决各种问题。
比如，在解决实际问题时，我们可以通过分解问题、抽象问题和运用算法和逻辑的方法，找到问题的解决方案。
在其他学科中，计算思维也有着广泛的应用。
比如，在数学中，我们可以通过计算思维的方法，更好地理解和解决数学问题。
在自然科学中，计算思维可以帮助我们更好地理解和解决科学问题。
计算思维的重要性不仅在于它能够帮助我们解决问题，更重要的是它能够培养我们的逻辑思维和创新能力。
计算思维需要我们运用逻辑和算法的方法来解决问题，这不仅可以提高我们的逻辑思维能力，还可以培养我们的创新能力。
通过分解和抽象问题，我们可以找到问题的规律和解决方法，从而培养我们的创新能力。
此外，计算思维还可以帮助我们培养解决问题的耐心和毅力，提高我们的问题解决能力。
计算思维
计算思维一．计算思维的定义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。
进一步地定义为：1．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问题怎样解决的方法；2．是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法；3．是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法（S oc方法）；4．是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；5．是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法；6．是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；7．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衷的思维方法。
计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。
二．计算思维的深层次理解1．计算思维的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。
2．计算思维的内容计算思维最根本的内容，即其本质（Essence）是抽象（Abstraction）和自动化（Automation）。
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。
与数学和物理科学相比，计算思维中的抽象显得更为丰富，也更为复杂。
数学抽象的最大特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性，而仅保留其量的关系和空间的形式，而计算思维中的抽象却不仅仅如此。
操作模式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。
第一讲 计算思维概述
问题求解中的计算思维
实用文档
• 有铺一座路城问市题需
要铺路，不仅 每栋房子都能 沿着铺好的道 路到达其他所 有的房子，而 且用的石砖最 少。
• 设有三栋房子
和三条路，哪
些路是必须要
铺上石砖的？
பைடு நூலகம்
实用文档
• 如果是5栋房子？
1
2
3
4
5
实用文档
B
A
C
D 1E
实用文档
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：
•“计算思维”是美国卡内基梅隆大学周以真教授提出的一种 理论。 •周以真认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解 问题、设计系统和理解人类行为，它涵盖了计算机科学的一 周M系以. 列W真i思n（g维英，文活）名，动J美e。a国nn计e算tte
机科学家。卡内基-梅隆大 学教授。美国国家自然基金 会计算与信息科学工程部助 理部长。ACM和IEEE会士。
实用文档
计算思维的特性
4 数学和工程思维的互补与融合。
计算机科学在本质上源自数学思维，构建虚拟世界的自 由使我们能够超越物理世界去打造各种系统。
实用文档
计算思维的特性
5 是思想，不是人造品。
面向所有的人，所有地方
不只是我们生产的软件、硬件等人造品将以物理形式 到处呈现并时时刻刻触及我们的生活，更重要的还有将我 们用以接近和求解问题、管理日常生活、与他人交流和互 动时计算性的思想；而且，面向所有的人，所有地方。
囚徒困境——博弈策略建模
石头剪刀布游戏的博弈模型
•石头剪刀布是一种相互制约的多元博弈游戏，它是最平衡
的游戏。
信息科技课程标准核心素养 计算思维
信息科技课程标准核心素养：计算思维在当今数字化时代，信息科技已经成为人们工作和生活中不可或缺的一部分。
为了适应这一变化，教育界也开始关注信息科技课程的重要性，以培养学生的信息技术能力和计算思维。
而计算思维作为信息科技课程的核心素养，不仅在学校教育中扮演着重要角色，也成为了适应未来社会发展的必备能力。
一、计算思维概述计算思维是一种利用计算机科学的思维方式，通过抽象化、自动化和分析来解决问题的能力。
它不仅包括了计算机科学知识，还涵盖了逻辑思维、问题分析、算法设计等方面的能力。
有了计算思维，人们能够更好地理解和利用信息技术，解决现实生活中的问题。
二、计算思维的重要性1. 培养创新能力通过培养计算思维，学生能够更好地理解和应用信息技术，激发创新意识，解决现实生活中的问题。
他们能够通过计算机科学的思维方式，寻找新的解决方案，推动科技创新和社会发展。
2. 提升问题解决能力计算思维让学生能够从问题的角度出发，分析、抽象和解决问题。
通过学习计算思维，他们能够培养逻辑思维和系统思维能力，更好地解决复杂的问题。
3. 适应未来发展随着信息科技的快速发展，未来社会对信息技术人才的需求将越来越大。
培养学生的计算思维，可以让他们更好地适应未来社会的发展，成为具有竞争力的人才。
三、信息科技课程标准中的计算思维要求信息科技课程标准中，对学生的计算思维提出了明确要求：学生应具备使用计算机科学相关知识解决问题的能力，包括但不限于问题分析、算法设计、编程实现等方面。
1. 问题分析学生应该能够从现实生活和学科实践中提取问题，进行问题分析，并运用计算机科学相关知识进行解决。
2. 算法设计学生应该具备设计基本算法的能力，能够将问题抽象为算法，并进行适当的优化和改进。
3. 编程实现学生应该掌握至少一种编程语言，并能够熟练运用所学知识进行编程实现，解决问题。
四、信息科技课程标准中的计算思维培养方法为了培养学生的计算思维，信息科技课程标准中也提出了相应的培养方法。
计算机思维基础-计算思维概述
《计算思维基础》第1章 计算思维概述 山东省临沂第一中学&临沂大学信息科学与工程学院联合开发内容提要1计算工具与思维方法2计算思维的发展3计算思维的概念4计算思维的结构5学习计算思维的必要性人类进行运算时所运用的工具，也经历了由简单到复杂，由低级向高级的发展变化。
计算的需求推动着计算工具的发展，计算工具的发展使得计算更科学、更先进。
反映了人类认识世界、改造世界的艰辛历程和广阔前景。
算盘纳皮尔算筹计算尺机械计算机 帕斯卡加法器 机械计算机 帕斯卡加法器乘法器雅各织布机差分机分析机1.4 思维与计算思维•思维活动的具有三个关键特点：•1）思维活动的载体是语言和文字，不通过语言和文字表达出来的思维是无意义的。
•2）思维的表达方式必须遵循一定的格式，需要符合一定的语法和语义规则。
只有符合语法和语义规则的表达才能被其他人所理解。
•3）为了使别人相信自己的思维结论，必须采取合理的表达方式，说明获得结论的理由，以使别人不去重复思维的过程而相信你的结论。
这就是思维逻辑。
•符合这样三条原则的思维模式大体上可以分为三种：•1）以观察和归纳自然（包括人类社会活动）规律为特征的实证思维。
•2）以推理和演绎为特征的逻辑思维。
•3）以抽象化和自动化为特征的计算思维。
计算思维中的抽象化与数学（逻辑思维）的抽象化有不同的含义。
• 计算思维的抽象化不仅表现为研究对象的形式化表示，也隐含这种表示应具备有限性、程序性和机械性。
有的学者也把形式化、程序化和机械化作为计算思维的特征。
这三种思维模式各有特点，相辅相成，共同组成了人类认识世界和改造世界的基本科学思维内容。
• 实证思维起源于物理学的研究，集大成者的代表是伽利略、开普勒和牛顿。
开普勒是现代科学中第一个有意识地将自然观察总结成规律，并把这种规律表示出来。
伽利略建立了现代实证主义的科学体系，强调通过观察和实验（实验是把自然现象单纯化，以保证可以仔细研究其中的一个局部）获取自然规律的法则。
7.4 计算思维概述
大学计算机计算思维基础计算思维基础主要内容•计算思维的概念•计算思维的特征•计算思维的内涵科学研究及其思维分类1. 科学研究的方法分为三类：理论研究：理论科学实验研究：实验科学计算研究：计算科学2.科学思维的分类理论思维：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。
周以真的定义（原美国卡内基·梅隆大学教授）：计算思维（Computational Thinking，CT）是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、和理解人类行为等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。
计算思维定义P.J.Denning观点（ACM 前主席）Denning认为：计算原理可以总结为7类。
计算---Computation通信---Communication协作---Coordination记忆---Recollection自动化-Automation评估---Evaluation设计---Design计算思维定义2011年，国际教育技术协会(ISTE) 和计算机科学教师协会(CSTA) 给计算思维下了一个操作性的定义：计算思维是一个问题解决的过程，该过程包括：①制定问题，并能够利用计算机和其他工具来帮助解决该问题；②符合逻辑地组织和分析数据；③通过抽象（如模型、仿真等）再现数据；④通过算法（一系列有序的步骤）支持自动化的解决方案；⑤识别、分析和实施可能的解决方案，并整合这些最有效的方案和资源；⑥将该问题的求解过程进行推广并移植到更广泛的应用中。
2017/4/9 6计算思维的本质：抽象（Abstraction）和自动化（Automation）。
计算思维的本质反映了计算的根本问题，即什么能被有效地自动进行。
计算是抽象地自动进行，自动化需要某种计算机去解释现象。
从操作层面上讲，计算就是如何寻找一台计算机去求解问题，选择合适的抽象，选择合适的计算机去解释执行抽象，后者就是自动化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子计算机的研究始于20世纪50年代(华罗庚)
• 国防科技大学研制的银河Ⅰ(1983)、银河Ⅱ
(1992)运算速度都超过一亿次
• 曙光系列机的研制成功 • 计算所的龙芯计划…
Con’t
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
闵乃大，江苏如皋人，著名德籍科学家，中国电子计算机科学的奠基人，中国计算机之父 。 早年留学德国。 抗日战争胜利后回国，执教于清华大学，任电机系电讯网络研究室主任。 1952年全国大学院系调整，清华电讯网络研究室撤消，经华罗庚相邀，闵乃大与夏培肃、 王传英三位年轻的科学家与华罗庚共商中国计算机发展大计，揭开了中国计算机研制的 序 幕。 随后，在华罗庚的中国科学院数学研究所内建立了中国第一个电子计算机科研小 组，任组 长，成为中国科学院数学研究所五名专任研究员之一。 1953年3月执笔拿出了 中国第一个《电子计算机研究的设想和规划》。 1954年1月中国科学院基于科研经费的 原因，将全部电子学人员集中至钱三强的物理研究所 ，仍任电子计算机组的组长。 1956 年，周总理在《中国科技12年远景规划》中提出“四项紧急措施”，其中一项就是急 速 发展计算机技术。3月28日，中国政府组织了以闵乃大为团长的代表团赴莫斯科参加了苏 联计算机会议。6月14日，毛主席、周总理接见了闵乃大等科学家。随后，闵乃大又率团 赴 苏联学习如何建立计算机技术研究所以及计算技术的科研和应用。8月26日，中国科 学院计 算技术研究所筹委会在西苑饭店正式成立，华罗庚为主任委员，闵乃大为委员兼 计算机整 机研究室主任。 1957年11月，郭沫若率中国科学代表团访苏，闵乃大又为主要 成员。访问期间，中苏签订 了《中苏共同进行和苏联帮助中国进行重大科学技术研究的 协定》，其中“计算技术科学 研究”是重要一项。在商谈如何制造计算机的问题上发生 争议，闵乃大专程返国请示，12 月再赴莫斯科，谈判决定，购买EЭCM－Ⅱ机器，并在 中国进行仿制。最初仿制了103机和 104机，依靠它完成了第一颗原子弹的有关计算。闵 乃大在教学和科研上造诣很深。中国巨型计算机之父、第三届国家最高科技奖获得者金 怡濂是这样评述的：“在清华读书时，印象最深的是基础课，那时，闵乃大、钱伟长、 孟 昭英等声望很大的教授亲自教我们，学校重视基础课的程度可见一斑”；“闵乃大教 授讲 的课理论很深，公式一写两黑板，推导完后，一定反复问大家抓住了概念没有”。 1958年，闵乃大去德国定居。
第二步
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
第三步
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
第四步
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
第五步
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
第六步
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
第七步
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
结论
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
计算机器本天成 冯诺依曼偶得之
计算思维的伟大胜利！
中国计算技术及计算机的发展
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
• 原始的计数思想
曰春夏，曰秋冬。此四时，运不穷。曰南北，曰西东。此四方，应 乎中。曰水火，木金土。此五行，本乎数。曰仁义，礼智信。此五常， 不容紊。稻粱菽，麦黍稷。此六谷，人所食。马牛羊，鸡犬豕
业界规律：摩尔定律
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
• 晶体管容量每18-24个月就会翻一番。
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
芯片的制造过程
URL:/misc/2007-03-26/95/1704.html 南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
计算机系统的层次结构
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
计算机系统 = 硬件系统+软件系统
软件系统:系统软件+应用软件
交界面
计算机组织与 结构涉及内容
硬件系统
计算机硬件结构
南 京 大 中央处理 学 器 计 算 电源箱 机 科 学 内存条 与 技 术 系 调制解调 器 主板 光驱
软驱
硬盘
家庭成员
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
• • • • • •
显示器 鼠标 硬盘 主板 键盘 …
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
电子元器件的发展历程
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
电子元器件的发展历程
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
和J· P· 埃克脱领导的“埃尼阿克”（ENIAC）计算机
研究工作，在计算机的理论和设计方面发挥了重 要作用。
他是如何介入到计算机的研发中的呢？
这是一个神奇的故事！！！
类比分析
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系 硬盘 主存
CPU
如果是这样呢？
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
与应用研究是计算机科学与应用领域中的核心问题之一。
而计算则是连接理论与实验的桥梁！
[1]G.Fox. E-Science Meets Computational Science and Information Technology. Computing in Science and Engineering, 2002, 4(4): 84-85.
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
计算思维概述
授课教师简介
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系 • 姓名: 窦万春 教授 • 其他详见/douwc
引子
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
计算机真是神奇,请问他是怎么工作的? -----来自南大小百合 “我们是什么，我们来自何方” -----哲学命题
Con’t
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
国 外
第一代计算机(1946-1958)-电子管时代 第二代计算机(1959-1964)-晶体管时代 第三代计算机(1965-1970)-中小规模集成电路时代 第四代计算机(1970-至今)-超大规模集成电路时代 新一代计算机(1982-1992)-并行逻辑推理机
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。
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
•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。
All computer (the biggest and the smallest, the fastest and the slowest, the most expensive and the cheapest) are capable of computing exactly the same things if they are given enough time and enough memory.
11/30
计算思维的物化成果
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
计算机！ 计算思维 计算机思维
本讲内容
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
1 2 3 4 5
一个故事 两个基本原则 三个基本层次 四个基本阶段 五个基本部件
计算机之父-冯·诺依曼生平简介
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
诗
子曰：‚《诗》三百，一言以 蔽之，曰‘思无邪’‛。
师曰：‚计算机，一言以蔽之， 曰‘二进制’‛。
二进制是什么？
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
计算思维 = 计算 & 思维
计算的宏观定位
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系 理论、计算与实验是科学领域中最为基本的研究手段和 应用方式[1]。围绕以“计算”(Computing)为主题的理论
第八步
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
第九步
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
诺依曼 John von Neuman（1903~1957），美籍匈
牙利数学家。1903年12月28日生于布达佩斯。诺 依曼先后入柏林大学和苏黎世技术学院学习， 1925年毕业，获化学工程师称号，1926年获布达 佩斯大学数学博士学位。毕业后在德国汉堡大学 任教。1930年移居美国，在普林斯顿大学和该校 高级研究所工作。诺依曼1944年参加J· W莫奇利
第一代计算机(1946-1958)-电子管时代 特点：电子管作为开关元件，使用机器语言，可以存储信息，输入输 出速度慢。 第二代计算机(1959-1964)-晶体管时代 特点：晶体管取代电子管，采用磁芯存储器，汇编语言取代了机器语言。 第三代计算机(1965-1970)-中小规模集成电路时代 特点：集成电路取代晶体管，采用半导体存储器，使用了操作系统。 第四代计算机(1970-至今)-超大规模集成电路时代 特点：采用了集成度很高的电路，出现了微处理器。 新一代计算机(1982-1992)-并行逻辑推理机
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
本讲内容
南 京 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系
1 一个故事
2 3 4 5