计算思维英文PPT
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计算思维及相关应用
基础的
• 不是机械 的技能
人的
• 不是计算 机的思维
思想的
• 不是人造 品
基础的
FOUNDMENTA
L
是基础的，不是机械的技能
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。
而现在许多学校只是把知识生搬硬套 到每个学生身上，忽略学生个性，失去创 新的个性思维。
C
计算思维的特点、优势
HARACTERISTIC
It represents a universally applicable attitude and skill set everyone, not just computer scientists, would be eager to learn and use. -- J.W.Ming， “Computer Thinking，”CACMViewpoint
C
目录
ONTENT
提 出
优 越 性
相 关 实 例
W
什么是计算思维
HAT
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。 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。
2006年3月，美国卡内基·梅隆计算机 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。
第六章 计算与计算思维ppt
【案例】毕加索画牛的抽象过程。
国内学者/专家的观点
计算思维是人类应具备的第三种思维 实验思维: 实验 观察 发现、推断与总结. ---观察与归纳 理论思维: 假设/预设 定义/性质/定理 证明. ---推理和演绎 计算思维: 设计, 构造 与 计算. ---设计与构造 计算思维关注的是人类思维中有关可行性、可构造性和可评价性的部分 当前环境下，理论与实验手段在面临大规模数据的情况下，不可避免地要
理。
【扩展】沃尔夫勒姆（Wolfram）在《一种新科学》书中指出：
自然界的本质是计算，但计算的本质必须用实验探索。 • 世界的底层规则是简单的、决定性的，但是这些规则生成
的人类行为却极端复杂。 • 我认为宇宙像pi一样，虽然无穷无尽但可以计算到任意精
度。 • 审视一下新出现的关于自然界的模型，我们会看到，基于
因为计算思维的学习不需要太多的数学基础，它不是数学思 维，尽管数学思维对其有很大的影响
不要受各自专业认知的影响和干扰，这些观点“我学了文科 专业，就学不好计算思维”，“我学了文科专业就不需要计算 思维”是要不得的！
系统是龙，算法是睛，画龙要点睛。
解决问题的算法
• 算法是问题求解过程的精确描述。 • 求解一个问题时，可能会有多种算法可供选择。 • 算法选择：正确性，可靠性，简单性，存储空间，执
行速度等。 问题的抽象描述
• 对问题用数学形式描述它； • 检查描述是否合适，如果不合适，再换一种方式； • 通过反复尝试，达到满意的结果。
机器计算
知道计算规则，但超出人的计算能力，无法获得计算结果 人可能无法完成但却可由机器自动完成，借助于机器获得 计算结果 设计一些简单的规则，让机器通过重复执行来完成计算， 也就是使用机器来代替人进行自动计算，比如圆周率计算 等。
计算思维PPT
• 计算机科学在本质上源自数学思维，因为 像所有的科学一样，其形式化基础建筑于 数学之上。计算机科学又从本质上源自工 程思维，因为我们建造的是能够与实际世 界互动的系统，基本计算设备的限制迫使 计算机学家必须计算性地思考，不能只是 数学性地思考。构建虚拟世界的自由使我 们能够设计超越物理世界的各种系统。
Байду номын сангаас 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。
• • • • •
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。
计算思维
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。
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。
计算思维与思维导图
• 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 是明日现实。
思维导图
概念
发展史
理论体系
核心内容
应用方向
概念
• 思维导图又叫心智图，是表达发射性思维的有效的图形思维 工具。是有效的思维模式，应用于记忆、学习、思考等的思 维“地图”，有利于人脑的扩散思维的展开。
• 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。
计算思维与思维导图
计算思维
概念
发展史
理论体系
核心内容
应用方向
概念
• 计算思维（Computational Thinking）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。
• 目的是使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、 写作和算术还要学会计算思维，并自觉地运用到日常 学习、研究与将来的工作中
• 计算思维是一种递归思维 它是并行处理。它是把代码译成数据 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。
思维导图
概念
发展史
理论体系
核心内容
应用方向
概念
• 思维导图又叫心智图，是表达发射性思维的有效的图形思维 工具。是有效的思维模式，应用于记忆、学习、思考等的思 维“地图”，有利于人脑的扩散思维的展开。
• 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。
计算思维与思维导图
计算思维
概念
发展史
理论体系
核心内容
应用方向
概念
• 计算思维（Computational Thinking）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。
• 目的是使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、 写作和算术还要学会计算思维，并自觉地运用到日常 学习、研究与将来的工作中
• 计算思维是一种递归思维 它是并行处理。它是把代码译成数据 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。
《大学计算机基础》教学课件 第1章 计算机与计算思维
服务程序（诊断、排错、编辑等）
数据库管理程序
专用应用软件
通用应用软件
14
1.2.2 现代计算机系统的构成
第第11章章 计计算算机机与与信信息息技技术术基基础础
将连接各部件的信息通道称为系统总线（BUS，简称总线）。 依据所传送信号的性质，总线由：
地址总线AB（ Address BUS） 数据总线DB（ Data BUS） 控制总线CB（ Control BUS） 依据部件作用，总线一般由总线控制器、总线信号发送／接收器和导线等所构成。
3. 微型计算机的发展
微型计算机指的是个人计算机（Personal Computer，PC），简称微机。 其主要特点是采用微处理器（Micro Processing Unit，MPU）作为计算机的 核心部件，并由大规模、超大规模集成电路构成。
8
1.1.1计算机的发展和应用领域概述
第第11章章 计计算算机机与与信信息息技技术术基基础础
17
1.3.2 存储器的组织结构和分类
第第11章章 计计算算机机与与信信息息技技术术基基础础
1. 存储器的组织结构
存储器是存放程序和数据的装置。存储器的容量越大越好，工作速度越快越好，但二 者和价格是互相矛盾的。为了协调这种矛盾，目前的微机系统均采用了分层次的存储器结 构，一般可将存储器分为三层：主存储器（Memory）、外存储器（Storage）和高速缓冲 存储器（Cache）。现在一些微机系统又将高速缓冲存储器设计为CPU 芯片内部的高速缓 冲存储器和CPU 芯片外部的高速缓冲存储器两级，以满足速度和容量的需要。
信线路互联组成一个规模大、功能强的网络系统，在网络软件的协调下，共享信息、共享 软硬件和数据资源。 智能化：
数据库管理程序
专用应用软件
通用应用软件
14
1.2.2 现代计算机系统的构成
第第11章章 计计算算机机与与信信息息技技术术基基础础
将连接各部件的信息通道称为系统总线（BUS，简称总线）。 依据所传送信号的性质，总线由：
地址总线AB（ Address BUS） 数据总线DB（ Data BUS） 控制总线CB（ Control BUS） 依据部件作用，总线一般由总线控制器、总线信号发送／接收器和导线等所构成。
3. 微型计算机的发展
微型计算机指的是个人计算机（Personal Computer，PC），简称微机。 其主要特点是采用微处理器（Micro Processing Unit，MPU）作为计算机的 核心部件，并由大规模、超大规模集成电路构成。
8
1.1.1计算机的发展和应用领域概述
第第11章章 计计算算机机与与信信息息技技术术基基础础
17
1.3.2 存储器的组织结构和分类
第第11章章 计计算算机机与与信信息息技技术术基基础础
1. 存储器的组织结构
存储器是存放程序和数据的装置。存储器的容量越大越好，工作速度越快越好，但二 者和价格是互相矛盾的。为了协调这种矛盾，目前的微机系统均采用了分层次的存储器结 构，一般可将存储器分为三层：主存储器（Memory）、外存储器（Storage）和高速缓冲 存储器（Cache）。现在一些微机系统又将高速缓冲存储器设计为CPU 芯片内部的高速缓 冲存储器和CPU 芯片外部的高速缓冲存储器两级，以满足速度和容量的需要。
信线路互联组成一个规模大、功能强的网络系统，在网络软件的协调下，共享信息、共享 软硬件和数据资源。 智能化：
第1章 计算机与计算思维
printf("输入错误!请重新输入!\n"); } r=m%n;
21
while(r!=0) /*利用辗除法，直到r为0为止*/
{ m=n; n=r; r=m%n;
} intGreatComDiv=n; intLeaseComMul=M*N/intGreatComDiv; printf("m和n的最大公约数是:
一个可以使用计算机解决的问题应该被定 义为“可以在有限步骤内被解决的问题”， 故哥德巴赫猜想这样的问题是不属于“可 计算问题”之列的，因为计算机没有办法 给出数学意义上的证明。
不能期待计算机能解决世界上所有的问题。
24
1.2计算思维
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 解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活 动。计算思维的本质是抽象和自动化。如同 所有人都具备“读、写、算”（简称3R）能 力一样，计算思维已经成为必须具备的科学 思维能力。
设计一个算法完成这个查找过程，那么这个算法 的思想和人工查找是基本一致的，即逐个对比 s1,s2,…,sn，
如果其中某一个的学号值与key=10011087匹配， 则查找成功，结束查找过程；
如果所有的学号都不与key匹配，则说明没有要找 的这个学生，称为查找失败，结束查找过程。
演规则）。任何结论都要从公理集合出发， 经过推演系统的合法推理，得出结论。
31
计算思维
计算思维是人类科学思维中，以抽象化和 自动化，或者说以形式化、程序化和机械 化为特征的思维形式。
计算思维也是与人类思维活动同步发展的 思维模式，但是计算思维概念的明确和建 立却经历了较长的时期。
32
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。
21
while(r!=0) /*利用辗除法，直到r为0为止*/
{ m=n; n=r; r=m%n;
} intGreatComDiv=n; intLeaseComMul=M*N/intGreatComDiv; printf("m和n的最大公约数是:
一个可以使用计算机解决的问题应该被定 义为“可以在有限步骤内被解决的问题”， 故哥德巴赫猜想这样的问题是不属于“可 计算问题”之列的，因为计算机没有办法 给出数学意义上的证明。
不能期待计算机能解决世界上所有的问题。
24
1.2计算思维
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 解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活 动。计算思维的本质是抽象和自动化。如同 所有人都具备“读、写、算”（简称3R）能 力一样，计算思维已经成为必须具备的科学 思维能力。
设计一个算法完成这个查找过程，那么这个算法 的思想和人工查找是基本一致的，即逐个对比 s1,s2,…,sn，
如果其中某一个的学号值与key=10011087匹配， 则查找成功，结束查找过程；
如果所有的学号都不与key匹配，则说明没有要找 的这个学生，称为查找失败，结束查找过程。
演规则）。任何结论都要从公理集合出发， 经过推演系统的合法推理，得出结论。
31
计算思维
计算思维是人类科学思维中，以抽象化和 自动化，或者说以形式化、程序化和机械 化为特征的思维形式。
计算思维也是与人类思维活动同步发展的 思维模式，但是计算思维概念的明确和建 立却经历了较长的时期。
32
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。
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。
计算思维PPT
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。
二、计算思维的本质
计算思维的本质是抽象（Abstract）和自动化
（Automation）。它反映了计算的根本问题，即什么能 被有效的自动进行。计算是抽象的自动执行，自动化需 要某种计算机去解释抽象。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，隐含地说就是要确定 合适的抽象，选择合适的计算机去解释执行该抽象，后 者就是自动化。
三、计算思维的特征
1.概念化，不是程序化 2.根本的，而不是刻板的技能
3.人的，不是计算机的思维
4.数学和工程思想的完美互补结合
四、计算思维的应用领域
人类使用计算思维进行思考、交流和沟通，把计算过程描述 清楚，运用到计算机领域。
作为一种表达思维方式，计算机程序中采用了各种技术手段， 并且为此发展出一整套形式语言理论，编译理论，检验理论 和优化理论，这些理论和技术是据算思维的核心概念。 由于计算机科学的发展，计算思维得到明确的定义和解释， 从而使计算思维本身得到了非常深入的研究和发展。推进了 计算机科学的发展。
计算思维的核心是基于计算模型两个（环境）和约束的问题求解。 计算机科学是研究计算模型，计算系统的设计，以及如何有效的 利用计算系统进行信息处理、实现工程应用的学科，涉及基本模 型的研究、软件硬件系统的设计和面向应用的技术研究。 计算思维反映了计算机学科最本质的特征和方法。 推动了计算机领域的研究发展，计算机学科研究必须建立在计算 思维的基础上。 进入新世纪以来，以计算机科学技术为核心的计算机科学发展异 常迅猛，有目共睹，在计算机时代，计算思维的意义和作用提到 了前所未有的高度，成为现代人类必须具备的一种基本素质。 计算思维代表着一种普适的态度和一种普适的技能，在各种领域 都有很重要的应用，尤其是据算计领域的研究
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。
二、计算思维的本质
计算思维的本质是抽象（Abstract）和自动化
（Automation）。它反映了计算的根本问题，即什么能 被有效的自动进行。计算是抽象的自动执行，自动化需 要某种计算机去解释抽象。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，隐含地说就是要确定 合适的抽象，选择合适的计算机去解释执行该抽象，后 者就是自动化。
三、计算思维的特征
1.概念化，不是程序化 2.根本的，而不是刻板的技能
3.人的，不是计算机的思维
4.数学和工程思想的完美互补结合
四、计算思维的应用领域
人类使用计算思维进行思考、交流和沟通，把计算过程描述 清楚，运用到计算机领域。
作为一种表达思维方式，计算机程序中采用了各种技术手段， 并且为此发展出一整套形式语言理论，编译理论，检验理论 和优化理论，这些理论和技术是据算思维的核心概念。 由于计算机科学的发展，计算思维得到明确的定义和解释， 从而使计算思维本身得到了非常深入的研究和发展。推进了 计算机科学的发展。
计算思维的核心是基于计算模型两个（环境）和约束的问题求解。 计算机科学是研究计算模型，计算系统的设计，以及如何有效的 利用计算系统进行信息处理、实现工程应用的学科，涉及基本模 型的研究、软件硬件系统的设计和面向应用的技术研究。 计算思维反映了计算机学科最本质的特征和方法。 推动了计算机领域的研究发展，计算机学科研究必须建立在计算 思维的基础上。 进入新世纪以来，以计算机科学技术为核心的计算机科学发展异 常迅猛，有目共睹，在计算机时代，计算思维的意义和作用提到 了前所未有的高度，成为现代人类必须具备的一种基本素质。 计算思维代表着一种普适的态度和一种普适的技能，在各种领域 都有很重要的应用，尤其是据算计领域的研究
第1章计算思维导论Wang Ke 115PPT课件
由于它直接面向应用, 社会效益强, 所以, 其发展非常迅速。诸如工业 机器人、太空机器人、 水下机器人、家用机器人、军用机器人、服务机 器人、医疗机器人、运动机器人、助理机器人、机器人足球赛、机器人象 棋赛 ……, 几乎应有尽有。
AI计算智能--无处不在
• 扫地机器人 • 擦玻璃机器人 • 客服机器人 • 苹果siri • 微软Cortana • AlphaGo • 自动驾驶 • 智能穿戴 • 智能家居 • 机器翻译 • 无人机快递
计算思维
导论
哈工大深圳研究生院
第一章 计算思维与程序设计 1.1 计算思维 1.2 算法 1.3 程序设计 1.4 计算思维案例
数字化生存的智慧：计算思维
一、计算改变了什么？ 二、什么是计算？ 三、什么是计算思维？
1.计算改变科学家的思考方式
计算生物学改变着生物学家的思考方式 计算博弈理论改变着经济学家的思考方式 纳米计算改变着化学家的思考方式 计算物理学改变着物理学家的思考方式 数学机械化改变数学家的思考方式 社会பைடு நூலகம்算改变社会学家的思考方式 ……
艾兹格·W·迪科斯彻 （1930~2002） （Edsger Wybe Dijkstra，） 荷兰 计算机 科学家，
荷兰Leiden大学 1972年获得图灵奖
计算思维—猜猜猜
计算生物学
应用数据分析及理论 的方法、数学建模和 计算机仿真技术，来 研究生物学、行为学 和社会群体系统。
例如“蚁群算法”、“ 蜂群算法”、“萤火虫 算法” 、“候鸟算法”
计算经济学
运用计算思想分析和综合经济问 题
分析、模型、决策 计算思想在诺贝尔奖获奖理论中
占到70%以上的比例
“雾霾经济计算模型”
如：微软的从照片判断年龄HowOld、汽车号牌自动识别。
AI计算智能--无处不在
• 扫地机器人 • 擦玻璃机器人 • 客服机器人 • 苹果siri • 微软Cortana • AlphaGo • 自动驾驶 • 智能穿戴 • 智能家居 • 机器翻译 • 无人机快递
计算思维
导论
哈工大深圳研究生院
第一章 计算思维与程序设计 1.1 计算思维 1.2 算法 1.3 程序设计 1.4 计算思维案例
数字化生存的智慧：计算思维
一、计算改变了什么？ 二、什么是计算？ 三、什么是计算思维？
1.计算改变科学家的思考方式
计算生物学改变着生物学家的思考方式 计算博弈理论改变着经济学家的思考方式 纳米计算改变着化学家的思考方式 计算物理学改变着物理学家的思考方式 数学机械化改变数学家的思考方式 社会பைடு நூலகம்算改变社会学家的思考方式 ……
艾兹格·W·迪科斯彻 （1930~2002） （Edsger Wybe Dijkstra，） 荷兰 计算机 科学家，
荷兰Leiden大学 1972年获得图灵奖
计算思维—猜猜猜
计算生物学
应用数据分析及理论 的方法、数学建模和 计算机仿真技术，来 研究生物学、行为学 和社会群体系统。
例如“蚁群算法”、“ 蜂群算法”、“萤火虫 算法” 、“候鸟算法”
计算经济学
运用计算思想分析和综合经济问 题
分析、模型、决策 计算思想在诺贝尔奖获奖理论中
占到70%以上的比例
“雾霾经济计算模型”
如：微软的从照片判断年龄HowOld、汽车号牌自动识别。
计算思维与思维导图
计算思维与思维导图
计算思维与思维导图
计算思维
概念 发展史 理论体系
核心内容 应用方向
计算思维与思维导图
概念
O 计算思维（Computational Thinking）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。
O 目的是使每个孩子在培养解析能力时不 仅掌握阅读、写作和算术还要学会计算 思维，并自觉地运用到日常学习、研究 与将来的工作中
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 计令算思系维统与思、维资导图源约束和操作环境。
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。
计算思维与思维导图
发展史
O 计算思维的提出 2006年3月，现任美国基金会计
算机和信息科学与工程部主任的周以真
教授，在《Communications of the
ACM》上，首次提出了计算思维的概念，并为此撰写 了针对大学所有新生的“计算思维”讲义，并以此作 为“怎样像计算机科学家一样思维”课程的主要教材。
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。
计算思维与思维导图
计算思维与思维导图
计算思维
概念 发展史 理论体系
核心内容 应用方向
计算思维与思维导图
概念
O 计算思维（Computational Thinking）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。
O 目的是使每个孩子在培养解析能力时不 仅掌握阅读、写作和算术还要学会计算 思维，并自觉地运用到日常学习、研究 与将来的工作中
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 计令算思系维统与思、维资导图源约束和操作环境。
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。
计算思维与思维导图
发展史
O 计算思维的提出 2006年3月，现任美国基金会计
算机和信息科学与工程部主任的周以真
教授，在《Communications of the
ACM》上，首次提出了计算思维的概念，并为此撰写 了针对大学所有新生的“计算思维”讲义，并以此作 为“怎样像计算机科学家一样思维”课程的主要教材。
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。
计算思维与思维导图
计算机与计算思维 PPT
有三个核心领域：自动机理论、可计算性理论和 计算的复杂性理论
自动机将离散数学系统的构造，作用和关系作为研究 对象的数学理论（描述通用计算机计算能力的图灵机 模型）
可计算性理论的中心问题是建立计算的数学模型，进 而研究哪些是可计算的，哪些是不可计算的
计算的复杂性理论研究算法的时间复杂性和空间复杂
性
大家好
大家好
2
第1章 计算机与计算思维
《大学计算机基础》
大家好
3
本章提要
计算意义与计算思维 计算科学方法概论 可计算性与计算过程 计算思维的跨学科交融 计算机学科的核心概念
与问题求解
计算思维的技能
科学思维 逻辑思维 算法思维 效率思维 创新思维 伦理思维
大家好
4
计算思维（Computational thinking,CT）由美国 Carnegie Mellon 大学计算机科学教授周以真女士 于2006年提出
并且引人入胜的科学问题
大家好
6
Computation vs. Computing
Computation 是可用数学表示的任何形式的信息处理 的概念，它包括简单的计算和人的思维（human thinking）
所以，计算思维无论是由人或机器执行，都是建立在计算 处理的能力和限制之上的
Computing 意味着任何面向目标的需要、受益于和创 造计算机的活动,包括
②再由此试用数学方法导出 另一易于实验证实的数量 关系；
③然后通过实验证实这种数 量关系
对于实验思维来说，最为重
要的事情就是设计、制造大家好
22
实验仪器和追求理想的实
计算思维
计算思维最根本的内容，即其本质是抽象 （Abstraction）与自动化（Automation）
计算思维操作性定义共126页
Jeanette Wing has concluded that computational concepts are deeply embedded into everyday thinking in many fields . Computation is everywhere.
HPM&S
相关学科发展背景
这一理念试图将计算机科学由最初的数值计算工具、仿真与可视化技 术以及后来基于网络、面向多学科的e-Science平台，变成普遍适用于 自然和社会领域的通用思维模式。
HPM&S
Computational Social Science 计算社会科学
Computational Social Science
Nobel Physics Laureate Ken Wilson was among the first to say that computation had become a third leg of science, joining the traditions of theory and experiment.
HPM&S
《Science》2009年2月发表的一篇关于计算社会科学的文 章《ComputationalSocial Science》，该文由美国11个大 学及研究机构的共15名研究人员共同编写。
文章从计算社会科学的数据获取、研究方法、制约因素、 人才培养4个方面，描述了计算社会科学的发展、讨论了社 会科学研究的特点等。
HPM&S
Natural information processes.: nature long ago learned how to encode information about organisms in DNA and then to generate new organisms from DNA through its own computational methods.
HPM&S
相关学科发展背景
这一理念试图将计算机科学由最初的数值计算工具、仿真与可视化技 术以及后来基于网络、面向多学科的e-Science平台，变成普遍适用于 自然和社会领域的通用思维模式。
HPM&S
Computational Social Science 计算社会科学
Computational Social Science
Nobel Physics Laureate Ken Wilson was among the first to say that computation had become a third leg of science, joining the traditions of theory and experiment.
HPM&S
《Science》2009年2月发表的一篇关于计算社会科学的文 章《ComputationalSocial Science》，该文由美国11个大 学及研究机构的共15名研究人员共同编写。
文章从计算社会科学的数据获取、研究方法、制约因素、 人才培养4个方面，描述了计算社会科学的发展、讨论了社 会科学研究的特点等。
HPM&S
Natural information processes.: nature long ago learned how to encode information about organisms in DNA and then to generate new organisms from DNA through its own computational methods.
计算思维描述
计算思维描述Title: The Essence of Computational ThinkingComputational thinking is a fundamental skill in the digital era, encompassing logical reasoning, problem-solving, and algorithm design.计算思维是数字时代的一项基本技能，涵盖了逻辑推理、问题解决和算法设计。
It involves breaking down complex issues into manageable chunks and applying abstract concepts to real-world scenarios.它涉及将复杂问题分解成可管理的部分，并将抽象概念应用于现实世界场景中。
The core of computational thinking lies in understanding patterns, automating processes, and leveraging data to draw meaningful insights.计算思维的核心在于理解模式、自动化过程以及利用数据得出有意义的见解。
With the advent of technology, computational thinking has become increasingly relevant, enabling individuals to navigate the complexities of the digital world.随着技术的出现，计算思维变得越来越重要，使人们能够应对数字世界的复杂性。
Moreover, it fosters creativity and innovation, encouragingindividuals to think beyond traditional boundaries and find novel solutions to challenges.此外，计算思维还促进创造力和创新，鼓励人们超越传统界限，寻找应对挑战的新颖解决方案。
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6
Jeannette M. Wing
Two A’s to C.T. Combined
• Computing is the automation of our abstractions
– They give us the audacity and ability to scale. • Computational thinking – choosing the right abstractions, etc. – choosing the right “computer” for the task
Credit: Wikipedia
- Calculating higher order terms implies
Jeannette M. Wing
Credit: Boeing
CT for Society
Economics
- Automated mechanism design underlies electronic commerce, e.g., ad placement, on-line auctions, kidney exchange - Internet marketplace requires revisiting Nash equilibria model
• Abstractions are our “mental” tools • The abstraction process includes
– Choosing the right abstractions – Operating simultaneously at multiple layers of abstraction – Defining the relationships the between layers
- Stanford CL approaches include AI, temporal logic,
CT for Society
Entertainment
- Games - Movies Credit: Dreamworks SKG - Dreamworks uses HP data center to renderShrek and Madagascar - Lucas Films uses 2000-node data center to produce Pirates of the Caribbean.
Credit: University of Minnesota Credit: NASA
Geology
- Modeling the earth’s surface to the sun, from the inner core to the surface - Abstraction boundaries and hierarchies of complexity model the earth and our atmosphere
Social Sciences
- Social networks explain phenomena such as MySpace, YouTube - Statistical machine learning is used for recommendation and reputation services, e.g., Netflix, affinity card
Credit: LiveScience
CT in Other Sciences, Math, and Engineering
Chemistry [Madden, Fellow of Royal Society of Edinburgh]
- Atomistic calculations are used to explore chemical phenomena - Optimization and searching algorithms identify best chemicals for improving reaction conditions to improve yields
CT for Everyone 10 Jeannette M. Wing
CT in Other Sciences, Math, and Engineering
Astronomy
- Sloan Digital Sky Server brings a telescope to every child - KD-trees help astronomers analyze very large multi-dimensional datasets
CT for Everyone
7
Jeannette M. Wing
Research Implications
CT for Everyone
8
Jeannette M. Wing
CT in Other Sciences, Math, and Engineering
Biology
- Shotgun algorithm expedites sequencing of human genome - DNA sequences are strings in a language - Protein structures can be modeled as knots Credit: Wikipedia - Protein kinetics can be modeled as computational processes - Cells as a self-regulatory system are like electronic circuits
CT for Everyone 11
Credit: Wikipedia
- Discovering E8 Lie Group: 18 mathematicians, 4 years and 77 hours of supercomputer time (200 billion numbers). Profound implications for physics (string theory) - Four-color theorem proof
Computational Thinking for Everyone
Jeannette M. Wing
President’s Professor of Computer Science Carnegie Mellon University and Assistant Director Computer and Information Science and Engineering Directorate National Science Foundation
CT for Everyone
2
Jeannette M. Wing
My Grand Vision for the Field
• Computational thinking will be a fundamental skill used by everyone in the world by the middle of the 21st Century.
Humanities
Credit: University of Utah
- What do you do with a million books?
Nat’l Endowment for the Humanities Inst of Museum and Library Services
Law
state machines, process algebras, petri nets - POIROT Project on fraud investigation is creating a detailed ontology of European law CT for Everyone 13 scene investigation Jeannette M. Wing - Sherlock Project on crime
Brain Science
- Modeling the brain as a computer - Vision as a feedback loop - Analyzing fMRI data with machine learning
9 Jeannette M. Wing
CT for Everyone
– Mechanization is possible due to precise and exacting notations and models – There is some “computer” below (human or machine, virtual or physical)
CT for Everyone
Credit: SDSS
Mathematics
Engineering (electrical, civil, mechanical, aero & astro,…)
more precision, which implies reducing weight, waste, costs in fabrication - Boeing 777 tested via computer simulation alone, not in a wind tunnel
CT for Everyone
5
Jeannette M. Wing
The Second A to Computational Thinking
• The power of our “mental” tools is amplified by our “metal” tools. • Automation is mechanizing our abstractions, abstraction layers, and their relationships