计算思维导论Chapter
大学计算机-计算思维导论-课件第4章
exit900;
}else if (n == 0L)
return 1L；;
// 终态2
else
return n * rfact ( n - 1l ); // 中间态被递归调用
}
3. 改进的递归程序代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
long int rfact (long int n) {
421产品随机抽样422用蒙特卡洛法求的近似值423事件步长法中子扩散问题424时间步长法盐水池问题421产品随机抽样产品的质量检验除了必要的项目外多数项目采用抽样检验方式
第4章 算法——计算之魂
程序设计是一个逻辑思维传达过程，在这个过 程中，把人求解问题的思维传达到机器可直接 或间接的操作中。或者说，程序中所描述的机 器操作，实际上是人的解题思路的计算机可执 行描述。程序中所蕴涵的解题思路称为算法 （algorithm）。所以，算法常称为程序的灵魂、 计算的灵魂。
·该函数的原型（提供了该函数的用法）：int rand (void)。
·该函数没有参数，只能产生[0,RAND_MAX]中的一个随机 整数。
·RAND_MAX定义和rand ()说明的在头文件stdlib.h中。
（2）库函数rand ()只能产生0~RAND_MAX之 间的随机数，RAND_MAX定义在stdlib.h中的一 个宏，其值与与系统字长有关，最小为32767, 最大为2147483647。
for (int i = 1;i <= n;++ i) {
r = rand () % m+1;
// 产
生一个随机数
printf ("%d;",r);
大学计算机-计算思维导论-课件第3章
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
计算机与计算思维导论-第六讲计算思维之问题求解思想new
计算机与计算思维导论第六讲计算思维之问题求解思想第六讲计算思维之问题求解思想•主题一探讨问题求解过程•主题二相关知识的认识与了解•主题三关于算法的理解•主题四算法策略大搜罗•主题五几个经典案例的算法实现主题一探讨问题求解过程•计算思维问题求解综述•问题求解案例•问题求解框架•随着社会的发展与科技的进步，出于对问题计算时间和复杂度等多方面因素的考量，现实世界中的很多问题需要借助计算机帮我们计算！•可是，我们知道，现代计算机的工作原理是存储程序和程序控制，也就是说，现代计算机只能对可计算性问题进行计算，但是具体怎么计算，计算机却不知道，这需要人来告诉计算机。
•人与计算机的对话沟通方式就是通过程序控制指令。
•可是，这程序指令应该怎么写才能让计算机“心领神会”并“游刃有余”地完成预期的计算呢？这其中涉及到程序指令的语法和算法。
–简单地说，语法是具体书写程序指令的格式约束规则；–算法是解决问题的具体方法步骤，而算法又是建构在问题求解的数学模型和数据结构等诸多知识之上。
–数学模型是指经过分析抽象的建模过程将具体问题转化为形式化、符号化和公式化的数学语言描述；–数据结构是指计算机对数据进行存储、组织和操作运算的方式。
•那么，运用计算思维理念去求解问题和我们日常求解问题的过程有什么不同？运用计算思维进行问题求解过程都涉及到哪些环节和因素？–计算思维=数学建模？–计算思维=算法？–计算思维=数据结构？–计算思维=编程序？•事实上，单一的划等号都不能全面精确地定位计算机思维。
如果一定要用一个公式表述计算思维，那么可以说：–计算思维≈人的思维+数学建模+数据结构+计算算法+程序设计！人的思维数学建模数据结构计算算法程序设计•我们关注的是从一个在看似平常或看似纷繁的事物或事件中能够洞析和发现问题，并提出问题到抽象归纳出解决问题的算法直至最终解决问题的整个思想过程！而这个过程正是计算思维的问题求解思想的全过程。
主题一探讨问题求解过程•计算思维问题求解综述•问题求解案例•问题求解框架问题求解案例•首先，让我们从一个具体的问题出发–了解和认识运用计算思维理念去求解问题相比我们常规下求解问题的思考过程有什么不同？–以及运用计算思维进行问题求解过程都涉及到哪些环节和因素？•有三根相邻的柱子，假设标号分别为A、B、C，其中A柱子从下到上按金字塔状依次叠放了N个不同大小的圆盘，现要把A柱子上的所有圆盘一次一个地移动到C柱子上，移动的过程中可以借助B柱子做中转，并且每根柱子上的圆盘必须始终保持上小下大的叠放顺序。
计算思维导论
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
计算思维导论
第1章引论本章要点：1.什么是计算；2.计算机科学与计算科学的区别；3.来自计算机发展史的启示；4.计算机应用；5.计算机发展趋势。
1.1 什么是计算？简单计算，如我们从幼儿就开始学习和训练的算术运算，如“3 + 2 = 5”“3 2 = 6”等，是指“数据”在“运算符”的操作下，按“规则”进行的数据变换。
我们不断学习和训练的是各种运算符的“规则”及其组合应用，目的是通过计算得到正确的结果。
广义地讲，一个函数如“”把x变成了f(x)就可认为是一次计算，在高中及大学阶段我们不断学习各种计算“规则”并应用这些规则来求解各种问题，得到正确的计算结果。
如对数与指数、微分与积分等。
“规则”可以学习与掌握，但应用“规则”进行计算则可能超出了人的计算能力，即人知道规则但却没有办法得到计算结果。
如何解决呢？一种办法是研究复杂计算的各种简化的等效计算方法(数学)使人可以计算，另一种办法是设计一些简单的规则，让机械来重复的执行完成计算，即考虑能否用机械来代替人按照“规则”自动计算。
例如：能否机械地判断方程“a1x1b1+a2x2b2+…+a n x n b n = c”是否有整数解?”，即机械地证明一个命题是否有解? 是否正确?类似的上述问题，促进了计算机科学和计算科学的诞生和发展，促进了人们思考：◆什么能够被有效地自动计算？现实世界需要计算的问题是很多的，哪些问题是可以自动计算的，哪些问题是可以在有限时间有限空间内自动计算的？这就出现了计算及计算复杂性问题。
以现实世界的各种思维模式为启发，寻找求解复杂问题的有效规则，就出现了算法及算法设计与分析问题。
例如观察人的思维模式而提出的遗传算法、观察蚂蚁行动的规律而提出的蚁群算法等。
◆如何低成本、高效地实现自动计算？如何构建一个高效的计算系统：计算机器的构建问题和软件系统的构建问题。
◆如何方便有效地利用计算系统进行计算？利用已有计算系统，面向各行各业的计算问题求解。
什么能、且如何被有效地自动计算问题就是计算学科的科学家不断在研究和解决的问题。
关于计算思维-计算机导论
关于计算思维-计算机导论计算思维是一种将计算机科学的思维方法和模式应用于日常问题中的思维方式。
这种思维方式通过分析问题、设计算法和解决复杂难题，使人们能够更加高效地思考和解决问题。
本文将介绍计算思维的概念、重要性以及如何应用计算思维来解决实际问题。
一、引言计算思维作为一种跨学科的思维方式，在当今科技发展迅猛的时代显得尤为重要。
计算机科学不仅仅是一门技术学科，更是一种解决问题的方法论，计算思维正是其中的核心。
二、什么是计算思维计算思维是一种将计算机科学的思维方法和模式应用于日常问题中的思维方式。
它通过将问题抽象成为可以被计算机识别和处理的形式，来解决问题。
计算思维强调对问题的逻辑分析和抽象建模的能力，以及基于模型的算法设计和代码实现的能力。
三、计算思维的重要性1. 提高问题解决能力：计算思维能够帮助人们更加系统和有效地解决问题。
通过抽象问题、设计算法和实现代码等步骤，人们能够更加深入地理解问题，并找到最优解决方案。
2. 培养创新精神：计算思维注重创新和灵活的思维方式。
它不仅仅是一种解决问题的方法，更是一种培养创新精神和创造力的途径。
通过思考问题的不同角度和尝试不同的解决方法，人们可以培养出独立思考和创新的能力。
3. 适应信息化时代：计算思维是适应信息化时代的必备能力。
在当今信息爆炸的社会中，我们需要处理大量复杂的信息，而计算思维能够帮助我们更好地整理和分析信息，从而更好地适应信息化时代的挑战。
4. 增强综合素质：计算思维注重问题的整体把握和综合分析能力。
它强调将问题拆解成为更小的子问题，并通过逻辑推理等方法将这些子问题组合起来解决整个问题。
这种综合思维能力对于解决复杂问题和应对挑战至关重要。
四、计算思维的应用实例1. 算法设计和优化：计算思维可以应用于算法设计和优化领域。
通过将问题抽象成为算法的形式，并采用适当的数据结构和算法设计方法，可以得到高效、准确的解决方案。
2. 数据分析与决策：计算思维可以应用于数据分析和决策过程。
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。
计算思维与思维导图ppt课件
• 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。
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理论体系
• 脑科学 大量实验研究和临床证据表明，人的大脑分左右
两个半球，思维导图运用了学生的左右两边大脑一起 参与学习和记忆。一般而言,左脑偏重于逻辑思维,右 脑偏重于形象思维,形象记忆更轻松、更容易被人所接 受。
• 认知心理学 结构性知识也称理性知识,指某一领域内各概念如
何相互关联的知识。结构性知识将陈述性知识整合成 有用的知识结构,描述了个体对不同内容领域概念的组 织(知识结构)。结构性知识有助于促进先前知识的运 用。
• 计算思维不仅影响着美国，也影响着英国的教 育，在英国的爱丁堡大学，人们在一连串的研 讨会上探索与计算思维有关的主题。每次研讨 会，都有不少专家讨论计算思维对不同学科的 影响。研讨会上所涉及的学科已延伸到哲学、 物理、生物、医学、建筑、教育等各个不同的 领域。
• 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
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应用方向
• 思维导图可以用于工作、学习和生活中的任何 一个领域里。
• 1、作为个人：计划，项目管理，沟通，组织 ，分析解决问题等；
• 2、作为学习者：记忆，笔记，写报告，写论 文，做演讲，考试，思考，集中注意力等；
• 3、作为职业人士：计划，沟通，项目管理， 组织，会议，培训，谈判，面试，评估，掀起 头脑风暴等。
计算思维导论第002讲
诺贝尔化学奖。
• 计算思维 = “计算+、互联网+、大数据+/信息+、人工智能+”的思维
怎样创新？
计算思维的价值？
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类比【小白鼠检验毒水瓶】问题求解，做一个发明… 问题：数据传输的检错与纠错。
1101101
1
判断数据传输过程是 否有错误发生？
传输
1001101
1
·“偶校验规则” --使传输前和传输后相关位 1的个数始终为偶数 --偶数个1相加和为0；奇数 个1相加和为1
什么是计算思维？5Fra bibliotek【小白鼠检验毒水瓶】问题求解背后的思维
多种不同的含义均用01串表达
不同的两种状态都可表达为0和1 ---小白鼠-“死”与“活”； ---小白鼠对某瓶水- “喝”与“不喝”； ---水“有毒”与“无毒” 用0/1编码串表示不同的含义 ---000010---对应第(000010的十进制)瓶水 ---000010---第i位对应第i只小白鼠，1喝0不喝； ---000010---第i位对应第i只小白鼠，死1 活0 ；
什么是计算思维？
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什么是计算思维？
•【计算思维】是运用计算科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。From 周以
真，前卡耐基.梅隆大学计算机系系主任教授、前微软公司高级副总裁、前美国国家科学基金会助理局长。她在世界
范围内推动了计算思维教育，尤其强调在大学低年级以及中学阶段进行计算思维教育，她认为到21世纪中叶计算思
01011010 0 01010100 1
计算思维的价值？
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类比【小白鼠检验毒水瓶】问题求解，做一个发明…
数据位二 进制编号
数据位 数据
大学计算机思维导论
命名计算对象
命名组合式
命名新运算
递归函数
原始递归 函数
Fibonacci数列
阿克曼递归函数
递归函数
原始递归 函数
Fibonacci数列
迭代：从前到后
阿克曼递归函数
递归： 从前到后→递归基础→从后向前
从Ackermann函数的定义中可以看出，Ackermann函数可以看成关于n的
多媒体信息表达：图像，声音和视频编码
图像→三原色，像素点 声音或音频→模拟信号，采样量化和编码形
成数字音频，进行数字处理。 视频→模拟信号，采样量化和编码形成数字 视频，保存和处理
国标码用2个字节表示一个汉字，其中每个字节的最高位为0（8个二进制
位被称为1个字节） 汉字编码在机器内的表示为机内码，简称内码。机内码在对应国标码的 基础上将每个字节的最高位设为1 例如“大”的表示： 国标码为3473H: 00110100 01110011 机内码为B4F3H: 10110100 11110011
那么我们计算f(n)时可以通过计算f(n-1)和f(n-2) 来表示，相同的，除了f(1)和f(2)的值已知以外，其他 项的数值都要通过计算才能得到。
一些定义
最基本的原始递归函数：
（1）初始函数：0元函数和常数函数。 （2）后继函数：1元后继函数S接受一个参数并返回给定参数值的后 继数，是原始递归的。 （3）投影函数：对于所有n>=1和每个1<=i<=n的i，n元投影函数 P，接受n个参数并返回它们中的第i个参数。
计算
注意事项
递归VS迭代
基本动作 控制
指令
组合
程序
自动 执行
唐良荣《计算机导论》第3章 计算思维
• 为了实现机器自动化，需要对问题进行精确描述和数学建模。
3.1.3 问题抽象与分解
【案例】毕加索画牛的抽象过程。
• 抽象的表现最简单省力，也最复杂费力。 • 抽象体现的是人为的主观意识。
第18页 共268页
3.1.3 问题抽象与分解 2、计算的三个抽象层次
• 计算理论关注的问题：
• 计算的本质是什么？ • 什么是可计算的？ • 计算的基本能力和局限是什么？
第27页 共268页
（2）寻找解题的条件
• 寻找解决问题的必要条件，缩小问题求解范围。 • 尝试从最简单的特殊情况入手，逐渐深入。
3.1.4 计算机解题方法 2、对象的离散化
• 离散化信息：如，数字、字母、符号等； • 连续型信息：如，图像、声音、时间、电压、自然现象、社会现象等。 • 连续型问题必须转化为离散型问题后（数字化），才能被计算机处理。
第26页 共268页
3.1.4 计算机解题方法 1、理解问题，寻找解决问题的条件
（1）界定问题
• • • • • 把事情条理摸清楚，用自己的话来说明问题； 弄清楚问题到底是什么，什么是你想找到的，什么是未知的； 想出尽可能多的解决方案； 对解决方案进行对比，选出最好的方案； 用最好的方案来解决问题。
3.1.2 计算思维的特征 1、计算工具与思维方式的相互影响
第8页 共268页
• 家迪科斯彻：我们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。 • 计算的发展影响着人类的思维方式。
• • • • 如，计算生物学改变了生物学家的思维方式； 如，计算机博弈论改变着经济学家的思维方式； 如，计算社会科学改变着社会学家的思维方式； 如，量子计算改变着物理学家的思维方式。
计算思维导论课件 第4章
三、范型发展阶段(1968-1978)
四、巩固提高阶段(1979-1989)
C++： 面向对象和系统级程序设计结合 Ada： 美国政府的标准化系统开发语言 Perl：著名脚本语言
4-17/24
程序设 计语言
4.2 程序设计语言的发展
Haskell：函数式程序设计语言 Python： 著名脚本语言 Visual Basic：流行RAD语言 HTML：网页语言 Java：跨平台通用高级语言 Delphi：基于Pascal的RAD语言
例如：一个面向对象的图形程序，在屏幕的左下角显示一个半径为2cm 的红色圆，在屏幕的中部显示一个半径为3cm的黄色圆，在屏幕的右下 角显示一个半径为4cm的蓝色圆。这三个圆的圆心位置、半径大小和颜 色均不相同，是三个不同的对象。但是它们有相同的属性(圆心坐标、 半径、颜色)和相同的操作(显示图形、移动、缩放等)，因此它们是同 一类事物，可以用“Circle类”来定义。
4-2/24
程序设 计语言
4.1 程序设计基础
程序模块1 程序模块2
二、程序设计方法 1.结构化程序设计 基本思想：顺序结构 选择结构 循环结构 设计原则：自顶向下 逐步求精 模块化
条件
成立
不成立
程序模块1
程序模块2
条件
成立
不成立
程序模块
4-3/24
程序设 计语言
4.1 程序设计基础
2.面向对象程序设计 对象：用来描述客观事物的实体，反映 系统为之保存信息和与之交互的能力。每个 对象有各自的内部属性和操作方法。
4-8/24
程序设 计语言
4.1 程序设计基础
[例题]用Intel 8086指令系统来编写机器语 言程序，要求完成 9+8=？
第1章计算思维-导论
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
计算考古学--人脸复原
2000年前的马王堆辛追夫人与3500年前的 古埃及最美丽的王妃：妮菲蒂蒂
2.计算改变工作方式：数字化会议
数字化医疗
数字化教学
数字化制造
装配过程仿真
装配过程仿真
算法
为解决一个问题而采取的方法和步骤， 就称为算法。
例如：
一个农夫带着一只狼、一只羊和一棵白 菜，身处河南岸，要把东西全部运到北岸。 约束条件是只有一条能容下他和一件物品的 小船，只有农夫能撑船。不能单独留下羊和 白菜，也不能单独留下羊和狼。
农夫过河算法
带羊到对岸 空手回本岸 带狼到对岸 带羊回本岸 带菜到对岸 空手回本岸 带羊到对岸
80400元0元！！ 600元！
高了 低了 高了
参与者
………………….
如果你是参与者，你接下来会怎么猜？ 主持人：李咏
计算思维的定义
运用计算机科学的思想、方法和技术进行问 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
计算思维的核心是 算法思维
周以真
（Jeannette M. Wing） 美国计算机科学家 卡内基-梅隆大学教授 ACM与IEEE会士
机电计算工具时代
美国哈佛大学应用数学教授霍华德·艾肯 和他的机电式计算机——MARK I
电子计算机时代
阿塔纳索夫
莫齐利
埃克特
第一台电子数字计算机ENIAC
ENIAC的发明人与制作人阿塔纳索夫、莫齐利、埃克特
“天河一号”是我国首台千万亿次超级计算机
计算是基于规则的符号串变换
计算思维导论教学大纲
本课程中文授课，使用中文教材。
总人数上限：180人；
课程网页：无
制定人及
发布时间
制定人： ， 发布时间：20XX年6月
审核人：审核时间：年月日
（五）问题求解的基本思维（课内学时6，课内上机学时2）
程序，计算机语言的发展。程序设计基础。算法，算法设计：顺序，选择，循环，函数，递归。面向对象的程序设计。
（六）计算机网络的基本思维（课内学时4）
网络概述。网络的分类。数据通信技术。网络协议。网络硬件设备。Internet概述。IP地址、端口号与域名。局域网。WWW服务。电子邮件。FTP与文件上传/下载。远程登录与远程桌面。信息检索。云计算与物联网。互联网+与创新创业的思维。
（七）信息安全的基本思维（课内学时2）
信息安全概述。信息安全防范措施。病毒和木马。黑客的含义，计算机犯罪的含义。信息社会的道德规范。
（八）数据库的基本思维（课内上机学时6）
数据库概述。关系数据库。数据库操作。查询，SQL语句。数据挖掘，大数据。
（九）高级排版技术（Word 2010高级应用）（自主学习）
开课学期
一（1）
开课单位
计算机科学与信息工程学院
适用专业
理工科专业
教学语言
演示文稿、讲解、作业、试卷均采用中文，术语采用中英文对照
先修课程
无材及参考书
计算思维与计算机导论
大学计算机-计算思维导论
课程简介
本课程的教学目的是学生树立计算思维的理论体系，培养使用计算思维的方法解决实际问题的能力，为进一步学习其他课程打下坚实基础，与各学科的专业知识融合进行研究和创新。
《计算思维导论》教学大纲
课程代码
K100100220
计算思维概论
———霍布斯（英国）
推理和计算是相通的：数理逻辑在计算科学发展过程中不但提供了 重要思维方法，也已成为了计算科学重要的研究工具。
➢ 算法的功能结构取决于所选用的操作和各操作之间的执行顺序。 ➢ 算法只是说明按什么样的操作才能得到问题的解,不会给出问 题解的具体结果。
总之，问题的求解就是计算，求解算法中的每一步骤也是计算。计算 的过程是算法，算法又由计算步骤构成，计算的目的由算法实现，算法的 执行由计算完成。从这个意义上说计算机科学本质上是算法科学。
手工计算
1949年，第一台电子计算机ENIAC精确计算到了小数点后2037位 1983年，利用计算机精确计算到了小数点800万位以后 2011年9月，使用家用计算机计算到了小数点后10万亿位
计算机计算
一、 计算与计算思维
1.计算的含义
1.2逻辑与计算
逻辑(Logic) 的含义：客观事物的规律、某种理论或观点、思维 规律或逻辑规则、逻辑学或逻辑知识等
一、计算与计算思维
2 思维概述
科学思维及类别
理论思维：又称逻辑思维，是指借助于概念、判断、推理等思维形式 能动地反映客观现实的理性认识过程。理论思维以推理和演绎为主要特 征，以数学学科为代表。
实验思维：又称实证思维，是指通过观察和实验获取自然规律法则的 一种思维方法。实验思维以观察和归纳自然规律为主要特征，以物理科学 为代表。
计算思维：又称构造思维，是指从具体的算法设计规范入手，通过算 法过程的构造与实施对问题进行求解。计算思维以设计和构造为主要特 征，以计算机科学为代表。
计算机科学与计算思维导论
计算机科学与计算思维导论计算机科学与计算思维导论，听起来就像个高大上的课程，其实也没那么神秘。
想象一下，你在咖啡馆里，手里拿着一杯香浓的拿铁，跟朋友侃侃而谈。
这门课就是那种你可以轻松聊的主题，关于那些看似复杂的技术，实际上也能变得非常有趣。
计算机科学，就像个万花筒，里面五彩缤纷，充满了奇妙的世界。
你有没有想过，我们每天用的手机、电脑，背后到底藏着多少秘密？就像一个魔术师，挥挥手，居然能把复杂的数据变成你刷朋友圈的照片，真是让人啧啧称奇。
而计算思维呢，就好比是你解开魔方的思路。
简单点说，就是用一种逻辑清晰的方式去解决问题。
这不是说你得学会编程，而是说你得学会如何把大问题拆分成小问题，就像吃西瓜，得先切成块儿，才能一口一口享受。
你可能会问，为什么这么重要？因为在这个信息爆炸的时代，学会用计算思维去分析问题，简直就是为自己加了个外挂。
你能更有效率地处理工作，甚至在生活中，解决麻烦事儿也变得简单多了。
再说说编程，它可不是那种高冷的东西。
编程就像是在和电脑对话，你跟它说什么，它就做什么。
这就像是教小孩儿说话，刚开始的时候总是结结巴巴，慢慢地，他们就能流利地表达自己的想法。
编程的语言有很多种，像Python、Java，听起来很酷，但其实就像学习外语一样。
刚开始你可能会觉得不知所措，可一旦上手，就会发现原来能跟机器对话是那么有趣。
你会突然觉得，哇，我居然能让这个小小的屏幕听我的话，真是有种掌控全局的感觉。
说到计算机科学，总是会涉及到数据。
这数据就像是水，流动不停，四处可见。
我们每天在网上冲浪、购物、发朋友圈，背后都有无数的数据在运转。
你能想象吗？每一次点击、每一次浏览，都是数据在记录你的行为。
这就是大数据的魅力，让人感觉神秘又刺激。
可是，数据多了，怎么处理它们呢？这就需要用到计算思维。
把这些数据整理得井井有条，才能发现那些潜藏的秘密，就像挖宝藏一样，兴奋又有成就感。
计算机科学还教会我们团队合作。
想想看，做个项目，如果一个人来承担所有工作，那简直是个不可能完成的任务。
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助教TA简介
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教学内容
Chapter 1. 引论 Chapter 2. 计算系统的基本思维 Chapter 3. 问题求解框架 Chapter 4. 典型的计算思维：算法与复杂性 Chapter 5. 典型的计算思维：数据抽象、设计与挖掘 Chapter 6. 典型的计算思维：互联网与网络化思维
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1.1 什么是计算？
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1.1 什么是计算？----让我们重新审视这个古老的问题
✓简单的算术计算：如“3 + 2 = 5”、“3 *2 = 6”等。 ✓ 广义的计算：如对数与指数、微分与积分等。
归纳起来，计算是指“数据”在“运算符”的操作下，按“规则”进行的数
据变换。 为此，人们想到设计一些简单的规则，让机械来重复的执行完成计算。这促
“计算机科学”：是研究计算机理论方面的学科，包括硬件、软件等计算系 统的设计和建造，在硬件、软件、互联网等方面研究使用计算机的新方式和新 方法等。
“计算手段”：当前，计算手段已发展为与理论手段和实验手段并存的科学 研究的第三种手段 。计算手段是指科学家通过建立仿真的分析模型和有效的算 法，利用计算工具来进行规律预测和发现。目前依靠计算手段发现和预测规律 成为不同学科的科学家进行研究的重要手段。 “计算科学”：计算手段与各学科结合形成了所谓的计算科学，如计算物理 学、计算化学、计算生物学、计算经济学等。
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1.3.1 来自计算工具发展的启示
早期计算工具（4）
1834年：巴贝奇设计出差分机，机器共分为三个部分：堆栈，运算器，控制 器。他的助手， 英国著名诗人拜伦的独生女阿达.奥古斯塔（Ada Augusta）为 分析机编制了人类历史上第一批计算机程序。
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1.3.1 来自计算工具发展的启示
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1.2计算机科学与计算科学 ----计算手段
图灵奖得主Edsger Dijkstra曾说：“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”。 1998年John Pople因成功地研究出量子化学综合软件包Gaussian而获得诺贝 尔奖，Gaussian已成为研究化学领域许多课题的重要的计算手段。 另一个典型的计算手段是：求解应力或疲劳等结构力学、多物理场耦合的有 限元分析手段。 演示
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1.3.2 来自元器件发展的启示
电子管时代（1946-1959） 电子管计算机的发明……
1946年：美国宾西法尼亚大学摩尔学院教授莫契利（J. Mauchiy）和埃克特（J.Eckert）共同研制成功了ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) 计算机, 被公认为世界上第一台计算机。 其主要器件就是电子管。电子管计算机体积大，发热量 大，容易损坏。 17468只电子管, 70000多电阻器, 10000多 只电容器和 6000只继电器, 占地面积为170平方米左右，总重量达到 30吨，运算速度达到每秒钟5000次加法, 可以在3/1000秒 时间内做完两个10位数乘法。
工程实践经历：指导的学生队伍参加2008中国第二届杰出数据库工程师评选-寻找pure XML
应用之星大赛进入决赛前5名，开发的中文关键词自动抽取系统获2004年度国家863评测第3名。与 IBM、YAHOO中国、阿里巴巴公司等互联网公司有着密切合作关系。获2012年度、2008年度国家 留学基金委和IBM公司联合评选的IBM中国优秀教师奖教金。参与研制项目“网络环境下输入法 技术研究”获黑龙江省高校科学技术奖一等奖。
多项包括863和国家自然基金等多项国家级课题的研究工作；参加编写专著一部《计算机自然语言 处理》（清华大学出版社，2005年5月）。在国内外学术刊物上发表论文30余篇，包括二篇IF大于 1.0的SCI国际期刊论文，一篇人工智能领域国际顶级会议论文。多次担任《IEEE TKDE》、《计 算机学报》等顶级学术刊物的审稿专家；
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1.3.1 来自计算工具发展的启示
计算工具的发展与演变
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一般而言，计算与自动计算要解决 以下四个问题： (1)【数据】的表示； (2) 数据的【存储】及自动存储； (3) 【计算规则】的表示 (4) 【计算规则执行】及自动执行。
1.3.2 来自元器件发展的启示
1.3.2 来自元器件发展的启示
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1.3.1 来自计算工具发展的启示
早期计算工具（2）--帕斯卡机----(准)第一台机械计算机
Blaise Pascal (1623～1662), 法国科学家。1642年研制 成功一种齿轮式计算机器----帕斯卡机 采用齿轮啮合结构, 用手工操作, 可进行十进制加法和减 法运算, “加法器” 用齿轮来表示十进制各个数位上的数字，通过齿轮的比 来解决进位问题。低位的齿轮每转动10圈，高位上的齿轮 只转动1圈。可以进行8位数的加减运算 帕斯卡机的意义：它告诉人们“用纯机械装置可代替人 的思维和记忆”。开辟了自动计算的道路
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1.3 来自计算机发展史的启示
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1.3.1 来自计算工具发展的启示
早期计算工具（1）--算盘
提供了计算过程中存储数的手段 提供了一套计算规则(口诀) 人按照规则进行计算
九层算盘
一、加法 直加 满五加 进十加 一: 一上一 一下五去四 一去九进一 二: 二上二 二下五去三 二去八进一 三: 三上三 三下五去二 三去七进一 四: 四上四 四下五去一 四去六进一 五: 五上五 五去五进一 六: 六上六 六去四进一 六上一八上三去五进一 九: 九上九 九去一进一 九上四去五进一
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1.2计算机科学与计算科学 ----计算思维
计算思维(Computational Thinking)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的一系列思维活动的统称。 它是如同所有人都具备“读、写、算”能力一样，都必须具备的思维能力， 计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，由人通过机器执行。 培养计算思维模式，对于所有学科的人员建立复合型的知识结构，进行各种 新型计算手段研究以及基于新型计算手段的学科创新都有重要的意义。
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1.3.2 来自元器件发展的启示
电子管时代（1946-1959） 电子管的发明……
“爱迪生效应”：1883年爱迪生发现，碳丝加热后，铜线上竟有微弱的电流通 过。铜线与碳丝并不联接，哪里来的电流？ 原因： 加热碳丝后会有热电子从碳丝里发射出来，然后被阳极电极收集成而 形成电流。 1904年，英国物理学家弗莱明根据“爱迪生效应”发明了电子管。
教学内容
Chapter 1. 引论 Chapter 2. 计算系统的基本思维 Chapter 3. 问题求解框架 Chapter 4. 典型的计算思维：算法与复杂性 Chapter 5. 典型的计算思维：数据抽象、设计与挖掘 Chapter 6. 典型的计算思维：互联网与网络化思维
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平时出勤很重要。 实验成绩会及时公示。
任课教师简介
刘远超，男，博士，副教授，哈尔滨工业大学计算机学院教师。
联系方式：E-mail: ycliuharbin@ Micro-blog ：/u/1461892242（Recommended）
教学经历：曾承担《大学计算机》、《AIX》、《E-business》、《Linux》、《中文信息处
第1章 引论
要点：
1.1 什么是计算； 1.2 计算机科学与计算科学； 1.3 来自计算机发展史的启示，包括来自计算工具发展的启示，来自元
器件发展的启示，来自计算机硬件发展的启示，来自计算机软件发 展的启示和来自计算机网络发展的启示。 1.4 计算机应用：科学计算、人工智能、嵌入式系统、信息管理、CAX ； 1.5 计算机发展趋势：高性能计算(无所不能)、移动计算(无处不在)、服 务计算(Software AS A Service)、生物计算、智能计算、全球信息 化等。
理》、《操作系统》等课程的任课教师；IBM公司大学合作部兼职讲师，曾在北京大学担任教育 部-IBM公司合作项目Lotus Domino&Notes的T3教师;IBM DB2 UDB、Lotus Domino&Notes、LPI Linux认证专家；
科研经历：主持一项国家863课题“面向大规模文本信息的快速聚类和认知技术研究”。参加
自动计算要解决数据的自动存、自动取以及随规则自动变化的问 题，如何找到能够满足这种特性的元器件便成为电子时代研究者 不断追求的目标。
元器件发展可分为4个时代： 1. 电子管时代（1946-1959） 2. 晶体管时代（1959-1964） 3. 集成电路时代（1964-1972） 4. 超大规模集成电路时代（1972至今）
一段插曲：
1943年：绰号为“巨人”的用来破译德军密码 的计算机在英国布雷契莱庄园制造成功，此后又 制造多台，为第二次世界大战的胜利立下了汗马 功劳。
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1.3.1 来自计算工具发展的启示
现代计算机的诞生及发展
1946年2月14日，标志现代计算机诞生的ENIAC（Electronic Numerical Intergrator and Computer）在费城公诸于世。 ENIAC代表了计算机发展史上的里程碑。ENIAC由美国政府和槟夕法尼亚大 学合作开发。1）使用了18000个电子管；2）第一代计算机的特点是操作指令 是为特定任务而编制的；3）每种机器有各自不同的机器语言；4）功能受到限 制；5）速度也慢；6）另一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓存储数据。 现代计算机，在借鉴了前人的机械化自动化思想后，设计了能够理解和执行 任意复杂程序的机器，可以进行任意形式的计算，如数学计算、逻辑推理、图 形图像变换、数理统计、人工智能与问题求解等，计算机的能力在不断提高之 中。