计算思维概述 ppt课件

3）理论科学、实验科学和计算科学的研究关系
提出理论 测试理论
解释结果
制作模型
提出模型
理论科学
解 释 结 果
计算科学
生
精
验
产
确
证
模
计
理
型
算
论Hale Waihona Puke Baidu
建模过程 提出实验 数据分析 驱动装置 大型计算 模型验证 数据生产
实验科学
生
提
产
出
数
理
据
论
1.1 科学与科学思维
名人名言 马克思：一门学科，只有运用了数学才算是成熟了的学科。 H.Davy：没有什么比应用新工具更有助于知识的发现。在 不同的时期，人们的业绩不同，与其说是他们天赋智能所 致，倒不如说是他们所拥有的工具和软资源不同所致。
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。
自然科学（有时也指基础理论科学）
1.1 科学与科学思维
3. 科学思维及其分类 1）科学思维 • 科学思维（Scientific Thinking)是指经过感性阶段获取
的大量材料通过整理和改造，形成概念、判断和推理，以 便反映事物的本质和规律。 • 科学思维是大脑对科学信息的加工活动。 • 科学思维涵盖内容： -- 思维要与客观实际相符 -- 要求遵循形式逻辑的规律和规则 -- 思维要具有创新性 科学研究的方法： -- 理论研究 -- 实验研究 -- 计算研究 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 展的主要途径。
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。
社会科学：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。 狭义科学
• Innovating
计算思维示例
例1 计算函数f(x)区间[a,b]上的积分。
在高等数学中，计算积分是使用牛顿—莱布尼兹公式，
• Design：building reliable software systems
评估---Evaluation 4类核心实践
设计---Design
• Programming • Systems and systems thinking
• Modeling, validating, testing, and measuring
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
J.M. Wing, “Computational Thinking,” CACMViewpoint, March 2006, pp. 33-35. Paper off http://www.cs.cmu.edu/~wing/
P.J.Denning观点
ACM前主席
P.J.Denning观点
➢ Denning认为：计算原理可以总结为7类。
戴维（SirHumphry Davy 1778～1829），英国化学家
我们认为：一门学科一旦运用了计算科学，它就成为 了先进的学科。 有研究报告显示：计算很可能是人类的一种本能。
1.2 计算思维的概念
1.2 计算思维的概念
1. 计算思维概念的引入 周以真定义： ➢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---Comput7a类t原io理n ：计算机理的功能角度
通信---Commun•• iCCcooammtmpiuuotnanitcioanti：onm：eraenliainbgleadnadtalimtriatsnsomf cisosmiopnutation
协作---Coordi•• nCRaoetcoiordollienncattioionn：：sctooroapgeeraatniodnraemtrioenvgalnoeftwinoforkrmedateionntities 记忆---Recoll•• eAEcvutatiolumoaantitoionn：：pmerefoarnminagncaendprliemdiitcstioonf aauntdomcaaptioancity 自动化-Automatpilaonnning
➢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。
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。
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。