001计算思维PPT课件
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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
④ ICER Final Report of the Northwest Regional Meeting • 内容及建议
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。
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。
计算机计算与计算思维ppt课件
为什么要学习和怎样学习 大学计算机课程
2.1 为什么要学习大学计算机？
计算学科的供需关系
计算科学 与 信息探索科学
各学科人才的计算思维/计算能力需求
计算思维
计算思维/计算能力
的学习和
训练
应用计算
支持各学 手段进行
计算机及 其通用计 算手段的
知识/技能 Gap
科研究创 新的新型 计算手段
各学科研 究和创新
莱布尼茨机的意义：连续重复自动执行。 提出了二进制数及其计算规则； 数理逻辑的创始人
是基于十进制设计机器，还是基于二进制设计机 器？ 如果基于二进制设计机器，那其处理规则又是怎 样的呢？
其他重要工作
1805年： 杰卡德(J.Jacquard)，打孔卡， 实践了输入手段问题。 1834年：巴贝奇(Charles Babbage)，分 析机的概念----可执行程序的机器。 1854 年 ： 布 尔 创 立 布 尔 代 数 ， 为 数 字 计算机的电路设计提供了理论基础。
1999 2005
八核-十核 CORE i 系列
2010
5.3 怎样解决大规模快速存储问题？
存储设备
发
展
水 平
纳米存储/量子存储
固态硬盘
USB Removable disk
FlashRAM
光盘存储(CD-ROM, CD R/W, DVD)
•体积越来越小 •容量越来越大 •访问速度越来越快 •可靠性越来越高 •功耗越来越低 •持久性越来越好
器获得计算结果
a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
3.2 人计算与机器计算的差别?
“人”计算 vs. “机器”计算
例如：求ax2+bx+c=0的根
2.1 为什么要学习大学计算机？
计算学科的供需关系
计算科学 与 信息探索科学
各学科人才的计算思维/计算能力需求
计算思维
计算思维/计算能力
的学习和
训练
应用计算
支持各学 手段进行
计算机及 其通用计 算手段的
知识/技能 Gap
科研究创 新的新型 计算手段
各学科研 究和创新
莱布尼茨机的意义：连续重复自动执行。 提出了二进制数及其计算规则； 数理逻辑的创始人
是基于十进制设计机器，还是基于二进制设计机 器？ 如果基于二进制设计机器，那其处理规则又是怎 样的呢？
其他重要工作
1805年： 杰卡德(J.Jacquard)，打孔卡， 实践了输入手段问题。 1834年：巴贝奇(Charles Babbage)，分 析机的概念----可执行程序的机器。 1854 年 ： 布 尔 创 立 布 尔 代 数 ， 为 数 字 计算机的电路设计提供了理论基础。
1999 2005
八核-十核 CORE i 系列
2010
5.3 怎样解决大规模快速存储问题？
存储设备
发
展
水 平
纳米存储/量子存储
固态硬盘
USB Removable disk
FlashRAM
光盘存储(CD-ROM, CD R/W, DVD)
•体积越来越小 •容量越来越大 •访问速度越来越快 •可靠性越来越高 •功耗越来越低 •持久性越来越好
器获得计算结果
a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
3.2 人计算与机器计算的差别?
“人”计算 vs. “机器”计算
例如：求ax2+bx+c=0的根
大学信息技术 第1章 计算思维 PPT课件
人类行为中的计算思维
首先按照结构化程序设计中的“自顶向下，逐层分 解”，利用信息的特征，将一个大问题分解为若干 小问题；其次再将小问题细化，得出解决方案。
人类行为中的计算思维
预置和缓存 小学生早晨去学校时，她把当天需要的东西放进 背包；
回推 小男孩弄丢他的手套时，你建议他沿走过的路回寻 ； 多服务器系统的性能模型 在超市付账时你应当去排哪个队呢？ 失败的无关性和设计的冗余性 为什么停电时你的电话仍然可用？
如果两个囚徒合作保持沉默，总体 利益会更高。 而两个囚徒追求个人利益，选择背 叛时，总体利益较低。 这就是困境所在。
14
囚徒困境——博弈策略建模
囚徒困境的数学建模
（1）策略的符号化 ❖将囚徒各种选择获得的收益和支付转换为数值，获得表所 示符号表。
符号 T R P S
分数
英文
中文
5 Temptation 背叛收益
1.3.1 计算思维概述
❖ 求解问题中的计算思维
问题 求解
系统设计
建立问题模型
人类行为 理解
选择算法
编程实现
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： A说：我不是小偷 B说：c是小偷 C说：小偷肯定是d D说：c在冤枉人
四个人中，三个人说的是真话，一个人说的是假话 ，请问谁是小偷？
B背叛 A=0，B=5 A=1，B=1 B背叛
S，T P，P
16
囚徒困境——博弈策略建模
（3）建立数学模型 • A=R，B=R时，A=3，B=3； • A=T，B=S时，A=5，B=0； • A=S，B=T时，A=0，B=5； • A=P，B=P时，A=1，B=1。
计算思维与思维导图ppt课件
10
• 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。
15
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
19
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。
• 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
19
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。
大学计算机基础与计算思维课件-CH01 计算思维概论
• 交叉与融合
– 科学和艺术活动的创作过程一般都分为准备期、酝酿 期、顿悟期和验证期四个阶段
– 艺术创作与科学创造过程均经历形象分解、简化变形 和抽象定型等多个阶段
– 科学是思想，艺术是感情，二者如车之两轮、鸟之两 翼，即相互独立又相互联系，密不可分。
大学计算机基础
1.4 艺术思维与计算思维
• 交叉与融合
– 科学思维通常是指理性认知及其过程 – 两种基本类型：逻辑思维、非逻辑思维（形象、直觉）
大学计算机基础
1.1 思维与科学思维
• 科学思维
– 目前真正具备系统和完善表达体系的思维模式有三： • 理论思维、实验思维、计算思维
– 分别对应： • 理论科学、实验科学、计算科学
– 学科交叉是创新的源泉，重构方法： • X@Computer! • Computer-based + X
• 计算思维概念
– 运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和 理解人类行为的思维活动
– 观察右图
• 人类自身自然抽象能力的体现
– 计算思维的本质：
• 抽象、自动执行
– 计算思维是一个概念，不是编程
– 计算思维是人的思维不是计算机思维
– 是数学与其他学科的交叉和融合
大学计算机基础
1.2 计算思维
大学计算机基础 与计算思维
课程性质
• 本课程是大学计算机基础教育课
– 课程以计算思维为核心，引导大家认识以计算机操作、 办公软件、多媒体技术和网络应用为核心的信息技术 在现代信息社会中的重要地位和作用，提高大家的信 息素养和计算思维能力，使大家能在将来利用计算机 解决专业问题和进行艺术创作中长期受益。
– 这也回答了我们为什么要开设计算机课程的问大题学计算机基础
– 科学和艺术活动的创作过程一般都分为准备期、酝酿 期、顿悟期和验证期四个阶段
– 艺术创作与科学创造过程均经历形象分解、简化变形 和抽象定型等多个阶段
– 科学是思想，艺术是感情，二者如车之两轮、鸟之两 翼，即相互独立又相互联系，密不可分。
大学计算机基础
1.4 艺术思维与计算思维
• 交叉与融合
– 科学思维通常是指理性认知及其过程 – 两种基本类型：逻辑思维、非逻辑思维（形象、直觉）
大学计算机基础
1.1 思维与科学思维
• 科学思维
– 目前真正具备系统和完善表达体系的思维模式有三： • 理论思维、实验思维、计算思维
– 分别对应： • 理论科学、实验科学、计算科学
– 学科交叉是创新的源泉，重构方法： • X@Computer! • Computer-based + X
• 计算思维概念
– 运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和 理解人类行为的思维活动
– 观察右图
• 人类自身自然抽象能力的体现
– 计算思维的本质：
• 抽象、自动执行
– 计算思维是一个概念，不是编程
– 计算思维是人的思维不是计算机思维
– 是数学与其他学科的交叉和融合
大学计算机基础
1.2 计算思维
大学计算机基础 与计算思维
课程性质
• 本课程是大学计算机基础教育课
– 课程以计算思维为核心，引导大家认识以计算机操作、 办公软件、多媒体技术和网络应用为核心的信息技术 在现代信息社会中的重要地位和作用，提高大家的信 息素养和计算思维能力，使大家能在将来利用计算机 解决专业问题和进行艺术创作中长期受益。
– 这也回答了我们为什么要开设计算机课程的问大题学计算机基础
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。
计算思维和信息素养课件
做不同的动作
人也抽象为图灵机
1.将人具备的知识技能和由五 官感知周围环境获得的一切看 成输入集合 2.将人作出的一言一行看成输 出集合 3.将人脑（保存脑中所有神经 细胞的状态）看成状态寄存器 4.将人对外界所作出的反应（ 一言一行）看成执行了一套复 杂的控制规则
27
1 计算思维
与计算思维有关的计算
什么是计算？
计算的过程
计算的本质
计算的外延
图灵通过构造图 灵机，形式化地阐述 了计算的本质：
任何计算，在本 质上都可以还原为计 算者（人或机器）对 一条两端可无限延长 的纸带上的一串0、1 进行变换，最后得到 一个满足预先规定的 符号串的过程。
2023/10/2
计算的本质是：
计算思维不是软件、 硬件等人造物品，而 是设计和制造软件、 硬件中的思想，是计 算这一概念用于求解 问题、管理日常生活 以及与他人交流和互 动的思想。
而且，计算思维要 用于所有的人，所有 的地方。
2023/10/2
19
1 计算思维
计算思维的特征 1 是概念化，不是程序化 2 是根本的技能，不是刻板的技能 3 是人的思维，不是计算机的思维 4 是思想，不是物品 5 是数学和工程思维的互补与融合
2023/10/2
23
1 计算思维
为了能用计算思维和计算机求解实际问题
学习
算
数 据
程 序
法
组 织
设 计
2023/10/2
24
1 计算思维
与计算思维有关的图灵机
图灵分析了人的计算过程， 将计算归结为最简单、最基本、最确定的操作动作， 从而用一种简单的方法来描述直观上具有机械性的基本计算程序，
使任何机械（能行）的程序都可归约为这些动作， 实现了计算的自动进行。
人也抽象为图灵机
1.将人具备的知识技能和由五 官感知周围环境获得的一切看 成输入集合 2.将人作出的一言一行看成输 出集合 3.将人脑（保存脑中所有神经 细胞的状态）看成状态寄存器 4.将人对外界所作出的反应（ 一言一行）看成执行了一套复 杂的控制规则
27
1 计算思维
与计算思维有关的计算
什么是计算？
计算的过程
计算的本质
计算的外延
图灵通过构造图 灵机，形式化地阐述 了计算的本质：
任何计算，在本 质上都可以还原为计 算者（人或机器）对 一条两端可无限延长 的纸带上的一串0、1 进行变换，最后得到 一个满足预先规定的 符号串的过程。
2023/10/2
计算的本质是：
计算思维不是软件、 硬件等人造物品，而 是设计和制造软件、 硬件中的思想，是计 算这一概念用于求解 问题、管理日常生活 以及与他人交流和互 动的思想。
而且，计算思维要 用于所有的人，所有 的地方。
2023/10/2
19
1 计算思维
计算思维的特征 1 是概念化，不是程序化 2 是根本的技能，不是刻板的技能 3 是人的思维，不是计算机的思维 4 是思想，不是物品 5 是数学和工程思维的互补与融合
2023/10/2
23
1 计算思维
为了能用计算思维和计算机求解实际问题
学习
算
数 据
程 序
法
组 织
设 计
2023/10/2
24
1 计算思维
与计算思维有关的图灵机
图灵分析了人的计算过程， 将计算归结为最简单、最基本、最确定的操作动作， 从而用一种简单的方法来描述直观上具有机械性的基本计算程序，
使任何机械（能行）的程序都可归约为这些动作， 实现了计算的自动进行。
第一讲 计算思维概述ppt课件
计算博弈理论改变着经济学家思考方式
博弈论指的是研究人与人之间行为互动的一般理 论。所谓社会，就是互动。 1943年，冯•诺依曼《博弈论和经济行为》著作 首次介绍了博弈论。 博弈论：两人以上参与，双方通过不同策略相互 竞争的游戏。 博弈：一方采用的策略会对另一方的行为产生影 响。 计算思想在诺贝奖获奖理论中占到70%以上的比 例。
• 设有三栋房子 和三条路，哪
.
• 如果是5栋房子？
1
2
3
4
5
.
B
A
C
D 1E
.
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：
•A说：我不是小偷 •B说：c是小偷 •C说：小偷肯定是d •D说：c在冤枉人
四个人中，三个人说的是真话，一个人说的是假话， 请问谁是小偷？
.
13
二、什么是计算
计算的定义：
计算是指运用事先规定的规则，将一组数值变换为另一(所需 的)数值的过程。 ➢对某一类问题，如能找到一组确定的规则，当给出这类问 题中的任一具体问题后，按规则可以完全机械地在有限步内 求出结果，则说这类问题是可计算的。这种规则就是算法。
.
• 猜数游戏：有自然数1--1000，随机选取其 中的一个数，请大家猜数。
周以真（英文名Jeannette M. Wing，），美国计算 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。
.
问题求解中的计算思维
.
铺路问题
• 有一座城市需 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。
数学机械化，就是刻板化和规格化。---吴方法（吴文俊） 数学问题的机械化，就是要求在运算或证明过程中，每 前进一步之后，都有一个确定的、必须选择的下一步， 这样沿着一条有规律的、刻板的道路，一直达到结论。
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
课件：01-计算思维和计算
电子计算机
• 在1937年到1942年间，阿塔纳索夫-贝瑞计 算机（Atanasoff-Berry Computer，ABC）
– 真空电子管代替机械式开关作为处理电路 – 基于二进制数字系统的理念。 – ABC本身不可编程，仅用于求解线性方程组
电子计算机
• 1946年2月， ENIAC
– 使用18 000个电子管，耗电150千瓦，总重量30 吨
【例1.2】计算i1
i
1
n
2
通过数学推导可得i
i 1
3
n
*
......
(1 2
n
n)
轻松的完成计算
，人们可以
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。 n
【例1.3】计i算1 i 1 2 3 ...... n
可以转
化为step可1: 以输入由整机数器n 重复执行的自动计算的计
– 每秒执行5 000次加法运算，是手工计算的20万 倍
– 造价为48万美元 – ENIAC成为世界公认的第一台电子计算机。
1.3.2 元器件的发展
• 元器件发展中经历了电子管、晶体管、集 成电路三个阶段
• 电子管 • 晶体管 • 集成电路
元器件的发展
• 集成电路的构想： 通过在同一材料（硅）块上集成所有元
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。
计算思维的基本内容
计算思维包括多项基本内容。 • 二进制0和1的基础思维。 • 指令和程序的思维 • 递归的思维 • 计算机系统发展的思维 • 问题求解的思维 • 网络化的思维
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
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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。
人文科学 humanities
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。
社会科学 Social Science
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。
如何界定自然科学？物理学，化学，…… 计算科学？数学？
8
科学与计算科学
美国能源部报告认为：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。
9
科学与计算科学
二、计算科学与计算学科 计算科学/Computational Science：一种与
第一讲
教学目标
➢ 了解科学、计算、计算科学与计算学科、思维与计 算思维的基本概念
➢ 了解计算学科与其它学科之间的关系 ➢ 了解计算思维的作用，学会计算思维的基本方法，
掌握其基本技能 ➢ 了解运用计算机求解问题的基本思路和一般过程
知识要点
➢计算、可计算性以及计算学科的概念 ➢思维、计算思维进行问题求解的一般过程 ➢计算思维在人类社会的经济、科技等各领域
4
科学与计算科学
爱因斯坦认为：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
。
5
科学与计算科学
美国《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。
古代皇帝和他的大臣下象棋，大臣赢了。皇帝问大臣：“你 想要得到什么奖赏？”大臣向皇帝说：“微臣不敢奢求，只 要皇上按棋盘的格子数，依次给予1粒黄豆，2粒黄豆，4粒 黄豆，8粒黄豆，16粒黄豆，…….按此规律 (每次给出黄豆 的数目是前一次给出黄豆数目的2倍) 给64次就无比地感谢 皇上了”。请问皇帝会答应这个大臣的请赏吗？你能很快 (10秒内)给出答案吗？ ➢ 2、到底谁说真话？ 张三说:李四在说谎; 李四说:王五在说谎; 王五说: 张三和李四都在说谎。 已知三人中只有一人说真话。
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。
科学的定义：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。
6
科学与计算科学
科学的种类：
不同分类方式
类别
按照研究对象的不同 自然科学、社会科学、思维科 学
计算机学科/Computer Discipline：即计算机 科学与技术，它是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。
14
举案引思 ➢ 1、皇帝会答应大臣的请赏？
门科学。 我们相信计算科学是21世纪最重要的技术领域之一，因为它对
整个社会的进步都是十分重要的。计算科学为研究者提供了一个独 特的窗口，他们可以通过它来研究那些不切实际或很难解决的问题 ，为高经济效益提供高级工业方法，如高效设计比价格昂贵又费时 的风洞试验更有效的机翼计算试验。
11科学与计ຫໍສະໝຸດ 科学学科：指高校中讲授或研究知识的分科。 计算学科/Computational Discipline:利用
举案引思
➢ 3、如图1-1所示，从哪一点出发开始旅行既能游览 每一个景点(A-J表示景点，连线表示通路)，又不走 重复路线？
发展中的作用和对人的能力发展的影响 ➢计算科学研究与应用（普适计算、网格计算
和云计算、人工智能、物联网等）
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。
按照与实践联系的不 理论科学、技术科学、应用科
同
学
按照人类对自然规律 自然科学、实验科学 利用的直接程度
按广义照的人科类学概目念标是的自然不科同学、广人文义科的学科和社学会、科狭学等义所的有科学科学的总称
，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。
7
科学与计算科学
类别
解释或说明
自然科学 Natural Science
12
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。
13
科学与计算科学
三、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。
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)
10
科学与计算科学
2005：1计99算3科：学高--确性保美能国计的竞算争与力报通告信建议-：-H应P将C计C算计科划学长期 置于国计1家算99科科6学学：与是加技运术用速领高域级战中计略心算的能计领力算导来地理创位解新。和处-理-A复S杂C问I题计的划学科， 已经成2为00对2科：学高领导性力、能经计济竞算争系力以统及-国-家H安PC全S都计至关划重要的一
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。
人文科学 humanities
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。
社会科学 Social Science
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。
如何界定自然科学？物理学，化学，…… 计算科学？数学？
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科学与计算科学
美国能源部报告认为：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。
9
科学与计算科学
二、计算科学与计算学科 计算科学/Computational Science：一种与
第一讲
教学目标
➢ 了解科学、计算、计算科学与计算学科、思维与计 算思维的基本概念
➢ 了解计算学科与其它学科之间的关系 ➢ 了解计算思维的作用，学会计算思维的基本方法，
掌握其基本技能 ➢ 了解运用计算机求解问题的基本思路和一般过程
知识要点
➢计算、可计算性以及计算学科的概念 ➢思维、计算思维进行问题求解的一般过程 ➢计算思维在人类社会的经济、科技等各领域
4
科学与计算科学
爱因斯坦认为：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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科学与计算科学
美国《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。
古代皇帝和他的大臣下象棋，大臣赢了。皇帝问大臣：“你 想要得到什么奖赏？”大臣向皇帝说：“微臣不敢奢求，只 要皇上按棋盘的格子数，依次给予1粒黄豆，2粒黄豆，4粒 黄豆，8粒黄豆，16粒黄豆，…….按此规律 (每次给出黄豆 的数目是前一次给出黄豆数目的2倍) 给64次就无比地感谢 皇上了”。请问皇帝会答应这个大臣的请赏吗？你能很快 (10秒内)给出答案吗？ ➢ 2、到底谁说真话？ 张三说:李四在说谎; 李四说:王五在说谎; 王五说: 张三和李四都在说谎。 已知三人中只有一人说真话。
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。
科学的定义：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。
6
科学与计算科学
科学的种类：
不同分类方式
类别
按照研究对象的不同 自然科学、社会科学、思维科 学
计算机学科/Computer Discipline：即计算机 科学与技术，它是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。
14
举案引思 ➢ 1、皇帝会答应大臣的请赏？
门科学。 我们相信计算科学是21世纪最重要的技术领域之一，因为它对
整个社会的进步都是十分重要的。计算科学为研究者提供了一个独 特的窗口，他们可以通过它来研究那些不切实际或很难解决的问题 ，为高经济效益提供高级工业方法，如高效设计比价格昂贵又费时 的风洞试验更有效的机翼计算试验。
11科学与计ຫໍສະໝຸດ 科学学科：指高校中讲授或研究知识的分科。 计算学科/Computational Discipline:利用
举案引思
➢ 3、如图1-1所示，从哪一点出发开始旅行既能游览 每一个景点(A-J表示景点，连线表示通路)，又不走 重复路线？
发展中的作用和对人的能力发展的影响 ➢计算科学研究与应用（普适计算、网格计算
和云计算、人工智能、物联网等）
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。
按照与实践联系的不 理论科学、技术科学、应用科
同
学
按照人类对自然规律 自然科学、实验科学 利用的直接程度
按广义照的人科类学概目念标是的自然不科同学、广人文义科的学科和社学会、科狭学等义所的有科学科学的总称
，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。
7
科学与计算科学
类别
解释或说明
自然科学 Natural Science
12
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。
13
科学与计算科学
三、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。
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)
10
科学与计算科学
2005：1计99算3科：学高--确性保美能国计的竞算争与力报通告信建议-：-H应P将C计C算计科划学长期 置于国计1家算99科科6学学：与是加技运术用速领高域级战中计略心算的能计领力算导来地理创位解新。和处-理-A复S杂C问I题计的划学科， 已经成2为00对2科：学高领导性力、能经计济竞算争系力以统及-国-家H安PC全S都计至关划重要的一