认识计算机与计算—4
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• 无处不在计算的本质就是要创造一个与人们的生活完
美结合并具备计算和通信能力的环境 。
普适计算
普适计算
普适计算
Ubiquitous Computing
Mainframe Computing
Desktop Computing
• user-centeric • invisibility
普适计算
– 在任何时间和地点，人们通过任何设备和网路，访问任何信息
普适计算
• hundreds of handheld and wearable computers
– 许多手持式和可穿戴式计算机
• invisibility hundreds of wireless computing devices per person per office, of all scales
关于“计算”的理解
• 可计算性理论是研究计算的可行性和函数算法的 理论。又称算法理论。它是算法设计与分析的基 础，也是计算机科学的理论基础。 • 可计算性是函数的一个特性。设函数f的定义域是 D，值域是R ，如果存在一种算法 ，对D中任意给 定的x ，都能计算出f（x）的值，则称函数f是可 计算的。
– – – –
主题四 无处不在的计算
• 关于计算的理解 • 普适计算 • 无处不在的计算
基础学科计算 高精学科计算 机构群体计算 智能科技计算
关于“计算”的理解
• 我们不如从“计算”的英文单词来理解，也许更为 直观确切些。 • 英语关于“计算”的单词有两个：
– 一个是Calculation，Calculation是一种将“单一或复数之 输入值”转换为“单一或复数之结果”的一种思考过 程。根据已知量算出未知量，也称运算。 – 一个是Computation。Computation是一种应用比较复杂 的法则与逻辑，用来解答某个困难的问题，它的过程 较复杂，也不一定与数字有关。
关于“计算”的理解
• 所以我们所指的“计算”是一种广义的计算，包括：
– 数学计算，逻辑推理，文法的产生式，集合论的函数，组合数学的置换，
变量代换，图形图像的变换，数理统计等；
– 还有人工智能解空间的遍历，问题求解，图论的路径问题，网络安全， 代数系统理论，上下文表示感知与推理，智能空间等； – 甚至包括数字系统设计（例如逻辑代数），软件程序设计（文法），机 器人设计和建筑设计等设计问题。
关于“计算”的理解
• 虽然自然界中的问题纷繁复杂，但基本上可以划分为三 大类：
– 可计算性问题：是指符合图灵的可计算性定义的问题。如对 N个数的排序和查找问题等。 – 不可计算性问题：是指不符合图灵的可计算性定义的问题。 如证明哥德巴赫猜想 （输入数据的无限性问题）等。 – 可计算性但太复杂的问题：是指符合图灵的可计算性定义的 问题，但是算法的复杂度太高，以致计算机“计算”的时间 和空间都超出了人机可以承受的范围。如旅行商问题 （穷 举组合路径爆炸问题）等。
– 第一代，主机型计算（Mainframe Computing），很多人共享 一台大型机； – 第二代，个人机计算（Personal Computing），一个人在一台 电脑上； – 第三代，网络计算（Internet Computing），一个人使用在互 联网上的很多服务； – 第四代，普适计算（Pervasive Computing），许许多多的设 备通过全球网络为许多人提供人格化（个性化）的服务。
关于“计算”的理解
• 可计算性（Calculability）是指一个实际问题是否 可以使用计算机来解决。 • 可计算性通常指这一类问题是否可以用计算机 “计算”。事实上，很多非数值问题（比如文字 识别，图像处理等）都可以通过转换，变为数值 问题来交给计算机“计算”。
关于“计算”的理解
• 但是一个可以使用计算机来“计算”的问题必须 是被定义为“可以在有限步骤内被解决的问题”。 • 这样，问题又回归到了图灵对“可计算性”的定 义，即：凡是能用计算算法解决的问题，也一定 能用图灵机解决；凡是图灵机解决不了的问题， 任何算法也解决不了。而图灵机正是现代计算机 的理论基础。
关于“计算”的理解
•我们知道计算机的运算器只有一个加法器，而计算机能 够进行的“计算”却不仅仅是对数值的简单运算，实际上 在计算机软硬件的配合下，使用这个加法器能够实现更高 阶的计算，这其中包括了大量的法则和逻辑等复杂的过程。 •所以计算机的英文称谓为Computer而不是Calculator
（计算器）。
关于“计算”的理解
ຫໍສະໝຸດ Baidu
– – – –
主题四 无处不在的计算
• 关于计算的理解 • 普适计算 • 无处不在的计算
基础学科计算 高精学科计算 机构群体计算 智能科技计算
普适计算
• 无处不在计算(Ubiquitous Computing--普适计算)是美
国施乐公司PARC研究中心的Mark Weiser ，1991年在 Scientific American杂志上发表的题为The Computer for the 21st Century的文章中首次提出来的理念。
– 大量遍布在每个办公室、每个人的，各种规格的无线计算设备
• hundreds of devices to sense and control appliances
– 以人为中心的计算，使计算机的使用符合人的习惯
– 不可见的计算，将计算机自然、合理地嵌入到人们日常工作和生活环 境（办公室、家庭）中，使其从人们的视线中消失。人们通过新一代
自然交互界面，进行自然、方便的交互
• access anything by anybody via any devices, anywhere anytime
关于“计算”的理解
• 所以我们没有任何理由期待计算机能解决世界 上所有的问题。 • 分析某个问题的可计算性意义重大，它使得我 们不必浪费时间在不可能解决的问题上（因而 可以尽早转而使用除计算机以外更加有效的手 段），集中资源在可以解决的问题上。
关于“计算”的理解
• 随着计算机技术的发展，计算也经历了大致四代的漫长 进化和蜕变革命的过程。
美结合并具备计算和通信能力的环境 。
普适计算
普适计算
普适计算
Ubiquitous Computing
Mainframe Computing
Desktop Computing
• user-centeric • invisibility
普适计算
– 在任何时间和地点，人们通过任何设备和网路，访问任何信息
普适计算
• hundreds of handheld and wearable computers
– 许多手持式和可穿戴式计算机
• invisibility hundreds of wireless computing devices per person per office, of all scales
关于“计算”的理解
• 可计算性理论是研究计算的可行性和函数算法的 理论。又称算法理论。它是算法设计与分析的基 础，也是计算机科学的理论基础。 • 可计算性是函数的一个特性。设函数f的定义域是 D，值域是R ，如果存在一种算法 ，对D中任意给 定的x ，都能计算出f（x）的值，则称函数f是可 计算的。
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主题四 无处不在的计算
• 关于计算的理解 • 普适计算 • 无处不在的计算
基础学科计算 高精学科计算 机构群体计算 智能科技计算
关于“计算”的理解
• 我们不如从“计算”的英文单词来理解，也许更为 直观确切些。 • 英语关于“计算”的单词有两个：
– 一个是Calculation，Calculation是一种将“单一或复数之 输入值”转换为“单一或复数之结果”的一种思考过 程。根据已知量算出未知量，也称运算。 – 一个是Computation。Computation是一种应用比较复杂 的法则与逻辑，用来解答某个困难的问题，它的过程 较复杂，也不一定与数字有关。
关于“计算”的理解
• 所以我们所指的“计算”是一种广义的计算，包括：
– 数学计算，逻辑推理，文法的产生式，集合论的函数，组合数学的置换，
变量代换，图形图像的变换，数理统计等；
– 还有人工智能解空间的遍历，问题求解，图论的路径问题，网络安全， 代数系统理论，上下文表示感知与推理，智能空间等； – 甚至包括数字系统设计（例如逻辑代数），软件程序设计（文法），机 器人设计和建筑设计等设计问题。
关于“计算”的理解
• 虽然自然界中的问题纷繁复杂，但基本上可以划分为三 大类：
– 可计算性问题：是指符合图灵的可计算性定义的问题。如对 N个数的排序和查找问题等。 – 不可计算性问题：是指不符合图灵的可计算性定义的问题。 如证明哥德巴赫猜想 （输入数据的无限性问题）等。 – 可计算性但太复杂的问题：是指符合图灵的可计算性定义的 问题，但是算法的复杂度太高，以致计算机“计算”的时间 和空间都超出了人机可以承受的范围。如旅行商问题 （穷 举组合路径爆炸问题）等。
– 第一代，主机型计算（Mainframe Computing），很多人共享 一台大型机； – 第二代，个人机计算（Personal Computing），一个人在一台 电脑上； – 第三代，网络计算（Internet Computing），一个人使用在互 联网上的很多服务； – 第四代，普适计算（Pervasive Computing），许许多多的设 备通过全球网络为许多人提供人格化（个性化）的服务。
关于“计算”的理解
• 可计算性（Calculability）是指一个实际问题是否 可以使用计算机来解决。 • 可计算性通常指这一类问题是否可以用计算机 “计算”。事实上，很多非数值问题（比如文字 识别，图像处理等）都可以通过转换，变为数值 问题来交给计算机“计算”。
关于“计算”的理解
• 但是一个可以使用计算机来“计算”的问题必须 是被定义为“可以在有限步骤内被解决的问题”。 • 这样，问题又回归到了图灵对“可计算性”的定 义，即：凡是能用计算算法解决的问题，也一定 能用图灵机解决；凡是图灵机解决不了的问题， 任何算法也解决不了。而图灵机正是现代计算机 的理论基础。
关于“计算”的理解
•我们知道计算机的运算器只有一个加法器，而计算机能 够进行的“计算”却不仅仅是对数值的简单运算，实际上 在计算机软硬件的配合下，使用这个加法器能够实现更高 阶的计算，这其中包括了大量的法则和逻辑等复杂的过程。 •所以计算机的英文称谓为Computer而不是Calculator
（计算器）。
关于“计算”的理解
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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主题四 无处不在的计算
• 关于计算的理解 • 普适计算 • 无处不在的计算
基础学科计算 高精学科计算 机构群体计算 智能科技计算
普适计算
• 无处不在计算(Ubiquitous Computing--普适计算)是美
国施乐公司PARC研究中心的Mark Weiser ，1991年在 Scientific American杂志上发表的题为The Computer for the 21st Century的文章中首次提出来的理念。
– 大量遍布在每个办公室、每个人的，各种规格的无线计算设备
• hundreds of devices to sense and control appliances
– 以人为中心的计算，使计算机的使用符合人的习惯
– 不可见的计算，将计算机自然、合理地嵌入到人们日常工作和生活环 境（办公室、家庭）中，使其从人们的视线中消失。人们通过新一代
自然交互界面，进行自然、方便的交互
• access anything by anybody via any devices, anywhere anytime
关于“计算”的理解
• 所以我们没有任何理由期待计算机能解决世界 上所有的问题。 • 分析某个问题的可计算性意义重大，它使得我 们不必浪费时间在不可能解决的问题上（因而 可以尽早转而使用除计算机以外更加有效的手 段），集中资源在可以解决的问题上。
关于“计算”的理解
• 随着计算机技术的发展，计算也经历了大致四代的漫长 进化和蜕变革命的过程。