大学计算机基础与计算思维课件-CH01 计算思维概论
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大学计算机基础课件第1章 计算机与计算思维
在科学管理与经济决策的许多应用领域中的 问题, 需要优化的目标往往不止一个, 常常需要同 时考虑路程最短、时间最少、费用最省、风险最 小等多方面的因素，即多目标旅行商，还有约束 的旅行商问题、动态旅行商问题等等
1.3 计算思维
1.3.3计算思维的基本问题
什么是计算? 什么是可计算? 什么是可行计算?
除了枚举算法，还有遗传算法、蚁群算法等， 目前，比较新的进展是，英国伦敦大学皇家霍洛韦 学院等机构研究人员报告说，小蜜蜂显示出了轻而 易举破解这个问题的能力，因为它们总可以找到在 不同花朵间飞行的最短路径，如果能理解蜜蜂的解 决方式，将能更好的解决旅行商问题。
4.现实问题的延伸
多旅行商问题，指多个旅行商从同一地点或 不同地点出发，分别走一条线路，使得每个地点 有且只有一个旅行商经过（出发地点除外）且总 路程最短
1.1.3 新型计算机的发展
生物计算机（DNA计算机） 采用生物芯片，由生物工程技术产生的蛋白质分 子构成。由于蛋白质分子能自由组合，再生新的微型 电路，使得生物计算机具有生物体的一些特点，如能 发挥生物体本身的调节机能从而自动修复芯片发生的 故障，还能模仿人脑的思考机制。 集成度高、速度快、存储容量大、功耗低。
社会的各个领域
集成电路（ Integrated Circuit，IC）
以半导体晶体材料为基片，经平面工艺加工制造， 将许多电子元件、有源器件和互连线集成在基片内 部、表面或基片之上，执行某种电子功能的微型化 电路或系统.
芯片的集成度
集成电路每个芯片上所包含 的电子元器件（如晶体管、电 阻等）个数。
编码； 4. 现实问题的延伸，即拓展思维。
旅行商问题（Traveling Saleman Problem）
假设某快递公司的快递员小张每天需要开车从快递公司（A） 向三个快递点（B、C、D）运送快件
1.3 计算思维
1.3.3计算思维的基本问题
什么是计算? 什么是可计算? 什么是可行计算?
除了枚举算法，还有遗传算法、蚁群算法等， 目前，比较新的进展是，英国伦敦大学皇家霍洛韦 学院等机构研究人员报告说，小蜜蜂显示出了轻而 易举破解这个问题的能力，因为它们总可以找到在 不同花朵间飞行的最短路径，如果能理解蜜蜂的解 决方式，将能更好的解决旅行商问题。
4.现实问题的延伸
多旅行商问题，指多个旅行商从同一地点或 不同地点出发，分别走一条线路，使得每个地点 有且只有一个旅行商经过（出发地点除外）且总 路程最短
1.1.3 新型计算机的发展
生物计算机（DNA计算机） 采用生物芯片，由生物工程技术产生的蛋白质分 子构成。由于蛋白质分子能自由组合，再生新的微型 电路，使得生物计算机具有生物体的一些特点，如能 发挥生物体本身的调节机能从而自动修复芯片发生的 故障，还能模仿人脑的思考机制。 集成度高、速度快、存储容量大、功耗低。
社会的各个领域
集成电路（ Integrated Circuit，IC）
以半导体晶体材料为基片，经平面工艺加工制造， 将许多电子元件、有源器件和互连线集成在基片内 部、表面或基片之上，执行某种电子功能的微型化 电路或系统.
芯片的集成度
集成电路每个芯片上所包含 的电子元器件（如晶体管、电 阻等）个数。
编码； 4. 现实问题的延伸，即拓展思维。
旅行商问题（Traveling Saleman Problem）
假设某快递公司的快递员小张每天需要开车从快递公司（A） 向三个快递点（B、C、D）运送快件
计算机基础思维课件-第1章 计算机与计算思维
计算的本质是基于规则的符号串变换，更广义 的说，计算是基于规则的物理状态的变换。
• 1+3+4这样的数学运算可以说是我们最容易认同 的计算；
• 而将一段中文文章翻译成英文也就是计算，因为 其实质是在保持语义不变的前提下，将一串中文 符号变换成对应的英文符号；
• 任何给定一定的输入，经过处理和变换，得到期 望的输出的过程都可以称为计算。
• 计算机的出现，给计算思维的研究和发展带来了 根本性的变化，计算机所具有的对信息和符号的 快速处理能力，使得许多原本只是理论可以实现 的处理过程变成了可以实现的过程。
• 例如，海量数据的处理、复杂系统的模拟、大型 工程的组织等，借助计算机可以实现从想法到产 品整个过程的自动化、精确化和可控化，大大拓 展了人类认知世界和解决问题的能力和范围。
第1章 计算机与计算思维
计算机对我们产生了什么影响？
• 无处不在 • 工作助手 • 生活伙伴
最直观的感受
•深刻影响着人们的思维方式 •影响着很多学科的研究和发展
事实上
1.1计算与计算科学
• 1.1.1 计算与数字化
“计算不再只和计算机有关，它决定着我们的生存”------尼葛洛庞帝 《数字化生存》 该书成为了二十世纪九十年代纽约时报排行榜中的畅销书。
1.1.2 计算科学
• 计算科学是研究计算技术的一门科学，它 具有促进其他科学门类发展的重要作用。 计算技术发展到当今，其特征日益体现 出以下特点：
• 计算手段的器械化， • 计算过程的形式化， • 计算执行的自动化， • 计算对象的泛在化。
• 计算过程的形式化是计算自动执行的前提。 人们首先需要对于计算问题进行抽象，对 其实现形式化的表示；
• 社会计算学科根据社会科学理论，以计算技术为 工具，研究人类社会的组成、关系、结构、层次、 行为、运动等问题，研究社会媒体，促进社会人 群的交流与合作。
• 1+3+4这样的数学运算可以说是我们最容易认同 的计算；
• 而将一段中文文章翻译成英文也就是计算，因为 其实质是在保持语义不变的前提下，将一串中文 符号变换成对应的英文符号；
• 任何给定一定的输入，经过处理和变换，得到期 望的输出的过程都可以称为计算。
• 计算机的出现，给计算思维的研究和发展带来了 根本性的变化，计算机所具有的对信息和符号的 快速处理能力，使得许多原本只是理论可以实现 的处理过程变成了可以实现的过程。
• 例如，海量数据的处理、复杂系统的模拟、大型 工程的组织等，借助计算机可以实现从想法到产 品整个过程的自动化、精确化和可控化，大大拓 展了人类认知世界和解决问题的能力和范围。
第1章 计算机与计算思维
计算机对我们产生了什么影响？
• 无处不在 • 工作助手 • 生活伙伴
最直观的感受
•深刻影响着人们的思维方式 •影响着很多学科的研究和发展
事实上
1.1计算与计算科学
• 1.1.1 计算与数字化
“计算不再只和计算机有关，它决定着我们的生存”------尼葛洛庞帝 《数字化生存》 该书成为了二十世纪九十年代纽约时报排行榜中的畅销书。
1.1.2 计算科学
• 计算科学是研究计算技术的一门科学，它 具有促进其他科学门类发展的重要作用。 计算技术发展到当今，其特征日益体现 出以下特点：
• 计算手段的器械化， • 计算过程的形式化， • 计算执行的自动化， • 计算对象的泛在化。
• 计算过程的形式化是计算自动执行的前提。 人们首先需要对于计算问题进行抽象，对 其实现形式化的表示；
• 社会计算学科根据社会科学理论，以计算技术为 工具，研究人类社会的组成、关系、结构、层次、 行为、运动等问题，研究社会媒体，促进社会人 群的交流与合作。
001计算思维PPT课件
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
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
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科学与计算科学
计算机基础与计算思维课件-第1章 计算机组成及工作原理
3.存储器
存储器用来存储数据和程序，根据功能的不同，存储器 一般可分为内存储器和外存储器两种 。
内存储器也称主存储器、主存或内存，用来存放现行程 序的指令和数据，可以直接与运算器和控制器交换信息。 内存具有存取速度快、容量小的特点
外存储器也称为辅助存储器、辅存或外存，用来存放需 要长期保存的信息，不能直接与运算器、控制器交换信 息，需要通过内存进行交换。外存的特点是存取速度较 慢、存储容量大、成本低。
较为普遍的一种分法是按照计算机的运算速度、 字长、存储容量等综合性能指标，可分为巨型机、 大型机、小型机、微型机和嵌入式计算机等。
1. 巨型机
是一种超大型电子计算机，具有很强的计算和 处理数据的能力，其主要特点表现为高速度和大容 量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高性能的 软件系统。
2. 大型机
计算机的发展共经历了四代
第一代——电子管计算机（1946年～1959年） 第二代——晶体管计算机（1959年～1964年） 第三代——中小规模集成电路计算机（1964
年～1970年）
第四代——大规模、超大规模集成电路计算 机（1970年至今）
计算机使用的电子元器件
1.1.2 计算机分类
按照计算机的结构原理可分为模拟计算机、数 字计算机和混合式计算机。按计算机用途可分为专 用计算机和通用计算机。
1.3.2 计算机的硬件结构
根据冯.诺依曼原理，微型计算机的硬件系统主 要由五大基本部分组成：运算器、控制器、存储器、 输入和输出设备。
1.运算器
运算器的主要功能是对二进制数据进行 算术运算（如加、减、乘、除等）和逻辑 运算（如与、或、非等），所以运算器也 被称为算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，简称ALU）。
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。
第一讲 计算思维概述PPT演示课件
计算思维（构造思维）的培养，将有助于临床医生 提出“整体构架设计解决方案”的治疗方案。
44
计算思维的特性
1 概念化，不是程序化。
抽象
多层次思维
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远不止能为计算机编程。它要 求能够在抽象的多个层次上思维。
45
计算思维的特性
2 基础的，不是机械的技能。
B说：c是小偷 3
C说：小偷肯定是d 4
D说：c在冤枉人 5
三真一假
计算
1
X≠1
1or0
2
X=3
1or0
3
X=4
1or0
4
X≠4
1or0
5
3
26
编程实现
For x=1 to 4 If (x<>1+(x=3)+(x=4)+(x<>=3) then Print x
Next x
27
百元买白鸡
• 公鸡每只5元，母鸡每只3元，小鸡一元3只， 一百元买一百只鸡，问有几种买法？
问题分析： X+Y+Z=100 5X+3Y+Z/3=100
28
编程
For x=1 to 100 For y=1 to 100 Z=100-x-y If 5*x+3*y+z/3=100 then Print x,y,z End if Next for
Next for
• 计算思维能够反映人类思维活动，高效执行。
• 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。
44
计算思维的特性
1 概念化，不是程序化。
抽象
多层次思维
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远不止能为计算机编程。它要 求能够在抽象的多个层次上思维。
45
计算思维的特性
2 基础的，不是机械的技能。
B说：c是小偷 3
C说：小偷肯定是d 4
D说：c在冤枉人 5
三真一假
计算
1
X≠1
1or0
2
X=3
1or0
3
X=4
1or0
4
X≠4
1or0
5
3
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编程实现
For x=1 to 4 If (x<>1+(x=3)+(x=4)+(x<>=3) then Print x
Next x
27
百元买白鸡
• 公鸡每只5元，母鸡每只3元，小鸡一元3只， 一百元买一百只鸡，问有几种买法？
问题分析： X+Y+Z=100 5X+3Y+Z/3=100
28
编程
For x=1 to 100 For y=1 to 100 Z=100-x-y If 5*x+3*y+z/3=100 then Print x,y,z End if Next for
Next for
• 计算思维能够反映人类思维活动，高效执行。
• 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。
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。
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。
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
计算机计算与计算思维ppt课件
处理器(浮点运算)微处理器+图形处理单 元GPU微处理器+3D处理器+多媒体处理 器多核微处理器
双核 8086/8088 Intel 80286 Intel 80386 Intel 80486 Pentium Pentium II Pentium III CORE
1974
1982
1985
1989
1993 1997
体积越来越小； 可靠性越来越高； 电路规模越来越大； 速度越来越快； 功能越来越强大；
4.5 元器件发展的轨迹是怎样的，每个阶段要解决什么问题？
自动计算中的元器件的发展启示
Input
Output Transform
A
B
Input1 Input2
Transform1 Output1 Input3
Transform2 Output2
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)
穿孔纸带 (0/1输入)
输入设备
类别
5.5 怎样解决输出问题？
输出设备---显示及显示控制
发
展
水 平
3D显示器：3维图形
数字显示器：高清图形 (液晶、等离子技术)
CRT: 数字光栅扫描显示器 (基于内存的显示: 输出图形)
CRT: 字符发生器 (向量式模拟显示器: 输出字符)
CRT：阴极射线管 (模拟显示器：黑白与彩色)
双核 8086/8088 Intel 80286 Intel 80386 Intel 80486 Pentium Pentium II Pentium III CORE
1974
1982
1985
1989
1993 1997
体积越来越小； 可靠性越来越高； 电路规模越来越大； 速度越来越快； 功能越来越强大；
4.5 元器件发展的轨迹是怎样的，每个阶段要解决什么问题？
自动计算中的元器件的发展启示
Input
Output Transform
A
B
Input1 Input2
Transform1 Output1 Input3
Transform2 Output2
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)
穿孔纸带 (0/1输入)
输入设备
类别
5.5 怎样解决输出问题？
输出设备---显示及显示控制
发
展
水 平
3D显示器：3维图形
数字显示器：高清图形 (液晶、等离子技术)
CRT: 数字光栅扫描显示器 (基于内存的显示: 输出图形)
CRT: 字符发生器 (向量式模拟显示器: 输出字符)
CRT：阴极射线管 (模拟显示器：黑白与彩色)
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大学计算机基础
1.3 计算思维应用领域
• 计算生物学 • 计算化学 • 计算机艺术 • 生理系统仿真 •…
三叶草上的玫瑰线
药物化学分子
分形艺术
德罗斯特效应
3D喷绘机器人 大学计算机基础
1.4 艺术思维与计算思维
• 内涵与发展
– 艺术思维的主体元素是情感和形象，本质是探讨情感 和形象的关系问题，其方式有三：
– 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
大学计算机基础
课程内容
• 计算思维概论 • 计算机基础知识 • 操作系统 • 多媒体技术与应用 • 计算机应用基础 • 计算机网络应用 • 网页设计与制作
大学计算机基础
课前知识
• 课程安排 • 教材说明 • 平台教学 • 教学形式 • 考核安排
– 笔试（50%）+ 机考（20%）+ 平时（30%）
– 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
1.1 思维与科学思维
• 科学思维方法 • 分逻辑方法和非逻辑方法两种 • 逻辑方法：
– 比较与分类、归纳与演绎 – 分析与综合、论证与反驳 – 抽象与具体
• 非逻辑方法：
– 联想与类比、灵感与直觉 – 想象（意境）
大学计算机基础
1Байду номын сангаас2 计算思维
伏羲八卦编码 大学计算机基础
请完成课后习题1、2
大学计算机基础
– 艺术反哺科学创作 – 艺术化简与抽象不谋而合 – 分形是计算机编程艺术典范
莫比乌斯带
齐白石·虾
分形艺术 大学计算机基础
1.5 艺术创作中的计算思想
• 黄金比例与黄金数
– φ=0.618033618…和Φ=1.618033618…表示两个黄金数
大学计算机基础
1.5 艺术创作中的计算思想
• 图形艺术与分形
大学计算机基础
第一章 计算思维概论
• “科学与艺术是把握世界和生活的不同支点”
• 教学内容
– 1.1 思维与科学思维 – 1.2 计算思维概念 – 1.3 计算思维应用领域 – 1.4 艺术思维与计算思维 – 1.5 艺术创作中的计算思想
大学计算机基础
1.1 思维与科学思维
• 思维
– 农民如何判断作物成熟收割时间？ – 医生如何判断病因并做出治疗方案？ – 艺术家如何设计艺术形象传达情感？ • 通过迂回、间接的途径去寻找问题的答案的认识活动，就 是思维活动 – 思维是对客观事物本质和规律的抽象和高级认知 – 思维以感知为基础又超越感知的界限 – 思维的两个重要特征：间接性、概括性
• 计算机科学与计算思维
– 南京大学陈道蓄教授的“菜刀科学”问题 – 以色列学者哈雷尔在《算法学：计算的本质》一书中
提出这样的问题：论技术的影响，电话也很大，为什 么没有电话科学？论技术复杂性，人造卫星很复杂， 为什么没有被广泛接受的人造卫星科学。 – 计算机是计算的工具，用计算机给这门科学命名，就 像用“手术刀科学”给外科学命名一样地不合适。 – 我们所使用的工具影响着我们的思维，类似有天文学 （望远镜）、生物学（显微镜）、音乐（麦克风）。
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。
大学计算机基础
1.1 思维与科学思维
• 思维的能动性
– 思维借助感知材料经过加工处理改造客观世界
• 思维形式
– 形象思维（艺术思维） – 抽象思维（逻辑思维） – 灵感思维（直觉思维）
大学计算机基础
1.1 思维与科学思维
• 科学思维
– 科学抽象是科学认识从感性认识阶段上升到理性阶段的 飞跃的决定性环节
• 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
• 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
• 一是对形象的直觉 • 二是对形象情感的想象 • 三是对形象的灵感的领悟
– 计算思维是人的思维，本质是对现实世界进行信息抽 象并利用工具实现信息转换的一种思维方式
大学计算机基础
1.4 艺术思维与计算思维
• 特征与方法
– 艺术思维是对现象和本质两方面进行双重加工 – 计算思维的典型特征是概念化和抽象化
– 图形可以分为两类：一类是仿真的；一类是示意的。
《无尽无极》：吴作人
巴特农神殿
《流光》：吴冠中
大学计算机基础
1.5 艺术创作中的计算思想
• 算法设计
– 算法是对特定问题求解步骤的一种描述，由有限个操 作组成，以典型的递归算法和语义符号为例
• 盗梦空间的递归 • 德罗斯特效应 • 伏羲八卦
德罗斯特效应
1.3 计算思维应用领域
• 计算生物学 • 计算化学 • 计算机艺术 • 生理系统仿真 •…
三叶草上的玫瑰线
药物化学分子
分形艺术
德罗斯特效应
3D喷绘机器人 大学计算机基础
1.4 艺术思维与计算思维
• 内涵与发展
– 艺术思维的主体元素是情感和形象，本质是探讨情感 和形象的关系问题，其方式有三：
– 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
大学计算机基础
课程内容
• 计算思维概论 • 计算机基础知识 • 操作系统 • 多媒体技术与应用 • 计算机应用基础 • 计算机网络应用 • 网页设计与制作
大学计算机基础
课前知识
• 课程安排 • 教材说明 • 平台教学 • 教学形式 • 考核安排
– 笔试（50%）+ 机考（20%）+ 平时（30%）
– 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
1.1 思维与科学思维
• 科学思维方法 • 分逻辑方法和非逻辑方法两种 • 逻辑方法：
– 比较与分类、归纳与演绎 – 分析与综合、论证与反驳 – 抽象与具体
• 非逻辑方法：
– 联想与类比、灵感与直觉 – 想象（意境）
大学计算机基础
1Байду номын сангаас2 计算思维
伏羲八卦编码 大学计算机基础
请完成课后习题1、2
大学计算机基础
– 艺术反哺科学创作 – 艺术化简与抽象不谋而合 – 分形是计算机编程艺术典范
莫比乌斯带
齐白石·虾
分形艺术 大学计算机基础
1.5 艺术创作中的计算思想
• 黄金比例与黄金数
– φ=0.618033618…和Φ=1.618033618…表示两个黄金数
大学计算机基础
1.5 艺术创作中的计算思想
• 图形艺术与分形
大学计算机基础
第一章 计算思维概论
• “科学与艺术是把握世界和生活的不同支点”
• 教学内容
– 1.1 思维与科学思维 – 1.2 计算思维概念 – 1.3 计算思维应用领域 – 1.4 艺术思维与计算思维 – 1.5 艺术创作中的计算思想
大学计算机基础
1.1 思维与科学思维
• 思维
– 农民如何判断作物成熟收割时间？ – 医生如何判断病因并做出治疗方案？ – 艺术家如何设计艺术形象传达情感？ • 通过迂回、间接的途径去寻找问题的答案的认识活动，就 是思维活动 – 思维是对客观事物本质和规律的抽象和高级认知 – 思维以感知为基础又超越感知的界限 – 思维的两个重要特征：间接性、概括性
• 计算机科学与计算思维
– 南京大学陈道蓄教授的“菜刀科学”问题 – 以色列学者哈雷尔在《算法学：计算的本质》一书中
提出这样的问题：论技术的影响，电话也很大，为什 么没有电话科学？论技术复杂性，人造卫星很复杂， 为什么没有被广泛接受的人造卫星科学。 – 计算机是计算的工具，用计算机给这门科学命名，就 像用“手术刀科学”给外科学命名一样地不合适。 – 我们所使用的工具影响着我们的思维，类似有天文学 （望远镜）、生物学（显微镜）、音乐（麦克风）。
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。
大学计算机基础
1.1 思维与科学思维
• 思维的能动性
– 思维借助感知材料经过加工处理改造客观世界
• 思维形式
– 形象思维（艺术思维） – 抽象思维（逻辑思维） – 灵感思维（直觉思维）
大学计算机基础
1.1 思维与科学思维
• 科学思维
– 科学抽象是科学认识从感性认识阶段上升到理性阶段的 飞跃的决定性环节
• 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
• 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
• 一是对形象的直觉 • 二是对形象情感的想象 • 三是对形象的灵感的领悟
– 计算思维是人的思维，本质是对现实世界进行信息抽 象并利用工具实现信息转换的一种思维方式
大学计算机基础
1.4 艺术思维与计算思维
• 特征与方法
– 艺术思维是对现象和本质两方面进行双重加工 – 计算思维的典型特征是概念化和抽象化
– 图形可以分为两类：一类是仿真的；一类是示意的。
《无尽无极》：吴作人
巴特农神殿
《流光》：吴冠中
大学计算机基础
1.5 艺术创作中的计算思想
• 算法设计
– 算法是对特定问题求解步骤的一种描述，由有限个操 作组成，以典型的递归算法和语义符号为例
• 盗梦空间的递归 • 德罗斯特效应 • 伏羲八卦
德罗斯特效应