计算思维概述精品PPT课件
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10
数字化教学
11
数字化制造
12
计算改变了世界
• 美国学者尼葛洛庞帝在其 1996年出版的《数字化生 存》一书中提出的，按照 他的解释，计算不再只与 计算机有关，它决定我们 的生存。
尼葛洛庞帝 （Negroponte）为美国麻 省理工学院教授及媒体实验室的创办人。 西方媒体推崇他为电脑和传播科技领域 最具影响力的大师之一， 1996年7月被 《时代》周刊列为当代最重要的未来学 家之一。
1 • 一一代入四句供词
• 依次检验“四个人中三个人说真话，一个
2
人说假话”是否成立
• 如果成立，小偷找到
3
24
数学建模
将a,b,c,d四个人进行编号为1,2,3,4。 用变量x存放小偷的编号。 依次将x=1,x=2,x=3,x=4代入问题系统， 检验“三真一假”是否成立。
25
1
A说：我不是小偷 2
18
问题求解中的计算思维
系统设计
问题求解
建立问题模型
人类行为 理解
选择算法
编程实现
19
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。
• 设有三栋房子和 三条路，哪些路 是必须要铺上石 砖的？
20
• 如果是5栋房子？
1
2
3
4
5
21
计算思维的定义
• “计算思维”是美国卡内基梅隆大学周以真教授提出的一 种理论。
• 周以真认为：计算思维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，它涵盖了计算机科学 的一系列思维活动。
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。
Computational Thinking
—
1
计算思维引言
计算不再只和计算机有关，它和我们的生 活息息相关。
一、计算改变了什么？ 二、什么是计算？ 三、什么是计算思维？
2
一、计算改变了什么
一．计算改变了科学家的思考方式
– 计算生物学改变着生物学家的思考方式 – 数学机械化改变着数学家的思考方式 – 计算博弈理论改变着经济学家的思考方式 – 社会计算改变社会学家的思考方式
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。
• 回答10次是与否，就可以猜出该数字。
开 始 游 戏
15
二分查找法
实际问题
设计算法
编程实现
16
3.计算思维的特征
计算工具与思维方式的相互影响 • 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。 • 计算思维是各个专业求解问题的基本途径。
17
3. 计算思维的特征
5
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。
3
计算生物学改变着生物学家的思考方式
最典型的案例： 人类的基因工程----耗时10年，耗资数百亿美元。 散弹枪算法提出来后，用于基因测序----耗时几天，耗 资千把美元就能测一个基因。 （因为大量的繁杂的工作由计算机完成，大大解放了生 物学家，从而改变着生物学家的思考方式）
4
数学机械化改变着数学家的思考方式
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。
14
• 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。
6
社会计算改变社会学家的思考方式
根据社会科学理论，以计算技术为工具，可以： 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。
7
一、计算改变了什么
二．计算改变了工作方式
– 数字化会议 – 数字化医疗 – 数字化教学 – 数字化制造
8
数字化会议
9
数字化医疗
29
计算机解题方法
• 计算机解决问题步骤：
– 理解问题，寻找解决问题的条件； – 从问题抽象出适当的数学模型，然后设计解决这个数学模
型的算法； – 按照算法编写程序，并调试、测试、运行程序，得到最终
解答。
发现问题 分析问题
问题
预见问题 解决问题
30
系统设计中的计算思维
• 将系统中的变换过程映射为符号变换——形式化， 然后就可以用计算机进行处理。
问题建模
图论中最小路径 算法
B
A
C
D
E
22
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？
23
问题分析
• 依次假设每个人是小偷的情况
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<>4)=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？
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。
百度文库
吴文俊-中科院资深院士
吴先生创立了初等几 何定理证明的机械化 方法，国际上称“吴 方法”，首次实现了 高效的几何定理的机 器证明。
数字化教学
11
数字化制造
12
计算改变了世界
• 美国学者尼葛洛庞帝在其 1996年出版的《数字化生 存》一书中提出的，按照 他的解释，计算不再只与 计算机有关，它决定我们 的生存。
尼葛洛庞帝 （Negroponte）为美国麻 省理工学院教授及媒体实验室的创办人。 西方媒体推崇他为电脑和传播科技领域 最具影响力的大师之一， 1996年7月被 《时代》周刊列为当代最重要的未来学 家之一。
1 • 一一代入四句供词
• 依次检验“四个人中三个人说真话，一个
2
人说假话”是否成立
• 如果成立，小偷找到
3
24
数学建模
将a,b,c,d四个人进行编号为1,2,3,4。 用变量x存放小偷的编号。 依次将x=1,x=2,x=3,x=4代入问题系统， 检验“三真一假”是否成立。
25
1
A说：我不是小偷 2
18
问题求解中的计算思维
系统设计
问题求解
建立问题模型
人类行为 理解
选择算法
编程实现
19
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。
• 设有三栋房子和 三条路，哪些路 是必须要铺上石 砖的？
20
• 如果是5栋房子？
1
2
3
4
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21
计算思维的定义
• “计算思维”是美国卡内基梅隆大学周以真教授提出的一 种理论。
• 周以真认为：计算思维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，它涵盖了计算机科学 的一系列思维活动。
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。
Computational Thinking
—
1
计算思维引言
计算不再只和计算机有关，它和我们的生 活息息相关。
一、计算改变了什么？ 二、什么是计算？ 三、什么是计算思维？
2
一、计算改变了什么
一．计算改变了科学家的思考方式
– 计算生物学改变着生物学家的思考方式 – 数学机械化改变着数学家的思考方式 – 计算博弈理论改变着经济学家的思考方式 – 社会计算改变社会学家的思考方式
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。
• 回答10次是与否，就可以猜出该数字。
开 始 游 戏
15
二分查找法
实际问题
设计算法
编程实现
16
3.计算思维的特征
计算工具与思维方式的相互影响 • 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。 • 计算思维是各个专业求解问题的基本途径。
17
3. 计算思维的特征
5
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。
3
计算生物学改变着生物学家的思考方式
最典型的案例： 人类的基因工程----耗时10年，耗资数百亿美元。 散弹枪算法提出来后，用于基因测序----耗时几天，耗 资千把美元就能测一个基因。 （因为大量的繁杂的工作由计算机完成，大大解放了生 物学家，从而改变着生物学家的思考方式）
4
数学机械化改变着数学家的思考方式
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。
14
• 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。
6
社会计算改变社会学家的思考方式
根据社会科学理论，以计算技术为工具，可以： 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。
7
一、计算改变了什么
二．计算改变了工作方式
– 数字化会议 – 数字化医疗 – 数字化教学 – 数字化制造
8
数字化会议
9
数字化医疗
29
计算机解题方法
• 计算机解决问题步骤：
– 理解问题，寻找解决问题的条件； – 从问题抽象出适当的数学模型，然后设计解决这个数学模
型的算法； – 按照算法编写程序，并调试、测试、运行程序，得到最终
解答。
发现问题 分析问题
问题
预见问题 解决问题
30
系统设计中的计算思维
• 将系统中的变换过程映射为符号变换——形式化， 然后就可以用计算机进行处理。
问题建模
图论中最小路径 算法
B
A
C
D
E
22
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？
23
问题分析
• 依次假设每个人是小偷的情况
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<>4)=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？
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。
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吴文俊-中科院资深院士
吴先生创立了初等几 何定理证明的机械化 方法，国际上称“吴 方法”，首次实现了 高效的几何定理的机 器证明。