计算思维导论

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计算思维导论实验报告(3篇)

第1篇一、实验背景随着信息技术的飞速发展，计算思维作为一种解决问题的思维方式，在各个领域都发挥着越来越重要的作用。

为了更好地理解计算思维的概念、方法和应用，我们进行了《计算思维导论》实验。

二、实验目的1. 掌握计算思维的基本概念和原理。

2. 理解计算思维在解决实际问题中的应用。

3. 培养学生的计算思维能力，提高问题解决能力。

三、实验内容本次实验主要围绕以下内容展开：1. 计算思维的基本概念和原理2. 计算思维在问题解决中的应用3. 实践案例：利用计算思维解决实际问题四、实验过程1. 计算思维的基本概念和原理在实验过程中，我们首先学习了计算思维的基本概念和原理。

计算思维是一种利用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计以及理解人类行为的思维方式。

它主要包括以下特点：（1）抽象：将复杂问题简化为基本概念和模型。

（2）自动化：将解决问题的过程转化为可执行的程序。

（3）转换：将不同领域的问题转化为计算机科学领域的问题。

（4）仿真：通过模拟来验证问题的解决方案。

2. 计算思维在问题解决中的应用接下来，我们通过实例学习了计算思维在问题解决中的应用。

例如，我们可以利用计算思维解决以下问题：（1）如何优化交通路线？（2）如何提高数据存储效率？（3）如何设计高效的网络算法？在实验过程中，我们分析了这些问题背后的计算思维方法，并尝试用计算思维来解决这些问题。

3. 实践案例：利用计算思维解决实际问题为了进一步理解计算思维的应用，我们选取了一个实际问题进行实践。

问题如下：如何设计一个高效的学生成绩管理系统？我们首先对问题进行抽象，将其转化为以下步骤：（1）收集学生成绩数据。

（2）存储学生成绩数据。

（3）查询学生成绩数据。

（4）分析学生成绩数据。

然后，我们利用计算思维方法，设计了一个基于关系型数据库的学生成绩管理系统。

该系统具有以下功能：（1）学生信息管理：包括添加、删除、修改学生信息。

（2）成绩管理：包括添加、删除、修改学生成绩。

计算思维导论01-计算思维和计算

1. 计算和自动计算时需要考虑以下4个问题：（1）数据的表示。（2）数据的存储及自动存储。（3）计算规则的表示。（4）计算规则的执行与自动执行。提示：计算工具的发展过程就是人们不断追求计算的机械化、自动化和智能化，尝试各种计算工具，实现数据的表示、存储和自动存储数据、计算规则的表示、执行和自动执行计算规则的过程。
计算与自动计算
2．计算科学的基本问题计算科学的基本问题是“什么能够被有效地自动计算，什么不能被有效地自动计算？” (1)哪些问题可以在有限时间和有限空间内自动计算，计算的时间和空间复杂度怎样？ (2)通过人类的各种思维模式，如何设计有效的计算方法，以减少计算的时间和空间复杂度。
1.3 计算工具的发展史
2．计算机的雏形——机械式计算器
1. 机械式计算器可以自动完成计算，操作者不需要了解算法.
2. 1642年，帕斯卡加法器 3. 1673年，莱布尼兹乘法器 4. 1822年，差分机 5. 库塔（Curta）
3．电子计算机
1. 电子计算机能够自动自动存储数据，能够理解和自动执行任意的复杂规则，能进行任意形式的计算。
1 计算思维和计算
天津科技大学计算机公共基础系
1
目录
1.1 计算思维概述 1.2 计算与自动计算 1.3 计算工具的发展史
1.1计算思维概述
计算思维是指计算机、软件以及计算相关学科的科学家和工程技术人员的思维方法。
计算思维定义
美国CMU大学周以真教授：计算思维是运用计算科学的基础概
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。
1.3.2 元器件的发展
1. 元器件发展中经历了电子管、晶体管、集成电路三个阶段

计算思维导论

计算思维导论•内容简介:《计算思维导论》是计算机入门课程的最新教材。

全书以计算思维为主线，着重培养学生的问题求解能力、系统设计能力和人类行为理解能力。

《计算思维导论》是在南方科技大学和深圳大学教学实践的基础上，经过多次讨论、修改并扩充而成，期望抛砖引玉，促进计算思维更加深入地讨论与发展。

全书包含三大部分，一是计算思维与计算理论，二是算法基础和通用语言，三是计算机硬件和软件最小知识集。

在内容上共分七章，包括计算思维基础知识、计算理论与计算模型、算法基础、程序设计语言、计算机硬件基础、计算机软件基础、计算文化与计算机职业道德教育等。

《计算思维导论》取材丰富，内容深入浅出，既可作为高等学校计算机专业的计算机导论教材，又可作为非计算机专业的计算机基础教材，还可作为社会各类培训的计算机公共教材。

•目录:第一章计算思维基础知识1.1科学与计算科学1.1.1科学的概念1.1.2计算科学与计算学科1.1.3计算机科学与计算机学科1.2思维与科学思维1.2.1思维基础1.2.2科学思维1.2.3科学思维的分类1.3计算思维的概念1.3.1计算思维的定义1.3.2计算思维的特征1.3.3计算思维的本质1.3.4计算思维与计算机的关系1.4计算思维的应用领域1.4.1生物学1.4.2脑科学1.4.3化学1.4.4经济学1.4.5艺术1.5计算学科的典型问题1.5.1排序问题1.5.2汉诺塔问题1.5.3国王的婚姻1.5.4旅行商问题本章小结思考题参考文献第二章计算理论与计算模型2.1计算的几种视角2.1.1计数与计算2.1.2逻辑与计算2.1.3算法与计算2.2计算理论2.2.1计算与计算过程2.2.2可计算性理论2.2.3停机问题2.2.4计算复杂性理论2.2.5问题求解的过程2.3计算模型2.3.1图灵机2.3.2冯·诺依曼机2.3.3量子计算机2.3.4生物计算机2.4计算科学的数学基础2.4.1数理逻辑2.4.2集合论2.4.3代数系统2.4.4图论本章小结思考题参考文献第三章算法基础3.1算法的概念3.1.1算法的起源3.1.2算法的定义和特征3.2算法的描述3.2.1自然语言3.2.2流程图3.2.3伪代码3.2.4程序设计语言3.3算法的设计3.3.1穷举法3.3.2回溯法3.3.3递归3.3.4分治法3.3.5贪心法3.3.6动态规划3.4算法的评价和分析3.4.1算法的正确性3.4.2算法的复杂度3.5算法中的常用数学工具3.5.1求和3.5.2递归方程求解本章小结思考题参考文献第四章程序设计语言4.1程序设计语言简介4.1.1机器语言4.1.2汇编语言4.1.3高级语言4.2程序设计语言发展历程4.3命令式程序设计语言4.3.1结构化程序设计4.3.2面向对象程序设计4.4函数式程序设计语言4.5逻辑式程序设计语言4.6标记语言和Web开发语言4.6.1标记语言4.6.2Web开发语言4.7SQL语言本章小结思考题参考文献第五章计算机硬件基础5.1数制与运算5.1.1数制的概念5.1.2常用的数制5.1.3各种数制的转换5.1.4计算机为什么采用二进制52数据的存储与表示5.2.1存储容量单位及地址5.2.2数值的表示5.2.3字符的表示5.2.4汉字的表示5.2.5声音的表示5.2.6图像的表示5.3布尔逻辑与门电路5.3.1布尔逻辑和运算5.3.2门电路5.3.3组合逻辑电路举例5.4计算机硬件组成5.4.1计算机硬件结构5.4.2中央处理器5.4.3存储系统5.4.4输入设备5.4.5输出设备5.5指令系统及执行5.5.1指令和程序5.5.2计算机的工作过程5.6组网与互联网5.6.1网络基础知识5.6.2网络体系结构5.6.3因特网及应用5.6.4网络安全基础5.6.5物联网与云计算本章小结思考题参考文献第六章计算机软件基础第七章计算文化与计算机职业道德教育索引。

计算思维导论

第1章引论本章要点：1.什么是计算；2.计算机科学与计算科学的区别；3.来自计算机发展史的启示；4.计算机应用；5.计算机发展趋势。

1.1 什么是计算？简单计算，如我们从幼儿就开始学习和训练的算术运算，如“3 + 2 = 5”“3 2 = 6”等，是指“数据”在“运算符”的操作下，按“规则”进行的数据变换。

我们不断学习和训练的是各种运算符的“规则”及其组合应用，目的是通过计算得到正确的结果。

广义地讲，一个函数如“”把x变成了f(x)就可认为是一次计算，在高中及大学阶段我们不断学习各种计算“规则”并应用这些规则来求解各种问题，得到正确的计算结果。

如对数与指数、微分与积分等。

“规则”可以学习与掌握，但应用“规则”进行计算则可能超出了人的计算能力，即人知道规则但却没有办法得到计算结果。

如何解决呢？一种办法是研究复杂计算的各种简化的等效计算方法(数学)使人可以计算，另一种办法是设计一些简单的规则，让机械来重复的执行完成计算，即考虑能否用机械来代替人按照“规则”自动计算。

例如：能否机械地判断方程“a1x1b1+a2x2b2+…+a n x n b n = c”是否有整数解?”，即机械地证明一个命题是否有解? 是否正确?类似的上述问题，促进了计算机科学和计算科学的诞生和发展，促进了人们思考：◆什么能够被有效地自动计算？现实世界需要计算的问题是很多的，哪些问题是可以自动计算的，哪些问题是可以在有限时间有限空间内自动计算的？这就出现了计算及计算复杂性问题。

以现实世界的各种思维模式为启发，寻找求解复杂问题的有效规则，就出现了算法及算法设计与分析问题。

例如观察人的思维模式而提出的遗传算法、观察蚂蚁行动的规律而提出的蚁群算法等。

◆如何低成本、高效地实现自动计算？如何构建一个高效的计算系统：计算机器的构建问题和软件系统的构建问题。

◆如何方便有效地利用计算系统进行计算？利用已有计算系统，面向各行各业的计算问题求解。

什么能、且如何被有效地自动计算问题就是计算学科的科学家不断在研究和解决的问题。

计算机思维导论PPT

3. 两种解决方法：
计算与自动计算
1. 两种解决方法
（1）通过数学上的规则推导，获得等效的计算方法，从
而完成计算。
n
【例1.2】计算 i 1 2 3 ...... n
i 1
通过数学推导可得计算
n
i
i பைடு நூலகம்1

n *(1 2
n)
，人们可以轻松的完成
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。
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
1.2 计算与自动计算
1. 计算是指数据在运算符的操作下，按照规则进行数据变换。
2. 有时候虽然人们知道了计算的规则，但是因为计算过于复杂，超过了人的计算能力，所以无法计算得到结果。
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。
目的是希望所有人都能像计算机科学家一样思考，将计算技术与各学科理论、技术与艺术进行融合实现新的创新。
计算思维的基本内容
计算思维包括多项基本内容。 1. 二进制0和1的基础思维。 2. 指令和程序的思维 3. 递归的思维 4. 计算机系统发展的思维 5. 问题求解的思维 6. 网络化的思维
学习要求
1. 学生应掌握计算思维的基本概念。 2. 掌握计算的有关概念，计算工具的发展，元器件的发
展等。 3. 阅读教材 4. 完成书后习题。
2计算机系统的基本思维
22
目录
2.1 0和1的思维 2.2 二进制与数据编码 2.3 图灵机与冯•诺依曼计算机
2.1 0和1的思维

计算思维导论教学大纲

计算思维导论教学大纲计算思维导论教学大纲《计算思维导论》是针对非计算机专业本科学生的一门通识类课程。

课程以计算思维意识的培养、计算思维方法能力的促进、计算思维方法的建立为目标，使学生在专业课程学习中能够有意识地借鉴、引入和应用计算思维的一些理念、技术和方法，从而提升在较高的层次上使用计算机的能力。

通过本课程的学习，希望可以促进学生增长以下几个方面的能力：（1）利用计算学科的知识与方法解决其他相关学科领域问题的迁移能力；（2）清晰描述问题的表达能力；（3）构建模型，将现实问题抽象化的能力；（4）综合归纳，筛选最优解决办法的能力；（5）通过表面看本质的能力；（6）一定的计算机应用的能力；（7）捕捉细节的能力；（8）接收并创造新事物的能力。

课程大纲第一章1.1 计算思维及其教育第一章测试第二章2.1 计算是什么2.2 计算与自动计算2.3 计算机及其计算本质特征（Ⅰ）2.4 计算及计算的本质特征（II）第二章测试第三章3.1 数的表示与模拟计算3.2 数的表示与数字计算3.3 二进制加法运算的机器化3.4 “九九归一”的加法运算3.5 二进制之优越性及问题与代价第三章测试第四章4.1 从数学危机到图灵机4.2 图灵机的计算能力4.3 什么问题都能计算吗4.4 冯诺依曼机及其演化与发展4.5 从算盘到图灵机——机械计算的本质4.6 电子计算机——透过现象看本质第四章测试第五章5.1 思维可机械计算吗（Ⅰ）5.2 思维可机械计算吗（II）第五章测试第六章6.1 量子论6.2 量子计算机第六章测试第七章7.1 人类求解问题之过程7.2 基于计算机（的）问题求解过程7.3 面向过程的结构化设计方法学7.4 面向对象之方法学7.5 面向对象技术7.6 抽象7.7 计算学科中的抽象7.8 时间与空间及其相互转换7.9 技术层面的其他方法学7.10 认知层面的其他方法学第七章测试第八章8.1 算法与程序8.2 算法设计算法——枚举8.3 算法设计方法——递推8.4 算法设计方法——递归8.5 算法设计方法——分治8.6 算法设计方法—仿生第八章测试第九章（上）9.1 机器间的通信方式9.2 数据如何被转发9.3 网络分层体系结构9.4 有趣的对称加密技术9.5 难解的非对称加密技术9.6 数字签名及其应用9.7 从自然智能到人工智能9.8 符号主义的基本思想9.9 连接主义I9.10 连接主义II9.11 行为主义的基本思想9.12 机器翻译的愿景与困难9.13 峰回路转的自然语言处理第九章（上）测试第九章（下）9.14 信息传输中的问题与挑战9.15 重复传输与冗余编码9.16 校验与校验和9.17 自纠错技术及应用9.18 两种简单的数据压缩方法9.19 哈夫曼编码及其思想与方法9.20 数据压缩的极限与LZ压缩方法9.21 大海捞针的搜索引擎9.22 网页排序方法第九章（下）测试第十章10.1 大事化小，小事化了——有限元计算10.2 千年求精，万年求真——科学计算与圆周率π10.3 赌城之名，绝妙之法——蒙特?卡罗法10.4 万事俱备，不欠东风—数值天气预报10.5 精确制导，百步穿杨——巡航导弹10.6 土木建筑，虚拟现实——BIM10.7 计算文化第十章测试。

关于计算思维-计算机导论

关于计算思维-计算机导论计算思维是一种将计算机科学的思维方法和模式应用于日常问题中的思维方式。

这种思维方式通过分析问题、设计算法和解决复杂难题，使人们能够更加高效地思考和解决问题。

本文将介绍计算思维的概念、重要性以及如何应用计算思维来解决实际问题。

一、引言计算思维作为一种跨学科的思维方式，在当今科技发展迅猛的时代显得尤为重要。

计算机科学不仅仅是一门技术学科，更是一种解决问题的方法论，计算思维正是其中的核心。

二、什么是计算思维计算思维是一种将计算机科学的思维方法和模式应用于日常问题中的思维方式。

它通过将问题抽象成为可以被计算机识别和处理的形式，来解决问题。

计算思维强调对问题的逻辑分析和抽象建模的能力，以及基于模型的算法设计和代码实现的能力。

三、计算思维的重要性1. 提高问题解决能力：计算思维能够帮助人们更加系统和有效地解决问题。

通过抽象问题、设计算法和实现代码等步骤，人们能够更加深入地理解问题，并找到最优解决方案。

2. 培养创新精神：计算思维注重创新和灵活的思维方式。

它不仅仅是一种解决问题的方法，更是一种培养创新精神和创造力的途径。

通过思考问题的不同角度和尝试不同的解决方法，人们可以培养出独立思考和创新的能力。

3. 适应信息化时代：计算思维是适应信息化时代的必备能力。

在当今信息爆炸的社会中，我们需要处理大量复杂的信息，而计算思维能够帮助我们更好地整理和分析信息，从而更好地适应信息化时代的挑战。

4. 增强综合素质：计算思维注重问题的整体把握和综合分析能力。

它强调将问题拆解成为更小的子问题，并通过逻辑推理等方法将这些子问题组合起来解决整个问题。

这种综合思维能力对于解决复杂问题和应对挑战至关重要。

四、计算思维的应用实例1. 算法设计和优化：计算思维可以应用于算法设计和优化领域。

通过将问题抽象成为算法的形式，并采用适当的数据结构和算法设计方法，可以得到高效、准确的解决方案。

2. 数据分析与决策：计算思维可以应用于数据分析和决策过程。

计算思维导论第002讲

诺贝尔化学奖。
• 计算思维 = “计算+、互联网+、大数据+/信息+、人工智能+”的思维
怎样创新？
计算思维的价值？
9
类比【小白鼠检验毒水瓶】问题求解，做一个发明… 问题：数据传输的检错与纠错。
1101101
1
判断数据传输过程是否有错误发生？
传输
1001101
1
·“偶校验规则” --使传输前和传输后相关位 1的个数始终为偶数 --偶数个1相加和为0；奇数个1相加和为1
什么是计算思维？5Fra bibliotek【小白鼠检验毒水瓶】问题求解背后的思维
多种不同的含义均用01串表达
不同的两种状态都可表达为0和1 ---小白鼠-“死”与“活”； ---小白鼠对某瓶水- “喝”与“不喝”； ---水“有毒”与“无毒” 用0/1编码串表示不同的含义 ---000010---对应第(000010的十进制)瓶水 ---000010---第i位对应第i只小白鼠，1喝0不喝； ---000010---第i位对应第i只小白鼠，死1 活0 ；
什么是计算思维？
8
什么是计算思维？
•【计算思维】是运用计算科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。From 周以
真，前卡耐基.梅隆大学计算机系系主任教授、前微软公司高级副总裁、前美国国家科学基金会助理局长。她在世界
范围内推动了计算思维教育，尤其强调在大学低年级以及中学阶段进行计算思维教育，她认为到21世纪中叶计算思
01011010 0 01010100 1
计算思维的价值？
10
类比【小白鼠检验毒水瓶】问题求解，做一个发明…
数据位二进制编号
数据位数据

计算思维导论

计算思维导论计算思维导论是指通过计算机科学的方法和原理来培养和发展我们的思维方式。

它不仅仅是一门学科，更是一种思维方式和解决问题的方法论。

计算思维导论的核心在于培养我们的逻辑思维和分析问题的能力，从而能够更好地应对复杂的现实世界问题。

计算思维导论强调的是逻辑思维。

在计算思维中，逻辑思维是最基本的能力。

逻辑思维可以让我们清晰地分析问题、理顺思路、找到问题的关键点，从而更好地解决问题。

通过学习计算思维导论，我们可以培养和提升自己的逻辑思维能力，使我们在解决问题时更加准确和高效。

计算思维导论注重的是问题的分解和抽象。

在现实生活中，我们面对的问题往往是复杂而庞大的，难以一下子理清头绪。

通过计算思维导论的学习，我们可以学会将复杂的问题分解成多个简单的子问题，并将这些子问题进行抽象，找到它们之间的联系和规律。

这样做可以帮助我们更好地理解问题的本质，并且能够更好地应对复杂的问题。

计算思维导论也强调的是算法的设计和分析。

算法是计算思维的核心概念之一，它是一种解决问题的方法和步骤。

通过学习计算思维导论，我们可以了解和学习各种不同的算法，从而能够选择最合适的算法来解决问题。

同时，我们还可以学会分析算法的时间复杂度和空间复杂度，从而评估算法的效率和可行性。

计算思维导论还强调了计算机科学的基本原理和方法。

计算机科学是计算思维的理论基础，通过学习计算机科学的基本原理和方法，我们可以更好地理解计算思维导论的概念和思想。

同时，计算机科学还提供了各种工具和技术，可以帮助我们更好地应用计算思维导论的方法解决实际问题。

总结起来，计算思维导论是一门培养和发展我们思维方式的学科。

通过学习计算思维导论，我们可以培养逻辑思维、问题分解和抽象能力，学习算法的设计和分析方法，了解计算机科学的基本原理和方法。

计算思维导论不仅可以帮助我们更好地解决问题，还能够培养我们的创新和创造能力，提升我们的竞争力。

计算机思维导论PPT

进位计数制
2．二进制计算机中信息的存储和处理都采用二进制。二进制数只有0、1两个数码，基数为2，逢2进1。为了便于区分，在二进制数后加“B”，表示数为二进制数。
进位计数制
3．八进制八进制有0～7共8个数码，基数为8，逢8进1。为了便于区分，在八进制数后加“O”，表示数为八进制数。例如：
1.3.1 计算工具的发展
1. 计算工具的发展包括三个阶段: 1) 手动计算器 2) 机械计算器 3) 电子计算机
1．手动计算器
1. 手动计算器是利用算法进行辅助数字计算过程的设备，操作者使用算法来进行计算。 1) 小石块和有刻痕的小棍 2) 算筹、算盘，珠算歌诀。 3) 纳皮尔筹，也称为纳皮尔计算尺 4) 滑动刻度尺
2.2 二进制与数据编码
1. 在计算机中，数字、字符、图片、声音、视频等所有信息都要进行二进制编码才能存储和处理
2.2.1 二进制与数字的表示
1．机器数在计算机中采用固定数目的二进制位数来表示数字，称为机器数。机器数的表示范围受计算机字长的限制，一般字长为8、 16、32或64位数值超出机器数能表示的范围，就会出现“溢出”错误通常把一个二进制数的最高位作为符号位。
【例2.2】将十进制整数(167)10转换为对应的二进制、八进制、十六进制数。
不同进制数的转换
1. 十进制转换为八进制
不同进制数的转换
1. 十进制转换为十六进制
不同进制数的转换
3．二进制、八进制、十六进制数的相互转换每3位二进制数对应一位八进制数，每4位二进制数对应一位十六进制数【例2.3】将二进制数(10100111.1011)2转换成八进制、十六进制数。
1.1.2 计算思维与各学科的关系

计算思维导论-2014-10-07

<titleStart> my pets <titleEnd> <bodyStart> The cat stood while a dog sat <bodyEnd>
a
3-10
cat
1-3, 1-7, 3-7
dog
2-3, 2-7, 3-11
mat
1-11, 2-11
on
1-9, 2-9
pets
3-3
但是，保持平衡也是有代价的
BINARY SEARCH TREE
Good balancing 40 (logn)
20
60
30 50
80
Poor balancing
30
(n)
20
80
60
In a properly drawn tree, pushing forward to get the ordered list.
计算思维导论 – 第3讲 – 算法方法
2014年10月07日
算法
计算机科学思想在很多情况下是以“算法”的形式呈现的。
什么是“伟大”的算法
普通的计算机用户每天都在使用这些算法；它们能解决客观世界中的具体问题；它们具有科学原理的支撑。
例如：与搜索相关的算法；与密码相关的算法；与数据压缩相关的算法；与数据一致性相关的算法 …… (还有一些注定”伟大”的算法还在我们的期待之中: 例如: 精确的自然语言翻译、自动驾驶汽车、帮我改学生作业）
Computer B 10 Mips
Computer A 1000 Mips
Using insertion sort, taking time 2n2:

计算思维导论教材课件

4/30
计算思维基础知识
1.1 科学与计算科学
种类自然科学、社会科学、思维科学
二、科学的分类
分类方式按照研究对象的不同
按照与实践联系的不同理论科学、技术科学、应用科学按照人类对自然规律利自然科学、实验科学用的直接程度按照人类目标的不同广义的科学、狭义的科学广义的科学概念是自然科学、人文科学和社会科学等所有学科的总称，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。
三字经：人之初，性本善
计算思维基础知识
1.2 思维与科学思维
一、思维的概念 1.思维的定义思维是人脑对客观事物的一种概括的、间接的反映，它反映客观事物的本质和规律。 2.思维的组成思维原料、思维主体、思维工具。自然界提供思维的原料，人脑成为思维的主体，认识的反映形式形成了思维的工具，三者具备才有思维活动。
29/30
计算思维基础知识
1.3 计算思维的概念
②设计系统中的计算思维 R.Karp：任何自然系统和社会系统都可视为一个动态演化系统，演化伴随着物质、能量和信息的交换，这种交换可以映射为符号变换，使之能用计算机进行离散的符号处理。当动态演化系统抽象为离散符号系统后，就可以采用形式化的规范描述，建立模型、设计算法和开发软件来揭示演化的规律，实时控制系统的演化并自动执行。
8/30
计算思维基础知识
1.1 科学与计算科学
1993：高性能计算与通信HPCC计划 1996：加速战略计算创新ASCI计划 2002：高性能计算系统HPCS计划 2005：“计算科学-确保美国竞争力”报告
报告建议：应将计算科学长期置于国家科学与技术领域中心的领导地位。
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计算思维基础知识

计算思维导论

计算思维导论计算思维是一种抽象、逻辑、系统化思维方式，它以计算机科学为基础，将计算机科学中的思维方法与其他领域的问题解决方法相结合，形成了一种独特的思考模式。

计算思维导论是对计算思维的概念、原理和应用进行系统阐述和讲解的学科。

一、计算思维的定义与特点计算思维是一种基于计算机科学的思维方式，它注重抽象、逻辑和系统化思考。

计算思维的特点包括：1. 抽象能力：计算思维能够将问题中的复杂、具体的实例抽象成更一般化、抽象化的模型，从而更好地理解和解决问题。

2. 逻辑思维：计算思维强调使用逻辑推理和严密的思维方式，通过分析问题的因果关系、逻辑结构等，找出解决问题的方法。

3. 系统化思维：计算思维注重整体观念，将问题分解成多个部分，并通过系统化的方式进行分析和解决。

二、计算思维的应用领域计算思维广泛应用于各个领域，包括科学研究、工程设计、经济管理、艺术创作等。

以下是计算思维在不同领域的应用示例：1. 科学研究：计算思维在科学研究中能够帮助科学家分析实验数据、构建模型、进行模拟和预测，推动科学研究的进展。

2. 工程设计：计算思维在工程设计中能够帮助工程师进行系统性思考，分析问题的复杂性、确定最优解决方案，并通过计算机辅助设计工具实现设计目标。

3. 经济管理：计算思维在经济管理中能够帮助经济学家和管理者进行数据分析、建立经济模型、制定决策策略，提高管理效率和决策质量。

4. 艺术创作：计算思维在艺术创作中能够帮助艺术家进行创意思维、图像处理、音乐合成等，推动艺术创作的创新和发展。

三、计算思维的培养方法计算思维是一种可以培养和发展的思维方式，以下是一些培养计算思维的方法：1. 学习编程：编程是培养计算思维的一种重要方式，通过编程可以锻炼抽象、逻辑和系统化思考能力。

2. 解决问题：积极参与问题解决过程，培养分析问题、提出解决方案和评估效果的能力。

3. 逻辑推理：学习逻辑学和数理逻辑的基本原理，培养逻辑推理能力。

4. 模型建立：学习建立模型的方法，将实际问题抽象成适当的数学模型，进行分析和求解。

第1章计算思维-导论

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
计算考古学--人脸复原
2000年前的马王堆辛追夫人与3500年前的古埃及最美丽的王妃：妮菲蒂蒂
2.计算改变工作方式：数字化会议
数字化医疗
数字化教学
数字化制造
装配过程仿真
装配过程仿真
算法
为解决一个问题而采取的方法和步骤，就称为算法。
例如：
一个农夫带着一只狼、一只羊和一棵白菜，身处河南岸，要把东西全部运到北岸。约束条件是只有一条能容下他和一件物品的小船，只有农夫能撑船。不能单独留下羊和白菜，也不能单独留下羊和狼。
农夫过河算法
带羊到对岸空手回本岸带狼到对岸带羊回本岸带菜到对岸空手回本岸带羊到对岸
80400元0元！！ 600元！
高了低了高了
参与者
………………….
如果你是参与者，你接下来会怎么猜？主持人：李咏
计算思维的定义
运用计算机科学的思想、方法和技术进行问题求解、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
计算思维的核心是算法思维
周以真
（Jeannette M. Wing）美国计算机科学家卡内基-梅隆大学教授 ACM与IEEE会士
机电计算工具时代
美国哈佛大学应用数学教授霍华德·艾肯和他的机电式计算机——MARK I
电子计算机时代
阿塔纳索夫
莫齐利
埃克特
第一台电子数字计算机ENIAC
ENIAC的发明人与制作人阿塔纳索夫、莫齐利、埃克特
“天河一号”是我国首台千万亿次超级计算机
计算是基于规则的符号串变换

计算思维导论教学大纲

备注（例）
本课程中文授课，使用中文教材。
总人数上限：180人；
课程网页：无
制定人及
发布时间
制定人：，发布时间：20XX年6月
审核人：审核时间：年月日
（五）问题求解的基本思维（课内学时6，课内上机学时2）
程序，计算机语言的发展。程序设计基础。算法，算法设计：顺序，选择，循环，函数，递归。面向对象的程序设计。
（六）计算机网络的基本思维（课内学时4）
网络概述。网络的分类。数据通信技术。网络协议。网络硬件设备。Internet概述。IP地址、端口号与域名。局域网。WWW服务。电子邮件。FTP与文件上传/下载。远程登录与远程桌面。信息检索。云计算与物联网。互联网+与创新创业的思维。
（七）信息安全的基本思维（课内学时2）
信息安全概述。信息安全防范措施。病毒和木马。黑客的含义，计算机犯罪的含义。信息社会的道德规范。
（八）数据库的基本思维（课内上机学时6）
数据库概述。关系数据库。数据库操作。查询，SQL语句。数据挖掘，大数据。
（九）高级排版技术（Word 2010高级应用）（自主学习）
开课学期
一（1）
开课单位
计算机科学与信息工程学院
适用专业
理工科专业
教学语言
演示文稿、讲解、作业、试卷均采用中文，术语采用中英文对照
先修课程
无材及参考书
计算思维与计算机导论
大学计算机-计算思维导论
课程简介
本课程的教学目的是学生树立计算思维的理论体系，培养使用计算思维的方法解决实际问题的能力，为进一步学习其他课程打下坚实基础，与各学科的专业知识融合进行研究和创新。
《计算思维导论》教学大纲
课程代码
K100100220

计算思维导论考试重点

计算思维导论考试重点高等教育出版社第一章计算思维基础知识一计算科学与计算学科1计算科学又称科学计算，它是一种与数学模型构建、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。

2利用计算科学对其他学科中的问题进行计算模拟以及其他形式的计算而形成的诸如计算物理，计算化学、计算生物等学科统称为计算学科。

计算学科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。

二科学思维科学思维通常是指理性认识及其过程，经过感性阶段获得大量材料，通过整理和改造，形成概念、判断和推理，以及反映事物的本质和规律。

三科学思维的分类1理论思维又称逻辑思维，是指通过抽象概括，建立描述事物本质的的概念，应用科学的方法探寻概念概念之间联系的一种思维方法。

2实验思维又称实证思维，是通过观察和实验获取自然规律法则的一种思维方法。

3计算思维又称构造思维，是指从具体的的算法设计规范入手，通过算法过程的构造与实施来解决给定问题的一种思维方法。

四计算思维的定义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的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。

五计算思维的特征1概念化不是程序化2根本的，不是刻板的技能3是人的，不是计算机的思维方式。

4数学和工程思维的互补与融合5是思想，不是人造物6面向所有人，所有地方六计算思维的本质抽象和自动化第二章计算理论与计算模型一计算理论是关于计算和计算机械的数学理论，它研究计算的过程与功效。

计算理论主要包括算法与算法学、计算复杂性理论、可计算性理论、自动机理论和形式语言理论等。

二可计算性理论是研究计算的一般性质的数学理论。

可计算理论的中心课题就是将算法这一直观概念精确化，建立计算的数学模型，研究哪些是可计算的，哪些是不可计算的，以此揭示计算的实质。

三停机问题p29理解四冯诺依曼机1冯诺依曼机的模型p372冯诺依曼机的工作原理冯诺依曼机的主要思想是存储程序和程序控制，其工作原理是：程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中，计算机一经启动，就能按照程序指定的逻辑顺序把指令从存储器中读取并逐条执行，自动完成指令规定的操作。