大学生与计算思维(小论文)

大学生与计算思维

摘要

计算思维是支撑科研创新的三大支柱之一【1】，对生产生活有着重大指导作用。本文主要介绍了个人对计算思维含义的理解，并基于这种理解对计算思维的特点进行了归纳与阐释。本文还着重举了一些计算思维的应用实例，并在最后分析了拥有计算思维的好处。阅读本文，读者会发现：计算思维远没有想象中那么晦涩难懂，他其实就存在于我们生活的各个角落中。我们如果在平时注意训练这种思维，就能拥有更强的综合能力。本文作者作为一名大一新生，对计算机科学的了解并不深入，如有错漏之处，希望大家指正

关键词:思维方式，计算机科学，大学教育

1.我对计算思维的定义的认识

对于生么式计算思维这一问题，教科书和网上的资料很少给出正面解答，往往从各个方面描述计算思维的特点，如“计算思维是人的基本技能”【2】，就算给出，也是一个长长的句子，让读者望而却步如“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”【3】。个人认为有一种答案相对来说比较贴切：“计算思维就是计算机科学家处理问题时的思维方式。”从某种程度上讲，这种说法有偷换概念的嫌疑，他只说明了计算思维像什么而没说他到底是什么。但从另一方面来看，这个诠释又合情合理，因为这种问题本身很难给出标准答案（就算有一个“标准答案”，定义者往往没有多大的底气，于是加上了一串又一串的修饰词），就好像回答什么是人这个问题，我们只能描述人的特点却很难下一个普遍的定义

2.我对计算思维的特点的认识

对大一新生这个群体来说，专业知识少，很难理解像自动快速逐步求解这类专业术语的含义与应用。但是，我认为大学生仍能把握计算思维的核心特点：1）抽象性2）计算性

2.1抽象性

根据中学美术老师对于抽象化派的介绍，所谓“抽象”，就是将“象”从事物中抽出来，换个冠冕点的说法，就是抓住事物的核心特点，通过模型化方法，将实际问题中的复杂问题转化为多个基本问题。而计算思维“难以准确归类，而最接近抽象思维”【3】下面举一个简单的例子：现在我们要去某地旅游，有多个景点，问如何设计路线？我们利用计算思维对问题进行抽象，即可得到下面的问题：有多个数值（路程）组合，每个组合即到各个景点的路线组合，将每个组合的数值相加，求和最小的组合。注意，在抽象的时候，要做到不重不漏，既不可重复列举，也不能遗漏关键因素。对于我刚才列举的例子，如果到各个景点的交通方式不同，那我们在考虑问题的时候，就必须加入路费这一关键因素（当然，如果去旅游的是土豪，那另当别论）。

2.2计算性

很多大学生（包括我）第一眼见到“计算思维”这四个字时，或多或少都会觉得计算思维就是“计算机的思维方式”。这种想法固然不对，但位我们理解计算思维提供了一个切入点：计算思维强调对计算工具的应用。与过去不同，现在被称为”大数据时代”,人们在处理问题的时候，往往会面临大批量的信息。比如，同学们手机上的百度地图，在建立这个地图网络的时候，要处理卫星拍摄的数以亿计的照片，还要定期对地图进行更新，这在过去是一个不可能完成的任务，

而现在，计算机工程师却能利用计算机强大的计算和数据处理能力，以很高的效率来解决掉这些图片。正如李陶深教授所言：“计算思维是建立在计算过程的能力和限制之上的，不管这些过程是由人还是由机器执行的。”【4】在解决问题的过程中，我们要了解手头上的计算工具的计算功能，在其限度内设计算法。如果应用得好，就可以达到以下的理想情形：将程序设计好，将数据输入，人出去玩，繁重的计算有机器解决，人玩回来，任务也完成了。

3.计算思维的实际应用

计算思维本身的研究需要细致、深入，以及相应的丰富而又扎实的学科理论基础，而就其一般应用而言就简单了【5】。

3.1解决简单的问题

天气渐冷，寝室内没有热水管道，同学A要去澡堂洗澡（之前一直洗冷水澡），于是，要完成“洗澡”这一活动，他必须进行思考：1.澡堂在哪里？2.在澡堂洗澡需要哪些手续？3.去洗澡要带哪些东西？然后，他必须像程序员设计算法一样，先设计一个流程：1.向别人问明澡堂的位置和了解“要洗澡，你先要办一张卡”这一事实。2.带上洗浴物品。3.得知路径长度，决定骑自行车去。4.进入澡堂办卡。5.洗澡。6.回寝室。看上去有些低幼？确实有点低幼，但这正说明了计算思维应用的广泛性。

3.2解决复杂的问题

四色定理是一个著名的数学定理：如果在平面上划出一些邻接的有限区域，那么可以用四种颜色来给这些区域染色，使得每两个邻接区域染的颜色都不一样；另一个通俗的说法是：每个（无飞地的）地图都可以用不多于四种颜色来染色，而且没有两个邻接的区域颜色相同。四色问题又称四色猜想、四色定理，是世界近代三大数学难题之一。最早是由一位英国制图员在1852年提出的。这个问题困扰了数学家一个世纪，不过，情况也不是过分悲观。数学家希奇早在1936年就认为，讨论的情况是有限的，不过非常之大，大到可能有10000种。到1976年，黑肯与阿佩尔改进计算程序之后，认为问题已经压缩到可以用计算机证明的地步了。于是从1月份起，他们就在伊利诺伊大学的IBM360机上分1482种情况检查，历时1200个小时，作了100亿个判断，最终证明了四色定理。这成为计算机证明的第一个定理。通过分析，我们发现，解决问题的方法竟然是最基础的穷举法！方法虽然简单，其中包含的思想和成果却是伟大的。这就是“明确了问题的计算要求和计算工具的计算能力，以此为依据判断问题是否可解”，也就是计算思维的实际应用。

4.小结

本文只是一个大一新生对计算思维的略带搞怪的理解，本着初生牛犊不怕虎的精神，笔者认为计算思维真的不难，大家觉得它难只是因为它涵盖的面广，以及初闻其名的陌生感。事实上，周以真教授本人也曾这样举例解释计算思维:“你的钥匙在路上丢了，你沿原路返回寻找，这就是一种回推；你明天要考高数，你今晚把文具、草稿纸、手表放入书包这就是预置和缓存。”是不是很有趣，很浅显易懂呢？

参考文献

（第一次写论文，许多资料并非来自正规学术网站，部分文献的引用格式不正规，请老师原谅）

【1】兰顺碧 , 李战春 , 胡兵, 黄晓涛等 [B] 大学计算机基础