战德臣《大学计算机-计算思维导论》大学计算机第8讲-怎样研究算法-排序算法研究示例
宽度与深度教学相结合——计算思维教学方法浅谈
作者简介 ：战德 臣 （ １ ９ ６ ５ 一 ），男 ，吉林人 ，博 士，教授 ， 博 士生导师 ，２ ０ １ ３ －２ ０ １ ７ 年 教育部高等 学校 大学计算机课程 教 学指 导委员会委 员，研 究方向为现代企业管理 、数据与知
２ ０ １ ３ ￣ Ｆ － ６ 月干 Ｉ Ｊ
宽 度 与 深 度 教 学相 结 合 计算思维 教 学 方 法 浅 谈
战 德 臣 ， 聂 兰顺 ，徐 晓 飞
（ 哈 尔滨 工 业大 学计 算机科 学与技 术 学 院 ，黑 龙江 哈尔 滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ）
【 摘要 】 大学计算机应 该讲授计 算思维 已经形成普遍 的共识 ，人 们也在从 各种 角度 和各 个层 面来探 索大 学计 算机的计 算 思 维教 学方法 。本 文在 笔者 多年教 学实践 的基础 上 ，以遗传 与遗 传算 法的教 学 为例 ，提 出计 算思 维教 学 要 采取 宽度教 学与深 度教 学相 结合 的 方法 ，能够 由 自然／ 社会 生 活 中的计 算讲 解到计 算技 术 与计算 系统 中的
师 ，２ ０ １ ３ －２ ０ １ ７ 年 教育部高等学校软件 工程专业教学指 导委
员会 副主任 委员，哈工大校长助理 ，主要研究方 向为企 业计
算技术 、服务计算与服务工程 、企业互操作技术、Ｅ Ｉ 与供应 链管理 系统 、数据库与数据挖掘、知识管理 、软件工程等。 基金项 目：教 育部 大学计算机课程 改革 项 目 “ 理工类高校 计 算思维与计算机课程研 究及教材建设 ” （ 项目 编号 ：２ － ７ ） 。
计算 ，进 一步 由计 算技 术与计 算 系统 中浅层 次的计算讲解到 深层次 的计 算 ，不仅 能够使 学生了解和接 受 “ 计 算”的概念 ，而且能够使 学生对计 算有一个较为深入的认识并建 立起科 学的研 究 习惯。
0501战德臣《大学计算机-计算思维导论》大学计算机第1讲-计算机-计算-计算思维共71页
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
Harbin Institute of Technology
为什么要学习和怎样学习大学计算机课程? (1) 计算学科的供需关系--需要大学计算机
计算辅助工具
计算与自动计算 (5) 小结
战德臣 教授
电子自动计算-元器件
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
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
计算与自动计算 (3)自动计算需要解决什么问题?
自动计算要解决的几个问题: 表示-存储-执行 “数据”的表示 “计算规则”的表示：程序 数据与计算规则的“自动存储” 计算规则的“自动执行”
计算机是什么? (1) 计算机与各种设备中的计算机?
形形色色的计算机
战德臣 教授
பைடு நூலகம்
传统“计算机器” 多样化的“计算机器”，各种设备的“大脑”系统
计算机是什么? (2) 各种应用中的计算机?
形形色色的计算机
战德臣 教授
计算机是什么? (3)计算机除了硬件，还包括软件?
形形色色的计算机
马克.安德森 ---前Netscape公司创始人，现风险投资人
大学计算机科学导论：算法与程序设计基础
大学计算机科学导论：算法与程序设计基础1. 概述本文将介绍大学计算机科学导论中的重要内容，主要聚焦于算法与程序设计基础。
我们将探讨什么是算法以及为什么它对计算机科学至关重要，同时还将涵盖程序设计的基础知识和技巧。
2. 算法的概念和意义2.1 什么是算法？算法是一系列解决问题或完成任务的有序步骤。
它们在计算机科学领域起着至关重要的作用，可以用来解决各种实际问题。
我们将详细介绍算法的特征和常见的描述方法。
2.2 算法复杂度分析除了了解如何设计和描述算法，我们还需要了解如何评估它们的效率。
这一部分将介绍如何进行时间复杂度和空间复杂度分析，帮助我们选择最优的算法。
2.3 常见的经典算法在计算机科学中，有许多经典的算法被广泛应用于实际问题中。
我们将介绍一些常见的排序、搜索、图论等经典算法，并为每个算法提供示例代码和解析。
3. 程序设计基础3.1 编程语言学习算法和程序设计基础的关键是掌握一门编程语言。
我们将介绍几种常见的编程语言，如C、Python、Java，并对其特性及适用场景进行比较。
3.2 数据结构数据结构在程序设计中起着核心作用，它们是组织和存储数据的方式。
本节将介绍常见的数据结构，如数组、链表、栈、队列等，并探讨它们的应用场景和操作。
3.3 基本算法思想掌握各种算法思想对于问题求解至关重要。
我们将介绍分治法、贪心法、动态规划等常见的算法思想，并提供相应的例子展示如何应用这些思想解决实际问题。
4. 实践与应用4.1 算法与程序设计项目实战理论知识只有经过实践才能更好地掌握。
我们将鼓励学生参与算法与程序设计相关的项目实战，通过实际编写代码来巩固所学知识，并学习如何协作和解决实际问题。
4.2 实际应用场景本节将介绍算法与程序设计在现实生活中的应用场景，如图像处理、网络安全、人工智能等。
学生将了解到自己学习所掌握的知识在实际领域中的具体应用。
5. 结语大学计算机科学导论中的算法与程序设计基础是计算机科学领域的核心内容之一，掌握这些知识对于日后深入研究和从事相关行业至关重要。
大学计算思维导论教学大纲
大学计算思维导论教学大纲课程概述《大学计算思维导论》是高等学校本科非计算机专业的一门必修公共基础课，该课程是培养学生通过现代工具及媒体构建知识、提升能力的重要课程。
本课程的任务是使学生通过本课程的学习培养学生计算思维解能力，了解计算机基础理论知识，具备计算机基本操作、数据库基本应用、网络应用、多媒体技术应用、程序设计、信息系统设计与开发等方面的技能，培养学生利用计算机解决常见实际问题的能力以及终身学习的意识与能力。
课程大纲自学内容（一）Windows操作系统的基本应用CZ01-01 Windows的桌面CZ01-02 文件的操作CZ01-03 任务计划自学内容（二）办公软件Word2010Word2010的基本应用表格制作图文混排CZ02-01 WORD的基本操作CZ02-02 WORD的文档编辑CZ02-03 WORD中文档设置CZ02-04 文档排版高级应用CZ02-05 文档排版基本应用CZ02-06 WORD中表格的制作CZ02-07 WORD中表格的排序与公式CZ02-08 WORD的图文混排CZ02-09 文档特殊格式设置CZ02-10 WORD的艺术字和SmartArt图形CZ02-11 WORD实例1 古文排版CZ02-12 WORD实例2 大数据自学内容（三）电子表格Excel的基本应用Excel2010的基本应用Excel2010公式与常用函数数据分析与图表创建Excel打印设置拓展案例CZ03-01 Excel的基本操作与数据输入CZ03-02 Excel工作表的格式化CZ03-03 Excel的公式和函数CZ03-04 Excel的简单函数CZ03-05 Excel的条件函数ifCZ03-06 Excel的条件计数函数CZ03-07 Excel的排名函数RankCZ03-08 Excel的时间间隔函数CZ03-09 Excel的纵向查找函数VLookupCZ03-10 Excel的数据排序CZ03-11 Excel的数据筛选CZ03-12 Excel的图表CZ03-13 Excel的实例1 成绩单的制作CZ03-14 Excel的实例2 报到率的计算自学内容（四）演示文稿PowerPoint的基本应用演示文稿的创建与修饰动画效果设置CZ04-01 PowerPoint 2010概述CZ04-02 PowerPoint的创建演示文稿功能CZ04-03 PowerPoint幻灯片里的文字编辑功能CZ04-04 PowerPoint幻灯片里的图片编辑功能CZ04-05 PowerPoint中幻灯片里的绘制图形功能CZ04-06 PowerPoint幻灯片里的插入音频和视频功能CZ04-07 PowerPoint幻灯片里的动画功能CZ04-08 PowerPoint幻灯片里的创建超链接、设置幻灯片切换CZ04-09 PowerPoint中演示文稿的放映设置与控制第2讲信息技术基础信息技术基础课件02-01 进制与进制转换02-02 基于计算机的信息处理02-03 BCD码与ASCII码02-04 多媒体信息编码信息技术基础章节测试第3讲操作系统基础操作系统基础课件03-01 文件管理03-02 作业管理03-03 操作系统的分类操作系统基础测试题第4讲计算机网络08-09-移动互联网08-10-搜索引擎计算机网络课件08-01 计算机网络概述08-02-计算机局域网08-03-Internet概述08-04-IP地址与MAC地址08-05-www服务08-06-计算机病毒与网络安全08-07-云计算08-08-物联网计算机网络单元测试第5讲多媒体技术及应用多媒体技术及应用课件06-01 多媒体技术的基本概念06-02 音频处理技术06-03 图形图像处理技术06-04 动画处理技术06-05 视频处理技术06-06 多媒体数据压缩技术06-07 虚拟现实技术06-08 增强现实技术06-09 3D打印技术多媒体技术及应用章节测试第6讲数据库技术基础数据库技术基础课件到底多大才算是大数据07-01 数据库技术基本概念07-02 数据库管理系统的基本功能07-03 关系模型07-04 ACCESS的基本操作07-05 ACCESS的查询07-06 ACCESS的窗体07-07 ACCESS的报表07-08 ACCESS的宏07-09 关系运算07-10 结构化查询语言-数据定义07-11 结构化查询语言-数据操作07-12 结构化查询语言-数据查询07-13 大数据07-14 ACCESS综合实例1-艺体文专业07-15 ACCESS综合实例2-艺体文专业07-16 ACCESS综合实例3-理工农经管专业ACCESS练习（理工农经管专业完成）数据库技术基础单元测试ACCESS练习（艺体文专业完成）第7讲算法与数据结构本章课件可视化计算工具RaptorRaptor基本应用例题04-01 算法概述04-02 算法的描述04-03 数据结构概述04-04 线性结构04-05 树04-06 图04-07 raptor的基本操作04-08 raptor的选择表示04-09 raptor的循环表示04-10 raptor的常用函数04-11 raptor的数组04-12 累加算法与连乘算法04-13 统计算法04-14 最值问题04-15 排序04-16 查找算法与数据结构测试可视化计算Raptor的应用（理工农经管专业完成）可视化计算Raptor的应用（艺体文专业完成）第8讲程序设计基础程序设计基础课件05-01 程序设计的概念05-02 程序设计的基本原则05-03 程序设计的基本控制结构05-04 VS2010实现C程序05-05 VS2013实现VB程序程序设计基础章节测试第9讲软件工程软件工程课件09-01 软件生命周期09-02 分析阶段09-03 设计阶段09-04 实现、测试与文档软件工程单元测试第1讲计算机与计算思维计算机与计算思维PPT01-01 计算机的发展与应用领域01-02 计算机应用系统的计算模式01-03 计算思维概述计算机与计算思维章节测试预备知识该课程为大学一年级学生的必修课，学生应具备中学阶段《信息技术》课程所达到的基本要求，能够熟练操作计算机，并能掌握常用软件的基本功能的使用。
大一计算思维知识点
大一计算思维知识点计算思维是指通过对问题的分析、建模和求解，利用计算机或者人的计算能力来解决问题的一种思维方式。
它是现代社会必备的一种能力，也是大一学生需要掌握的重要知识点。
本文将介绍大一计算思维的三个主要知识点：算法与流程控制、数据结构与算法分析、计算机编程与实现。
一、算法与流程控制1.1 算法概述算法是一种问题求解的方法，它由一系列清晰而有序的步骤组成，可以用来解决特定问题。
算法的设计需要考虑问题的规模、效率和可行性。
1.2 算法的特性算法具有以下几个重要特性：- 输入：算法的输入参数或数据。
- 输出：算法的输出结果。
- 确定性：对于相同的输入，算法必须有相同的输出。
- 可行性：算法的每一步都是可行的，可以通过有限次的操作得到结果。
- 有限性：算法在执行有限的步骤之后终止。
1.3 常用的流程控制结构大一学生需要掌握常见的流程控制结构，包括顺序结构、选择结构和循环结构。
- 顺序结构：按照指定的顺序逐步执行程序。
- 选择结构：根据条件的真假选择不同的执行路径。
- 循环结构：重复执行一段代码，直到满足退出条件。
二、数据结构与算法分析2.1 数据结构概述数据结构是指组织和存储数据的方式，它关注数据的逻辑关系和操作。
常见的数据结构包括数组、链表、栈、队列、树等。
2.2 算法分析在实际应用中，我们需要比较不同算法的效率。
算法分析是对算法运行时间和空间复杂度的评估。
常用的算法分析方法有大O表示法、平均情况复杂度和最坏情况复杂度等。
2.3 常见的算法- 排序算法：包括冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序、归并排序等。
- 查找算法：包括线性查找、二分查找等。
- 图算法：包括深度优先搜索、广度优先搜索等。
三、计算机编程与实现3.1 编程语言大一学生通常学习C、C++、Java等编程语言。
通过学习编程语言，学生可以将算法和数据结构转化为具体的代码实现。
3.2 常见的编程任务- 程序的输入和输出：包括标准输入输出、文件输入输出等。
大学计算机—计算思维导论CAP教学大纲
大学计算机—计算思维导论CAP教学大纲计算手段已发展为科学研究第三种手段，研制和应用各学科相关计算系统，计算+、互联网+、大数据+，智能+，最本质就是计算思维，计算思维已成为各专业学生都应掌握的思维方式，与计算思维融合，是各学科学生创新的源泉。
本课程为你介绍计算学科所蕴含的经典的计算思维，是所有本科生必修的通识教育课程。
本课程是大学先修课，即你在高中阶段或上大学之前完成本课程的学习并获得结课认证证书后，在入学时参加必要的测试考核（主要确认你确实学习过），通过后则你可在大学阶段免修该课程直接获得学分，这样为你大学的学习节省时间和精力，使你在大学期间可做更多自己想要做的事情。
《大学计算机》是一门什么课程呢？(1)大学计算机是面向大学一年级学生开设的，与大学数学、大学物理有一样地位的通识类思维教育课程。
它不是讲授计算机及其软件(如Office，Access，IE等)如何使用的课程；它也不是仅仅训练学生程序设计内容的课程；它是讲授每个大学生都应具备的计算思维的课程，大学生创造性思维培养离不开计算思维的培养。
(2)计算思维是互联网与信息时代每个人都应具备的一种思维方式。
互联网公司(如阿里巴巴、Facebook、Apple、腾讯等)的成功应归属于计算思维运用的成功；1998年诺贝尔化学奖授予一个量子化学计算手段的研究者说明：计算思维对非计算机学科人才实现复合性跨学科创新是非常重要的。
(3)大学阶段应更多地训练“思维”，而不应仅着眼于“知识”即事实的学习。
计算机学科知识的膨胀速度是非常快的，“知识”的学习必须有所选择，因此应学习计算机学科经典的、对人们现在和未来有深刻影响的思维模式；“知识”随着“思维”讲解而介绍,“思维”随着“知识”的贯通而形成，“能力”随着“思维”的理解而提高。
《大学计算机》课程应围绕着大学计算思维教育空间-计算之树，进行内容的组织和学习。
(I)计算与程序，主要讲授计算与计算思维，符号化、计算化和自动化，计算系统与程序构造，程序构造方法：递归与迭代，这些是由社会/自然到计算的、最基本的抽象和自动化机制；--理解计算机最本质的内容。
计算思维与大学计算机课程改革的基本思路_战德臣
中国大学教学 2013年第2期56 战德臣，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院教授；聂兰顺，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院副教授。
计算思维与大学计算机课程改革的基本思路战德臣 聂兰顺摘要：当前已经形成了“大学计算机”课程核心价值就是培养学生的“计算思维”、应该以计算思维为导向进行大学计算机课程改革的共识。
但怎样培养计算思维，大学计算机课程究竟讲授什么内容才是培养计算思维，非计算机专业学生对计算思维的需求究竟是什么？针对这些问题，本文从计算技术与计算系统的发展阐述了“核心”的计算思维，给出了大学计算机所面对的知识空间，进而通过分析非计算机专业学生未来对计算思维能力的需求，给出了大学计算机课程改革的一个解决方案。
关键词：计算思维；大学计算机；计算系统；非计算机专业从20世纪90年代末期教育部倡议在大学开展“计算机文化”教育开始，经历了以流行软件学习与掌握为主的“计算机文化基础”教育阶段，以素养与应用驱动的计算机共性知识讲授为主的“计算机应用基础”教育阶段。
随着认识的不断深入，一些问题和矛盾也困惑着人们，如面对专业教育与计算机教育平衡的学时数问题、面对快速发展的计算机技术的教学内容取舍问题、理论内容与应用技能的教学与训练平衡问题等。
在这样的背景下，陈国良院士和李廉教授发起并组织了若干次关于“计算思维”的研讨会，对什么是“计算思维”及计算思维与理论思维、实验思维的关系作出了科学的论述。
教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会和高等教育出版社等组织了若干次大学计算机论坛，探讨了“计算思维”的形式和内涵等。
以哈尔滨工业大学、浙江大学等为代表的高等院校已经对“大学计算机”的计算思维教学做了若干年的改革实践，积累了很多经验，C9院校联合发表了关于以计算思维改造大学计算机课程的联合声明，这些都为大学计算机面向计算思维教育的改革奠定了很好的基础。
可以说大家已经形成了“大学计算机”课程的核心价值就是培养学生的“计算思维”、应该以计算思维为导向进行大学计算机课程改革的共识，面向“计算思维”的大学计算机教育的基本思路已经深入人心。
战德臣《大学计算机-计算思维导论》大学计算机第8讲-怎样研究算法-排序算法研究示例
85
120300102 王刚
79
120300109 江海
77
120300110 周峰
73
120300104 赵凯
69
120300105 张伟
66
120300108 杜岩
44
数据表记录数: n
【算法B：已排序数据查找算法】
Start of algorithm Step 1. 从数据表的第1条记录开始，直到其最后一条 记录为止，读取每一条记录，做Step 2和Step 3步。 Step 2. 对每一条记录，判断成绩是否等于给定的分数： 如果等于，则输出；如果不等于，则不输出。 Step 3. 判断该条记录的成绩是否小于给定的分数：如 果不是，则继续；否则，退出循环，算法结束。
姓名 李鹏 张伟 闫宁 王刚 李宁 徐月 杜岩 赵凯 江海 周峰
成绩 88 66 95 79 94 85 44 69 77 73
•算法效率：需要读取并处理???条记录才能完成呢？
为什么要研究排序算法--结构化数据表查找问题 (3)小结?
结构化数据表的查找与统计需要排序
战德臣 教授
学号
姓名 成绩
学号
77
120300108 杜岩
44
120300110 周峰
73
•算法效率：需要读取并处理???条记录才能完成呢？
为什么要研究排序算法 --非结构化的数据文档查找问题
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
哈工大 大学计算机 慕课导论合集
这是用接近形象化方法表达的基本逻辑运算，其本质还是 2.2 节的逻辑运算，只是以一 种类似于电路连线的图示符号表达运算。则用这些符号就可表达硬件的构造—硬件元件之间 的使用与连接关系。任何复杂的硬件，都可看成是实现了一种运算，而这种运算又可看成是 高低电平信号(1 和 0)经过一系列的逻辑运算来完成的。 硬件， 其实软件也一样， 都是通过一层层的构造来实现的。 先做好简单的硬件/软件-元件， 基于这些硬件/软件元件， 通过组合可以做出复杂一些的硬件/软件， 将这个复杂硬件/软件 “封 装” 起来作为新的硬件/软件元件， 再构造更为复杂的硬件/软件。 这就是所说的 “分层构造化” 和“构造集成化” 。分层是由简单的东西构造复杂的东西，一层层构造，越来越复杂；集成是
【视频 2.5 自动化 0 和 1 示例-电子技术实现】 在电子技术中，0 和 1 可以用“低电平—0v 电压信号”和“高电平---5v 电压信号”来实 现，也可以用开关的“断开”和“闭合”来实现，也可以用二极管的“截止”与“导通”来 实现，…。 存储和控制 0 和 1 的元件就是二极管和三极管。通过二极管、三极管的组合可实现“与” “或” “非”等基本的逻辑运算，进一步将这种基本电路符号化为：
哈尔滨工业大学ຫໍສະໝຸດ 大学计算机-计算思维导论3
将复杂的东西封装起来，内部细节被封装，仅留出需要与外界连接的部分，从而使复杂的东 西从使用者角度看起来简单，进而可在此基础上构造更为复杂的东西。 视频 2.5 以若干示例的形式展现了这种思维……。
2、学习要点指南
2.1 要点一：深入理解“符号化-计算化-自动化”？ 本讲内容概述起来就是让大家理解下面这张图及其所表达的“语义符号化符号计算化计 算 0(和)1 化0(和)1 自动化分层构造化构造集成化”思维模式。
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。
面向计算思维的大学计算机课程教学内容体系_战德臣
1.3 程序与 计算系统与程序的关系：什么是程序，程序的基本特征：复合、抽象与构造；什么是复合，什么是抽
递归
象，什么是构造，程序构造的基本方法：迭代与递归；利用递归进行定义；利用递归进行计算；利用
递归进行构造
知识单元 1.1 的目的是使学生理解为什么要 学习计算机，什么是计算，为什么要学习计算思 维，计算学科中经典的计算思维有哪些，以及计 算思维对其未来会产生怎样的影响。
象与计算思维、网络计算思维。下面从必要性和 体问题寻求并设计算法或程序，目的是使机器替
内容构成两个方面来论述，前者说明为什么要讲， 代人进行自动计算并获得计算结果，而程序应是
后者说明讲什么。
一种广义的概念，是实现系统复杂功能的一种重
1.“计算与程序”讲授的必要性和内容构成
要手段，即随使用者使用目的不同而对机器基本 动作的千变万化的组合，计算系统是可以执行任
这里要强调一点，计算学科的“抽象”与我 们平常所表达的“抽象”既有相通的一面又有细 微的差别，计算学科的“抽象”是一种可掌握可 操作的方法，即用名字表达一种组合，而该名字 可以参与新的更为复杂的组合，这是计算学科最 本质的方法[7]。
2.“计算系统”讲授的必要性和内容构成
为什么要讲授“计算系统”？首先，计算系 统和现实中各种系统既有相类似的思维模式，例 如分工-合作与协同思维、并行化分布化提高资源
知识单元 2.3 是在 2.2 的基础上，进一步理 解存储体系即资源的限制和利用问题，并简要理 解存储体系环境下如何通过分工-合作与协同来 执行程序的，同时理解资源管理的作用，在此基 础上进一步理解人们是如何扩充资源数量提高资 源性能、改善资源利用效率的，进而能简要地理 解并行分布计算环境与云计算环境等。本单元的 目的是使学生对计算系统的理解能从硬件过渡到
大学计算机思维导论
命名计算对象
命名组合式
命名新运算
递归函数
原始递归 函数
Fibonacci数列
阿克曼递归函数
递归函数
原始递归 函数
Fibonacci数列
迭代：从前到后
阿克曼递归函数
递归： 从前到后→递归基础→从后向前
从Ackermann函数的定义中可以看出，Ackermann函数可以看成关于n的
多媒体信息表达：图像，声音和视频编码
图像→三原色，像素点 声音或音频→模拟信号，采样量化和编码形
成数字音频，进行数字处理。 视频→模拟信号，采样量化和编码形成数字 视频，保存和处理
国标码用2个字节表示一个汉字，其中每个字节的最高位为0（8个二进制
位被称为1个字节） 汉字编码在机器内的表示为机内码，简称内码。机内码在对应国标码的 基础上将每个字节的最高位设为1 例如“大”的表示： 国标码为3473H: 00110100 01110011 机内码为B4F3H: 10110100 11110011
那么我们计算f(n)时可以通过计算f(n-1)和f(n-2) 来表示，相同的，除了f(1)和f(2)的值已知以外，其他 项的数值都要通过计算才能得到。
一些定义
最基本的原始递归函数：
（1）初始函数：0元函数和常数函数。 （2）后继函数：1元后继函数S接受一个参数并返回给定参数值的后 继数，是原始递归的。 （3）投影函数：对于所有n>=1和每个1<=i<=n的i，n元投影函数 P，接受n个参数并返回它们中的第i个参数。
计算
注意事项
递归VS迭代
基本动作 控制
指令
组合
程序
自动 执行
计算机导论——以计算思维为导向第4版教学大纲
《计算机导论》教学大纲说明：教师可根据课时和学校特点适当选择、调整教学安排。
一、课程简介实证思维、逻辑思维和计算思维是人类认识世界和改造世界的三大思维。
计算机的出现为人类认识世界和改造世界提供了一种更有效的手段，以计算机技术和计算机科学为基础的计算思维已成为人们必须具备的基础性思维。
如何以计算机思维为切入点，通过重构《大学计算机》的课程体系和知识结构，促进计算思维能力培养，提升大学生综合素质和创新能力是大学计算机课程改革面临的重要课题。
这些不断变化的情况要求对目前《大学计算机》的课程体系进行改革。
所以，如何明确、恰当地将计算思维融入知识体系，培养当代大学生用计算机解决和处理问题的思维和能力，从而提升大学生的综合素质，强化创新实践能力是当前的迫切要求。
1.教学目标(1)基本目标《大学计算机》教学不仅承担着传承知识，更肩负着创新知识的使命。
因此，在传授知识的同时更应培养学生的学习能力、解决问题的能力、交流能力、团队合作能力和创新能力，使他们能更快地适应未来工作的需求。
分层次课程体系体现《大学计算机》课程教学的实效性和针对性, 以“全面提高计算机公共课程教学质量，培养学生良好的信息化素养, 计算思维品质和计算机应用技能，为学生的后续专业学习提供良好的支持”为核心目标。
(2)高级目标研究性教学在培养学生的综合能力的过程中将发挥越来越重要的作用，它将成为综合性实践课程的主要教学方法。
学习的过程是参与的过程，是创造的过程而非盲目接受的过程。
学生积极的思维习惯和探究问题的意识应该在课程教学中得到培养。
在实现基本目标的基础上，实现高级目标：♦提升学习愿望，学习目标；♦增强学生的自我意识；♦运用已有知识学习新事物；♦教授特定领域和特定课程的学习策略；♦潜移默化，完善学生的人格。
2.实践环节实践性教学内容的设置遵循以下原则：(1)课程实验采用集中实验和自主实险相结合的原则。
其中，集中实验根据课程安排到统一的实验室进行实验；自主实验则由学生利用自己的机器或学校内外公有计算机实验室自主完成实验任务。
计算思维的教学内容与方法研究——以“算法”和“系统”两种问题求解的计算思维为例
计算思维的教学内容与方法研究——以“算法”和“系统”
两种问题求解的计算思维为例
聂兰顺;战德臣;宋巧红
【期刊名称】《工业和信息化教育》
【年(卷),期】2013(000)006
【摘要】当前已经形成了“大学计算机”课程核心价值就是培养学生的计算思维、应该以计算思维为导向进行“大学计算机”课程改革的共识.但应培养哪些计算思维,怎样培养这些计算思维,计算思维应该通过哪些教学内容以何种教学方法进行讲
授和培养?针对这些问题,本文以“算法”和“系统”两种问题求解的计算思维作为案例,探讨了计算思维的教学内容和教学方法.
【总页数】7页(P21-27)
【作者】聂兰顺;战德臣;宋巧红
【作者单位】哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨 150001
【正文语种】中文
【中图分类】G642
【相关文献】
1.基于计算思维的问题求解教学模式构建与探究r—以初中信息技术图像采集为例[J], 李应聪
2.基于计算思维的农业问题求解的教学方法研究 [J], 张璠;滕桂法;常淑惠;张昱婷
3.财经院校引入《问题求解与计算思维》课程的思考--以上海对外经贸大学为例[J], 张晓黎
4.面向计算思维训练的算法可视化教学系统研究 [J], 李晓鸿;刘丛;骆嘉伟
5.人工智能问题求解与计算思维教学初探\r——以南京航空航天大学为例 [J], 朱玉莲;刘佳;江爱华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
20141001-计算机专业导论第1讲-计算机-计算-计算思维
为什么要学? (1)为什么要学习计算机科学与技术专业?
战德臣 教授
为什么要学? (2)为什么要学本门课程？
战德臣 教授
理论 实验 思维E ElectricService Computing 思维
ngin e
Distributed Systems Networking
Soc ics iolo t s i t g S er v a y iceo & Database & Data mining St logy
Theory
Biology 创造性思维 Comp. Economics
Geometric Comp.
Comp. Bio.
Eco nom
ics
Algorithms
复合性思维
学什么？
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK ZhanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services, Harbin Institute of Technology
怎样学? (3)知识 vs. 思维 vs. 能力?
视野： 宽度---知识面宽，前沿性 深度---贯通性，深入性
企业资源规划 与供应链管理
战德臣 教授
能力
(Ability & Capability)
知识与视野拓展 Knowledge Expansion
云计算与云服务
打通知识脉络， 融贯各门课程， 内功强化基础， 外功灵活应变。
学什么? (1)课程内容组织的基本脉络?
1、针对具体的自然/社会问题如何计算? 2、计算如何与社会/自然进行融合?
计算机导论算法简介
背包问题
在0-1背包问题中，贪心算法通过每 次选择单位重量价值最大的物品来求 解。
动态规划思想及应用
动态规划的基本思想
将问题分解为若干个子问题，通过求解子问 题的最优解来得到原问题的最优解。
0-1背包问题
动态规划可以求解0-1背包问题，得到最大 价值及对应的物品选择方案。
最长公共子序列
通过动态规划可以在多项式时间内求解两个 序列的最长公共子序列。
队列
先进先出（FIFO）的数据结构 ，支持入队和出队操作。
数组
连续内存空间，随机访问元素 ，插入和删除操作需要移动元 素。
栈
后进先出（LIFO）的数据结构 ，支持压栈和弹栈操作。
相关算法
线性搜索、二分搜索、排序算 法（如冒泡排序、插入排序、 选择排序等）。
树形数据结构及其相关算法
二叉树
二叉搜索树
平衡二叉树
06
CATALOGUE
图论相关算法介绍
最短路径问题及其求解方法
01
Dijkstra算法
适用于没有负权边的有向图，通 过贪心策略逐步确定起点到各个 顶点的最短路径。
Floyd算法
02
03
Bellman-Ford算法
适用于带负权边的有向图，通过 动态规划思想求解任意两点间的 最短路径。
适用于带负权边的有向图，通过 对所有边进行松弛操作来求解最 短路径。
最小割问题
在网络中删除一些边，使得源点和汇点不再连通，且被删除边的权值和最小。最小割等于 最大流，因此可以通过求解最大流来得到最小割。
费用流问题
在给定的有向网络中，每条边除了具有容量限制外，还具有单位流量的费用。目标是寻找 一个满足流量要求的可行流，使得总费用最小。常用求解方法有SPFA算法和Dijkstra算法 结合贪心策略。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
排序： 数值序
哪些是关键词呢?
查找 文档
关键词查询
查找： 反复进行 关键词索引表---倒排索引
对所有文 档建立
排序： 字母序
怎样按照关键词找到相应的文档呢?
怎样快速找到关键词呢?
基本排序算法I --内排序之插入法排序
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
51
80
i=5
A7 A7 A7
12
49
78
78
33
66
50
51
80
12
49
49
78
33
66
50
51
80
12
19
49
78
33
66
50
51
80
i=5 i=5 i=5
…
A7
12
19
33
49
50
51
66
78
80
i=9
插入排序:递增排序示意. 其中三角形左侧为已排好序的元素, 其右侧为未排序的元素, 实心三角形本身为待插入的元素. 图中示意了为待排序元素19腾挪空间的过程, 由箭头 示意. 空心三角形表示新插入的元素
Harbin Institute of Technology
基本排序算法II--内排序之简单选择法排序 (1)简单选择排序的思想?
简单选择法排序
战德臣 教授
首先在所有数组元素中找出最小值的元素，放在A[1]中； 接着在不包含A[1]的余下的数组元素中再找出最小值的元素， 放置在A[2]中； 如此下去，一直到最后一个元素。 这一排序策略被称为简单选择排序。
基本排序算法I--内排序之插入法排序 (3)插入排序的算法表达?
插入法排序
INSERTION-SORT(A)
1. for i=2 to N
2. { key = A[i] ;
3.
j =i-1;
4.
While (j>0 and A[j]>key) do
5.
{ A[j+1]=A[j];
6.
j=j-1; }
姓名 李鹏 张伟 闫宁 王刚 李宁 徐月 杜岩 赵凯 江海 周峰
成绩 88 66 95 79 94 85 44 69 77 73
•算ห้องสมุดไป่ตู้效率：需要读取并处理???条记录才能完成呢？
为什么要研究排序算法--结构化数据表查找问题 (3)小结?
结构化数据表的查找与统计需要排序
战德臣 教授
学号
姓名 成绩
学号
战德臣 教授
基本排序算法I--内排序之插入法排序 (2)插入排序的过程模拟?
插入法排序
战德臣 教授
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
A 12
7
49
78
19
33
66
50
51
80
A7
12
49
78
19
33
66
50
51
80
A7
12
49
78
19
33
66
50
51
80
i=2 i=3 i=4
A7
12
49
78
19
33
66
50
77
120300108 杜岩
44
120300110 周峰
73
•算法效率：需要读取并处理???条记录才能完成呢？
为什么要研究排序算法 --非结构化的数据文档查找问题
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
为什么要研究排序算法 --结构化数据表查找问题
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
Harbin Institute of Technology
为什么要研究排序算法--结构化数据表查找问题 (1)什么是排序问题?
战德臣 教授
排序问题
对一组对象按照某种规则进行有序排列。通常是把一组对象整 理成按关键字递增(或递减)的排列，关键字是指对象的一个用 于排序的特性。 例如： 对一组“人” ，按“年龄”或“身高” 排序； 对一组“商品”，按“价格” 排序； 对一组“网页”，按“重要度” 排序； 对一组“词汇”，按“首字母”字典序排序。 … …
算法效率：读取并处理所有记录，即n条记录
为什么要研究排序算法--结构化数据表查找问题 (2)为什么要研究排序问题?
结构化数据表的查找与统计需要排序 查找成绩为80分的所有同学?
战德臣 教授
已排序
学号
姓名 成绩
120300107 闫宁
95
120300103 李宁
94
120300101 李鹏
88
120300106 徐月
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
Harbin Institute of Technology
基本排序算法I--内排序之插入法排序 (1)插入排序的思想?
插入法排序
类似于打扑克牌时，一边抓牌，一边理牌的过程： 每抓一张牌就把它插入到适当的位置； 牌抓完了，也理完了。 ---这种策略被称为插入排序
战德臣 教授
文档
哪些是关键词呢?
查找 文档
关键词查询
关键词索引表---倒排索引
对所有文 档建立
怎样按照关键词找到相应的文档呢?
怎样快速找到关键词呢?
为什么要研究排序算法--非结构化的数据文档查找问题 (4)小结?
非结构化数据(文档)的查找与搜索也需要排序
战德臣 教授
文档
不同类别的 查找，不同 类别的排序
基本排序算法II--内排序之简单选择法排序 (2)简单选择排序的过程模拟?
简单选择法排序
战德臣 教授
1
A 12 A7
2
3
7
49
12
49
4
5
6
7
8
9 10
78 19
33
66
50
51
80
78 19
33
66
50
51
80
A7 A7 A7
12
19
12
19
12
19
78 49
33
66
50
51
80
78 49
33
66
7.
A[j+1]=key;
8. }
O(N2)
战德臣 教授
基本排序算法II --内排序之简单选择法排序
战德臣
哈尔滨工业大学 教授.博士生导师 教育部大学计算机课程教学指导委员会委员
OK Z hanDC
Research Center on Intelligent Computing for Enterprises & Services,
战德臣 教授
正排：一个文档包含了哪些词汇? #Doc1, { Word1,Word2,… }
倒排：一个词汇包含在哪些文档中 Word1, { #Doc1, #Doc2, … }
怎样建立
查找 文档
索引?
关键词查询
关键词索引表---倒排索引
对所有文 档建立
怎样按照关键词找到相应的文档呢?
排序 or 不排序?
姓名 成绩
120300107 120300103
闫宁 李宁
??? 排95 序算法是计算学科中很重要的算法120300101 李鹏
94
120300105 张伟
88 66
120300101 120300106 120300102
李鹏 徐月 王刚
887当859 对数••统统据计计集合各每需个个要分同多数学遍段的处的平理人均时数分，数先排111222序000333000000-111000好723
End of algorithm
•算法效率：除极端情况外读取并处理<=n/2条记录
为什么要研究排序算法--结构化数据表查找问题 (2)为什么要研究排序问题?
结构化数据表的查找与统计需要排序
战德臣 教授
学号 120300107 120300103 120300101 120300106 120300102 120300109 120300110 120300104 120300105 120300108
为什么要研究排序算法--结构化数据表查找问题 (2)为什么要研究排序问题?
结构化数据表的查找问题
查找成绩为80分的所有同学?
战德臣 教授
未排序
学号
姓名 成绩
120300101 李鹏
88
120300105 张伟
66
120300107 闫宁
95
120300102 王刚
79
120300103 李宁
94
120300106 徐月
Harbin Institute of Technology
为什么要研究排序算法---非结构化的数据文档查找问题 (1)非结构化数据(文档)的查找问题?