第1章计算思维导论Wang Ke 115PPT课件
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由于它直接面向应用, 社会效益强, 所以, 其发展非常迅速。诸如工业 机器人、太空机器人、 水下机器人、家用机器人、军用机器人、服务机 器人、医疗机器人、运动机器人、助理机器人、机器人足球赛、机器人象 棋赛 ……, 几乎应有尽有。
AI计算智能--无处不在
• 扫地机器人 • 擦玻璃机器人 • 客服机器人 • 苹果siri • 微软Cortana • AlphaGo • 自动驾驶 • 智能穿戴 • 智能家居 • 机器翻译 • 无人机快递
计算思维
导论
哈工大深圳研究生院
第一章 计算思维与程序设计 1.1 计算思维 1.2 算法 1.3 程序设计 1.4 计算思维案例
数字化生存的智慧：计算思维
一、计算改变了什么？ 二、什么是计算？ 三、什么是计算思维？
1.计算改变科学家的思考方式
计算生物学改变着生物学家的思考方式 计算博弈理论改变着经济学家的思考方式 纳米计算改变着化学家的思考方式 计算物理学改变着物理学家的思考方式 数学机械化改变数学家的思考方式 社会பைடு நூலகம்算改变社会学家的思考方式 ……
艾兹格·W·迪科斯彻 （1930~2002） （Edsger Wybe Dijkstra，） 荷兰 计算机 科学家，
荷兰Leiden大学 1972年获得图灵奖
计算思维—猜猜猜
计算生物学
应用数据分析及理论 的方法、数学建模和 计算机仿真技术，来 研究生物学、行为学 和社会群体系统。
例如“蚁群算法”、“ 蜂群算法”、“萤火虫 算法” 、“候鸟算法”
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
“雾霾经济计算模型”
如：微软的从照片判断年龄HowOld、汽车号牌自动识别。
机器翻译就是完全用计算机作为两种语言之间的翻译。 机器翻译由来已 久,早在电子计算机问世不久, 就有人提出了机器翻译的设想, 随后就开始了 这方面的研究。
机器翻译并非想像的那么简单,单纯地依靠“查字典”的方法不可能解决 翻译问题,只有在对语义理解的基础上,才能做到真正的翻译, 所以机器翻译 的真正实现, 还要靠自然语言理解方面的突破。
二、什么是计算
计算是人类文明最古老而又最时新的成就之一 计算方法及计算工具不断地发展，对推动社会进步
发挥了巨大作用 计算的本质就是基于规则的符号串变换
手动计算工具时代
手动式计算工具——算筹图 1.3 手动式计算工具——算盘
机械式计算工具时代
法国著名数学家、物理学家、近代概率论的奠基者和 他的计算工具——帕斯卡加法器1642 年
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(VR&AR)
数字化制造-工业4.0
装配过程仿真
装配过程仿真
CAM
强度分析
数字预装配 结构分析
管路设计
智能机器人也是当前人工智能领域一个十分重要的应用领域和热门的 研究方向。
围棋的第一步有361种下法，而一局大约可长达150个回合。在此之前，大 多数电脑依赖还是穷举法，计算机每走一步都要耗费大量时间进行计算， 这样下去根本连普通选手都下不过。
AlphaGo人工智能程序结合了深度神经网络机器学习方法和树搜索算法。简 单来说，就是先让AlphaGo观察人类下围棋，然后通过将不同决策进行比较 来提升技能，这一过程被叫做强化学习。经上百万次重复后，AlphaGo就可 以进行对战了。
人类的智力面临挑战
“深蓝”与“AlphaGo” 穷尽算法 演变为 深度学习
15年前IBM的超级电脑 “深蓝”击败世界国际象棋 冠军加里·卡斯帕罗夫，这次 IBM向人类的冠军发出挑战 的超级电脑名叫 “沃森”。
15年后，Google 的”AlphaGo” 击败了围棋国 际冠军李世石。
2016年3月9日12点，谷歌人工智能系统AlphaGo和围棋世界冠军李世石 的在韩国首尔正式开始。第一战中，李世石执黑终盘失利，总比分0-1落后。
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
1+2+3
→（1+2）+3 ：结合律
识别是人和生物的基本智能信息处理能力之一。
所谓模式识别, 则指的是用计算机进行物体识别。这里的物体一般指文字、 符号、图形、 图像、语音、声音及传感器信息等形式的实体对象,而并不包括概 念、思想、意识等抽象或虚拟对象, 后者的识别属于心理、认知及哲学等学科的 研究范畴。
经过多年的研究, 模式识别已发展成为一个独立的学科, 其应用十分广泛, 诸 如信息、遥感、医学、影像、安全、军事等领域, 模式识别已经取得了重要成效。
Emotiv Epoc 意念控制器
脑电波是人类进行思维活 动时产生的生物电信号， Mindwave 通过采用了 ThinkGear™技术的智能 芯片进行脑电波信号采集、 滤波及放大，并通过 NeuroSky eSense™专利 算法进行数据分析，实时 解读出使用者当前的心理 状，也使得意念控制成为 可能。
→ 3+3
：加法口诀，替换规则
→6
：加法口诀
从一个已知的符号串开始，按照一定的规则 ，一步一步地改变符号串，经过有限步骤， 最后得到一个满足预先规定的符号串，这种 变换过程就是计算。
三、什么是计算思维
笛卡尔（Rene Descartes）：解析几何之父
我思故我在
思维是对某个问题或事物的思考过程以及产生的想法 或见解
思维是人脑对客观现实概括的和间接的反映，它反映 的是事物的本质和事物间规律性的联系
思维是与时俱进的
人类的思维水平也必然随着认识工具 的进步而逐步地由浅入深、由单纯到 复杂、由片面至全面发展
我们所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
计算无处不在的时代思维：计算思维
AI计算智能--无处不在
• 扫地机器人 • 擦玻璃机器人 • 客服机器人 • 苹果siri • 微软Cortana • AlphaGo • 自动驾驶 • 智能穿戴 • 智能家居 • 机器翻译 • 无人机快递
计算思维
导论
哈工大深圳研究生院
第一章 计算思维与程序设计 1.1 计算思维 1.2 算法 1.3 程序设计 1.4 计算思维案例
数字化生存的智慧：计算思维
一、计算改变了什么？ 二、什么是计算？ 三、什么是计算思维？
1.计算改变科学家的思考方式
计算生物学改变着生物学家的思考方式 计算博弈理论改变着经济学家的思考方式 纳米计算改变着化学家的思考方式 计算物理学改变着物理学家的思考方式 数学机械化改变数学家的思考方式 社会பைடு நூலகம்算改变社会学家的思考方式 ……
艾兹格·W·迪科斯彻 （1930~2002） （Edsger Wybe Dijkstra，） 荷兰 计算机 科学家，
荷兰Leiden大学 1972年获得图灵奖
计算思维—猜猜猜
计算生物学
应用数据分析及理论 的方法、数学建模和 计算机仿真技术，来 研究生物学、行为学 和社会群体系统。
例如“蚁群算法”、“ 蜂群算法”、“萤火虫 算法” 、“候鸟算法”
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
“雾霾经济计算模型”
如：微软的从照片判断年龄HowOld、汽车号牌自动识别。
机器翻译就是完全用计算机作为两种语言之间的翻译。 机器翻译由来已 久,早在电子计算机问世不久, 就有人提出了机器翻译的设想, 随后就开始了 这方面的研究。
机器翻译并非想像的那么简单,单纯地依靠“查字典”的方法不可能解决 翻译问题,只有在对语义理解的基础上,才能做到真正的翻译, 所以机器翻译 的真正实现, 还要靠自然语言理解方面的突破。
二、什么是计算
计算是人类文明最古老而又最时新的成就之一 计算方法及计算工具不断地发展，对推动社会进步
发挥了巨大作用 计算的本质就是基于规则的符号串变换
手动计算工具时代
手动式计算工具——算筹图 1.3 手动式计算工具——算盘
机械式计算工具时代
法国著名数学家、物理学家、近代概率论的奠基者和 他的计算工具——帕斯卡加法器1642 年
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(VR&AR)
数字化制造-工业4.0
装配过程仿真
装配过程仿真
CAM
强度分析
数字预装配 结构分析
管路设计
智能机器人也是当前人工智能领域一个十分重要的应用领域和热门的 研究方向。
围棋的第一步有361种下法，而一局大约可长达150个回合。在此之前，大 多数电脑依赖还是穷举法，计算机每走一步都要耗费大量时间进行计算， 这样下去根本连普通选手都下不过。
AlphaGo人工智能程序结合了深度神经网络机器学习方法和树搜索算法。简 单来说，就是先让AlphaGo观察人类下围棋，然后通过将不同决策进行比较 来提升技能，这一过程被叫做强化学习。经上百万次重复后，AlphaGo就可 以进行对战了。
人类的智力面临挑战
“深蓝”与“AlphaGo” 穷尽算法 演变为 深度学习
15年前IBM的超级电脑 “深蓝”击败世界国际象棋 冠军加里·卡斯帕罗夫，这次 IBM向人类的冠军发出挑战 的超级电脑名叫 “沃森”。
15年后，Google 的”AlphaGo” 击败了围棋国 际冠军李世石。
2016年3月9日12点，谷歌人工智能系统AlphaGo和围棋世界冠军李世石 的在韩国首尔正式开始。第一战中，李世石执黑终盘失利，总比分0-1落后。
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
1+2+3
→（1+2）+3 ：结合律
识别是人和生物的基本智能信息处理能力之一。
所谓模式识别, 则指的是用计算机进行物体识别。这里的物体一般指文字、 符号、图形、 图像、语音、声音及传感器信息等形式的实体对象,而并不包括概 念、思想、意识等抽象或虚拟对象, 后者的识别属于心理、认知及哲学等学科的 研究范畴。
经过多年的研究, 模式识别已发展成为一个独立的学科, 其应用十分广泛, 诸 如信息、遥感、医学、影像、安全、军事等领域, 模式识别已经取得了重要成效。
Emotiv Epoc 意念控制器
脑电波是人类进行思维活 动时产生的生物电信号， Mindwave 通过采用了 ThinkGear™技术的智能 芯片进行脑电波信号采集、 滤波及放大，并通过 NeuroSky eSense™专利 算法进行数据分析，实时 解读出使用者当前的心理 状，也使得意念控制成为 可能。
→ 3+3
：加法口诀，替换规则
→6
：加法口诀
从一个已知的符号串开始，按照一定的规则 ，一步一步地改变符号串，经过有限步骤， 最后得到一个满足预先规定的符号串，这种 变换过程就是计算。
三、什么是计算思维
笛卡尔（Rene Descartes）：解析几何之父
我思故我在
思维是对某个问题或事物的思考过程以及产生的想法 或见解
思维是人脑对客观现实概括的和间接的反映，它反映 的是事物的本质和事物间规律性的联系
思维是与时俱进的
人类的思维水平也必然随着认识工具 的进步而逐步地由浅入深、由单纯到 复杂、由片面至全面发展
我们所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
计算无处不在的时代思维：计算思维