计算思维概述 ppt课件
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计算思维PPT
• 计算机科学在本质上源自数学思维，因为 像所有的科学一样，其形式化基础建筑于 数学之上。计算机科学又从本质上源自工 程思维，因为我们建造的是能够与实际世 界互动的系统，基本计算设备的限制迫使 计算机学家必须计算性地思考，不能只是 数学性地思考。构建虚拟世界的自由使我 们能够设计超越物理世界的各种系统。
Байду номын сангаас 优点
• 计算思维建立在计算过程的能力和限制之 上，由人由机器执行。计算方法和模型使 我们敢于去处理那些原本无法由个人独立 完成的问题求解和系统设计。
• • • • •
概念化 根本技能 人的思维方式 数学和工程思维的互补与融合 本质是思想
概念化
• 计算机科学不是计算机编程。像计算机科 学家那样去思维意味着远不止能为计算机 编程，还要求能够在抽象的多个层次上思 维。
计算思维
Jeannette M. Wing 周以真 卡内基·梅隆大学教授
2006年3月，美国 卡内基·梅隆大学计算机 科学系主任 周以真（Jeannette M. Wing） 教授在美国计算机权威期刊 《Communications of the ACM》杂志 上给出，并定义的计算思维 （Computational Thinking）。周教授认 为：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。
根本技能
• 根本技能是每一个人 为了在现代社会中发 挥职能所必须掌握的 。刻板技能意味着机 械的重复。具有讽刺 意味的是，当计算机 像人类一样思考之后 ，思维可就真的变成 机械的了。
人的思维方式
• 计算思维是人类求解问题的一条途径，但 决非要使人类像计算机那样地思考。计算 机枯燥且沉闷，人类聪颖且富有想象力。 是人类赋予计算机激情。配置了计算设备 ，我们就能用自己的智慧去解决那些在计 算时代之前不敢尝试的问题，实现“只有 想不到，没有做不到”的境界。
计算思维ppt
我们应当传播计算机科 学的快乐、崇高和力量， 致力于使计算思维成为 常识。
谢 谢 观 看
计算思维
目
Contents
第一章 第二章 第三章 第四章
录
LOGO 总定义
概述
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。
LOGO 优点内容
优点
计算思维建立在 计算过程的能力和限 制之上，由人由机器 执行。计算方法和模 型使我们敢于去处理 那些原本无法由个人 独立完成的 问题求解 和系统设计。
是人的，不是 计算机的思维 方式 概念化，不是 程序化
01
LOGO 总结
智力上的挑战和引人入 胜的 科学问题依旧亟待 理解和解决
计算机科学的教授应当为大学新生开一 门称为“怎么像计算机科学家一样思维” 的课程，面向所有专业，而不仅仅是计 算机科学专业的学生。
我们应当设法激发公众 对计算机领域科学探索 的兴趣，而不是悲叹对 其兴趣的衰落或者哀泣 其研究经费的下降。
内容
计算思维中的 抽象完全超越物理 的时空观，并完全 用符号来表示，其 中，数字抽象只是 一类特例。
SWTO
LOGO 计算思维
1
3 计算思维是一种递归思维
操作模式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
4
计算思维用途
抽象和分解
LOGO 特性
是思想，不是 人造物
数学和工程思 维的互补与融 合
05 04 03 02
根本的，不是 刻板的技能
001计算思维PPT课件
计算科学对其他学科中的问题进行计算机模拟或 者其他形式的计算而形成的诸如计算物理、计算 化学等学科统称为计算学科。(计算视角)
计算学科/Computing Discipline: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。(计算机视角)
以自然界为主要研究对象，运用实证、 理性和臻美等方法，揭示自然的奥秘， 获取自然的真知。
人文科学 humanities
以人类作为主要研究对象，运用实地考 察、诠释和启示等方法，认识人、人性 和人生的意义，提升人的精神素质和思 想境界。
社会科学 Social Science
以社会领域为主要研究对象，运用调查、 统计和归纳等方法，把握社会规律，解 决社会问题，促进社会进步。
如何界定自然科学？物理学，化学，…… 计算科学？数学？
8
科学与计算科学
美国能源部报告认为：高端计算目前已经与理论研
究、实验手段一起，成为获得科学发现的三大支柱。因
此，理论科学、实验科学和计算科学是推动人类文明进
步和科技发展的重要途径。
9
科学与计算科学
二、计算科学与计算学科 计算科学/Computational Science：一种与
第一讲
教学目标
➢ 了解科学、计算、计算科学与计算学科、思维与计 算思维的基本概念
➢ 了解计算学科与其它学科之间的关系 ➢ 了解计算思维的作用，学会计算思维的基本方法，
掌握其基本技能 ➢ 了解运用计算机求解问题的基本思路和一般过程
知识要点
➢计算、可计算性以及计算学科的概念 ➢思维、计算思维进行问题求解的一般过程 ➢计算思维在人类社会的经济、科技等各领域
4
科学与计算科学
计算学科/Computing Discipline: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。(计算机视角)
以自然界为主要研究对象，运用实证、 理性和臻美等方法，揭示自然的奥秘， 获取自然的真知。
人文科学 humanities
以人类作为主要研究对象，运用实地考 察、诠释和启示等方法，认识人、人性 和人生的意义，提升人的精神素质和思 想境界。
社会科学 Social Science
以社会领域为主要研究对象，运用调查、 统计和归纳等方法，把握社会规律，解 决社会问题，促进社会进步。
如何界定自然科学？物理学，化学，…… 计算科学？数学？
8
科学与计算科学
美国能源部报告认为：高端计算目前已经与理论研
究、实验手段一起，成为获得科学发现的三大支柱。因
此，理论科学、实验科学和计算科学是推动人类文明进
步和科技发展的重要途径。
9
科学与计算科学
二、计算科学与计算学科 计算科学/Computational Science：一种与
第一讲
教学目标
➢ 了解科学、计算、计算科学与计算学科、思维与计 算思维的基本概念
➢ 了解计算学科与其它学科之间的关系 ➢ 了解计算思维的作用，学会计算思维的基本方法，
掌握其基本技能 ➢ 了解运用计算机求解问题的基本思路和一般过程
知识要点
➢计算、可计算性以及计算学科的概念 ➢思维、计算思维进行问题求解的一般过程 ➢计算思维在人类社会的经济、科技等各领域
4
科学与计算科学
计算思维概述 ppt课件
④ ICER Final Report of the Northwest Regional Meeting • 内容及建议
以上四个文件分析了美国计算教育出现的问题，报告建议在美国国家科学基金的资助下全面 改革美国的计算教育。以下两个问题和一个建议值得我们注意： ① 大学第一年计算机课程的构建问题； ② 多学科的融合问题； ③ 报告建议加强美国中小学学生抽象思维与写作能力的训练，目的，使学生平稳过渡到
（3）“讨论”出服务排队的核心方法：
–先来先服务（FCFS) –短任务优先（SJF) –最短剩余时间优先（SRTF) –优先级调度（HPF) –时间片轮转（RR)
例4 装箱问题模拟
问题：用尽可能少的箱子装下若干物体
#include <stdio.h> main() {
int i, j, Cur, N, Max=0; static int S[1001]; scanf("%d", &N); for(i=1; i<=N; i++) {
科学的美不逊于艺术的美。
1.1 科学与科学思维
1. 科学的概念
词源
“science”来源于拉丁文”scientia”, 意为“知识 与学问”。
达尔文
“科学就是整理事实，从中发现规律，作出结 论。”
科学是运用范畴、定理和定律等思维形式反映现 实世界中各种现象的本质和运动规律的知识体系。
1.1 科学与科学思维
2. 科学的分类 广义科学
自然科学：以自然界为主要研究对象，运用实证、理性和 臻美等方法，解释自然的奥秘。
人文科学：以人类为主要研究对象，，运用实地考察、诠 释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精 神素质和思想境界。
以上四个文件分析了美国计算教育出现的问题，报告建议在美国国家科学基金的资助下全面 改革美国的计算教育。以下两个问题和一个建议值得我们注意： ① 大学第一年计算机课程的构建问题； ② 多学科的融合问题； ③ 报告建议加强美国中小学学生抽象思维与写作能力的训练，目的，使学生平稳过渡到
（3）“讨论”出服务排队的核心方法：
–先来先服务（FCFS) –短任务优先（SJF) –最短剩余时间优先（SRTF) –优先级调度（HPF) –时间片轮转（RR)
例4 装箱问题模拟
问题：用尽可能少的箱子装下若干物体
#include <stdio.h> main() {
int i, j, Cur, N, Max=0; static int S[1001]; scanf("%d", &N); for(i=1; i<=N; i++) {
科学的美不逊于艺术的美。
1.1 科学与科学思维
1. 科学的概念
词源
“science”来源于拉丁文”scientia”, 意为“知识 与学问”。
达尔文
“科学就是整理事实，从中发现规律，作出结 论。”
科学是运用范畴、定理和定律等思维形式反映现 实世界中各种现象的本质和运动规律的知识体系。
1.1 科学与科学思维
2. 科学的分类 广义科学
自然科学：以自然界为主要研究对象，运用实证、理性和 臻美等方法，解释自然的奥秘。
人文科学：以人类为主要研究对象，，运用实地考察、诠 释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精 神素质和思想境界。
计算思维与思维导图.ppt
O 当我们必须求解一个特定的问题时，首先会问：解决这个 问题有多么困难？怎样才是最佳的解决方法？计算机科学 根据坚实的理论基础来准确地回答这些问题。表述问题的 难度就是工具的基本能力，必须考虑的因素包括机器的指 令系统、资源约束和操作环境。
O 为了有效地求解一个问题，我们可能要进一步问： 一个近似解是否就够了，是否可以利用一下随机 化，以及是否允许误报（false positive）和漏 报（false negative）。计算思维就是通过约简、 嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问 题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问题。
O 抽象和分解 来迎接庞杂的任务或者设 计巨大复杂的系统。它是关注的分离 （SOC方法）。它是选择合适的方式去陈 述一个问题，或者是选择合适的方式对 一个问题的相关方面建模使其易于处理。 它是利用不变量简明扼要且表述性地刻 画系统的行为。它使我们在不必理解每 一个细节的情况下就能够安全地使用、 调整和影响一个大型复杂系统的信息。 它就是为预期的未来应用而进行的预取 和缓存。
如果读书的目的不是为了了解作者的思路或者纯粹 和作者有关的东西，那么绝对不关心作者或者本书的思 维框架如何，但是在书中可能关心其中某些部分。比如 《如何阅读一本书》中，关心如何做分析阅读，如何做 检视阅读，如何做主题阅读，那么可能要做三个主要的 分支。
O 论证引入 将内容和论证放入相应分枝中,完成了整体框架的构建，这
发展史
O 1971年托尼·巴赞慢慢形成了发射性思考(Radiant Thinking)和思维导图法(Mind Mapping)的概念。思维导 图是大脑放射性思维的外部表现。
O 相对于国外的发展来说，国内的思维导图的应用还刚 刚起步。有越来越多的人走近了这个行列，上海师范 大学教育技术学系主任黎加厚博士，河北省唐山市开 滦二中的齐伟，上海市上南中学的张国正、北京师范 大学网络教育实验室的赵国庆等等已经有众多的教育 界的先行者在关注和积极谈讨它的应用。也已经有相 关的公司在进行思维导图软件的制作开发和汉化工作， 国内的许多的培训机构和公司也在尝试着把思维导图 作为培训课。
O 为了有效地求解一个问题，我们可能要进一步问： 一个近似解是否就够了，是否可以利用一下随机 化，以及是否允许误报（false positive）和漏 报（false negative）。计算思维就是通过约简、 嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问 题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问题。
O 抽象和分解 来迎接庞杂的任务或者设 计巨大复杂的系统。它是关注的分离 （SOC方法）。它是选择合适的方式去陈 述一个问题，或者是选择合适的方式对 一个问题的相关方面建模使其易于处理。 它是利用不变量简明扼要且表述性地刻 画系统的行为。它使我们在不必理解每 一个细节的情况下就能够安全地使用、 调整和影响一个大型复杂系统的信息。 它就是为预期的未来应用而进行的预取 和缓存。
如果读书的目的不是为了了解作者的思路或者纯粹 和作者有关的东西，那么绝对不关心作者或者本书的思 维框架如何，但是在书中可能关心其中某些部分。比如 《如何阅读一本书》中，关心如何做分析阅读，如何做 检视阅读，如何做主题阅读，那么可能要做三个主要的 分支。
O 论证引入 将内容和论证放入相应分枝中,完成了整体框架的构建，这
发展史
O 1971年托尼·巴赞慢慢形成了发射性思考(Radiant Thinking)和思维导图法(Mind Mapping)的概念。思维导 图是大脑放射性思维的外部表现。
O 相对于国外的发展来说，国内的思维导图的应用还刚 刚起步。有越来越多的人走近了这个行列，上海师范 大学教育技术学系主任黎加厚博士，河北省唐山市开 滦二中的齐伟，上海市上南中学的张国正、北京师范 大学网络教育实验室的赵国庆等等已经有众多的教育 界的先行者在关注和积极谈讨它的应用。也已经有相 关的公司在进行思维导图软件的制作开发和汉化工作， 国内的许多的培训机构和公司也在尝试着把思维导图 作为培训课。
计算思维概述
Computational Th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？
精品课件
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
精品课件
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）
精品课件
数学机械化改变着数学家的思考方式
•“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 周M一.以W系真in列（g，思英）文维，名活美Je国动an计。n算et机te
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。
Next x
精品课件
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？
问题分析： X+Y+Z=100 5X+3Y+Z/3=100
精品课件
编程
For x=1 to 100 For y=1 to 100 Z=100-x-y If 5*x+3*y+z/3=100
• 回答10次是与否，就可以猜出该数字。
一、计算改变了什么？ 二、什么是计算？ 三、什么是计算思维？
精品课件
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
精品课件
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）
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数学机械化改变着数学家的思考方式
•“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 周M一.以W系真in列（g，思英）文维，名活美Je国动an计。n算et机te
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。
Next x
精品课件
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？
问题分析： X+Y+Z=100 5X+3Y+Z/3=100
精品课件
编程
For x=1 to 100 For y=1 to 100 Z=100-x-y If 5*x+3*y+z/3=100
• 回答10次是与否，就可以猜出该数字。
第一讲 计算思维概述PPT演示课件
计算思维（构造思维）的培养，将有助于临床医生 提出“整体构架设计解决方案”的治疗方案。
44
计算思维的特性
1 概念化，不是程序化。
抽象
多层次思维
计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家 那样去思维意味着远远不止能为计算机编程。它要 求能够在抽象的多个层次上思维。
45
计算思维的特性
2 基础的，不是机械的技能。
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<>=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？
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。
• A=R，B=R时，A=3，B=3； • A=T，B=S时，A=5，B=0； • A=S，B=T时，A=0，B=5； • A=P，B=P时，A=1，B=1。
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计算思维的特性
1 概念化，不是程序化。
抽象
多层次思维
计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家 那样去思维意味着远远不止能为计算机编程。它要 求能够在抽象的多个层次上思维。
45
计算思维的特性
2 基础的，不是机械的技能。
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<>=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？
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。
• A=R，B=R时，A=3，B=3； • A=T，B=S时，A=5，B=0； • A=S，B=T时，A=0，B=5； • A=P，B=P时，A=1，B=1。
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
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计算思维与计算机文化
第一章 计算思维基础知识
第一章 计算思维基础知识
主要内容 1.1 科学与科学思维 1.2 计算思维的概念 1.3 计算思维的核心概念和方法 1.4 计算思维的应用领域
思维本身让人沉醉……
计算思维除了给计算机技术带来变革，它还让 人们在探索的过程中体验和谐、对称、完备、 简洁等美学属性。
1.1 科学与科学思维
2）科学思维的分类 对应的三大科学研究的思维是理论思维、实验思维和计算思维。 理论思维：
又称推理思维，以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。 实验思维：
又称实证思维，以观察和总结自然规律为特征，以物理学科 为代表。 计算思维：
又称构造思维，以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。
计算思维就是思维过程或功能的计算模拟方法论，其研究的目的是提供 适当的方法，使人们借助现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高 目标。诸如：模式识别、决策、优化和自控等算法都属于计算思维的范畴。
三大思维都是人类科学思维方式中固有的部分。其中，理论思维强调 推理，实验思维强调归纳，计算思维希望能自动求解。他们以不同的方式 推动着科学的发展和人类文明的进步。
➢目的是培养学生像拥有阅读、写作和算术 （3R）基本技能一样拥有计算思维技能，并 能自觉地应用于日常的学习、研究与将来的 工作中，要像计算机科学家那样思考问题。
周以真：原美国卡内基·梅隆大学教授，2013年任微软全球资深副总裁、负责 微软研究院全球各核心研究机构及学术合作部 。2006年对计算思维进行了清晰、 系统的阐述，使计算思维的概念得到人们的极大关注。
• Design：building reliable software systems
评估---Evaluation 4类核心实践
设计---Design
• Programming • Systems and systems thinking
• Modeling, validating, testing, and measuring
3）理论科学、实验科学和计算科学的研究关系
提出理论 测试理论
解释结果
制作模型
提出模型
理论科学
解 释 结 果
计算科学
生
精
验
产
确
证
模
计
理
型
算
论
建模过程 提出实验 数据分析 驱动装置 大型计算 模型验证 数据生产
实验科学
生
提
产
出
数
理
据
论
1.1 科学与科学思维
名人名言 马克思：一门学科，只有运用了数学才算是成熟了的学科。 H.Davy：没有什么比应用新工具更有助于知识的发现。在 不同的时期，人们的业绩不同，与其说是他们天赋智能所 致，倒不如说是他们所拥有的工具和软资源不同所致。
科学的美不逊于艺术的美。
1.1 科学与科学思维
1. 科学的概念
词源
“science”来源于拉丁文”scientia”, 意为“知识 与学问”。
达尔文
“科学就是整理事实，从中发现规律，作出结 论。”
科学是运用范畴、定理和定律等思维形式反映现 实世界中各种现象的本质和运动规律的知识体系。
1.1 科学与科学思维
戴维（SirHumphry Davy 1778～1829），英国化学家
我们认为：一门学科一旦运用了计算科学，它就成为 了先进的学科。 有研究报告显示：计算很可能是人类的一种本能。
1.2 计算思维的概念
1.2 计算思维的概念
1. 计算思维概念的引入 周以真定义： ➢计算思维（Computational Thinking，CT） 是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、 系统设计、和理解人类行为等涵盖计算机科 学广度的一系列思维活动。
计算---Comput7a类t原io理n ：计算机理的功能角度
通信---Commun•• iCCcooammtmpiuuotnanitcioanti：onm：eraenliainbgleadnadtalimtriatsnsomf cisosmiopnutation
协作---Coordi•• nCRaoetcoiordollienncattioionn：：sctooroapgeeraatniodnraemtrioenvgalnoeftwinoforkrmedateionntities 记忆---Recoll•• eAEcvutatiolumoaantitoionn：：pmerefoarnminagncaendprliemdiitcstioonf aauntdomcaaptioancity 自动化-Automatpilaonnning
自然科学（有时也指基础理论科学）
1.1 科学与科学思维
3. 科学思维及其分类 1）科学思维 • 科学思维（Scientific Thinking)是指经过感性阶段获取
的大量材料通过整理和改造，形成概念、判断和推理，以 便反映事物的本质和规律。 • 科学思维是大脑对科学信息的加工活动。 • 科学思维涵盖内容： -- 思维要与客观实际相符 -- 要求遵循形式逻辑的规律和规则 -- 思维要具有创新性 科学研究的方法： -- 理论研究 -- 实验研究 -- 计算研究 理论科学、实验科学和计算科学是推动人类文明进步和科技发 展的主要途径。
• Innovating
计算思维示例
例1 计算函数f(x)区间[a,b]上的积分。
在高等数学中，计算积分是使用牛顿—莱布尼兹公式，
J.M. Wing, “Computational Thinking,” CACMViewpoint, March 2006, pp. 33-35. Paper off /~wing/
P.J.Denning观点
ACM前主席
P.J.Denning观点
➢ Denning认为：计算原理可以总结为7类。
2. 科学的分类 广义科学
自然科学：以Biblioteka 然界为主要研究对象，运用实证、理性和 臻美等方法，解释自然的奥秘。
人文科学：以人类为主要研究对象，，运用实地考察、诠 释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精 神素质和思想境界。
社会科学：以社会领域为主要研究对象，运用调查、统计 和归纳等方法，把握社会规律，解决社会问题，促进社会进 步。 狭义科学
第一章 计算思维基础知识
第一章 计算思维基础知识
主要内容 1.1 科学与科学思维 1.2 计算思维的概念 1.3 计算思维的核心概念和方法 1.4 计算思维的应用领域
思维本身让人沉醉……
计算思维除了给计算机技术带来变革，它还让 人们在探索的过程中体验和谐、对称、完备、 简洁等美学属性。
1.1 科学与科学思维
2）科学思维的分类 对应的三大科学研究的思维是理论思维、实验思维和计算思维。 理论思维：
又称推理思维，以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。 实验思维：
又称实证思维，以观察和总结自然规律为特征，以物理学科 为代表。 计算思维：
又称构造思维，以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。
计算思维就是思维过程或功能的计算模拟方法论，其研究的目的是提供 适当的方法，使人们借助现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高 目标。诸如：模式识别、决策、优化和自控等算法都属于计算思维的范畴。
三大思维都是人类科学思维方式中固有的部分。其中，理论思维强调 推理，实验思维强调归纳，计算思维希望能自动求解。他们以不同的方式 推动着科学的发展和人类文明的进步。
➢目的是培养学生像拥有阅读、写作和算术 （3R）基本技能一样拥有计算思维技能，并 能自觉地应用于日常的学习、研究与将来的 工作中，要像计算机科学家那样思考问题。
周以真：原美国卡内基·梅隆大学教授，2013年任微软全球资深副总裁、负责 微软研究院全球各核心研究机构及学术合作部 。2006年对计算思维进行了清晰、 系统的阐述，使计算思维的概念得到人们的极大关注。
• Design：building reliable software systems
评估---Evaluation 4类核心实践
设计---Design
• Programming • Systems and systems thinking
• Modeling, validating, testing, and measuring
3）理论科学、实验科学和计算科学的研究关系
提出理论 测试理论
解释结果
制作模型
提出模型
理论科学
解 释 结 果
计算科学
生
精
验
产
确
证
模
计
理
型
算
论
建模过程 提出实验 数据分析 驱动装置 大型计算 模型验证 数据生产
实验科学
生
提
产
出
数
理
据
论
1.1 科学与科学思维
名人名言 马克思：一门学科，只有运用了数学才算是成熟了的学科。 H.Davy：没有什么比应用新工具更有助于知识的发现。在 不同的时期，人们的业绩不同，与其说是他们天赋智能所 致，倒不如说是他们所拥有的工具和软资源不同所致。
科学的美不逊于艺术的美。
1.1 科学与科学思维
1. 科学的概念
词源
“science”来源于拉丁文”scientia”, 意为“知识 与学问”。
达尔文
“科学就是整理事实，从中发现规律，作出结 论。”
科学是运用范畴、定理和定律等思维形式反映现 实世界中各种现象的本质和运动规律的知识体系。
1.1 科学与科学思维
戴维（SirHumphry Davy 1778～1829），英国化学家
我们认为：一门学科一旦运用了计算科学，它就成为 了先进的学科。 有研究报告显示：计算很可能是人类的一种本能。
1.2 计算思维的概念
1.2 计算思维的概念
1. 计算思维概念的引入 周以真定义： ➢计算思维（Computational Thinking，CT） 是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、 系统设计、和理解人类行为等涵盖计算机科 学广度的一系列思维活动。
计算---Comput7a类t原io理n ：计算机理的功能角度
通信---Commun•• iCCcooammtmpiuuotnanitcioanti：onm：eraenliainbgleadnadtalimtriatsnsomf cisosmiopnutation
协作---Coordi•• nCRaoetcoiordollienncattioionn：：sctooroapgeeraatniodnraemtrioenvgalnoeftwinoforkrmedateionntities 记忆---Recoll•• eAEcvutatiolumoaantitoionn：：pmerefoarnminagncaendprliemdiitcstioonf aauntdomcaaptioancity 自动化-Automatpilaonnning
自然科学（有时也指基础理论科学）
1.1 科学与科学思维
3. 科学思维及其分类 1）科学思维 • 科学思维（Scientific Thinking)是指经过感性阶段获取
的大量材料通过整理和改造，形成概念、判断和推理，以 便反映事物的本质和规律。 • 科学思维是大脑对科学信息的加工活动。 • 科学思维涵盖内容： -- 思维要与客观实际相符 -- 要求遵循形式逻辑的规律和规则 -- 思维要具有创新性 科学研究的方法： -- 理论研究 -- 实验研究 -- 计算研究 理论科学、实验科学和计算科学是推动人类文明进步和科技发 展的主要途径。
• Innovating
计算思维示例
例1 计算函数f(x)区间[a,b]上的积分。
在高等数学中，计算积分是使用牛顿—莱布尼兹公式，
J.M. Wing, “Computational Thinking,” CACMViewpoint, March 2006, pp. 33-35. Paper off /~wing/
P.J.Denning观点
ACM前主席
P.J.Denning观点
➢ Denning认为：计算原理可以总结为7类。
2. 科学的分类 广义科学
自然科学：以Biblioteka 然界为主要研究对象，运用实证、理性和 臻美等方法，解释自然的奥秘。
人文科学：以人类为主要研究对象，，运用实地考察、诠 释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精 神素质和思想境界。
社会科学：以社会领域为主要研究对象，运用调查、统计 和归纳等方法，把握社会规律，解决社会问题，促进社会进 步。 狭义科学