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第六章 计算与计算思维ppt
【案例】毕加索画牛的抽象过程。
国内学者/专家的观点
计算思维是人类应具备的第三种思维 实验思维: 实验 观察 发现、推断与总结. ---观察与归纳 理论思维: 假设/预设 定义/性质/定理 证明. ---推理和演绎 计算思维: 设计, 构造 与 计算. ---设计与构造 计算思维关注的是人类思维中有关可行性、可构造性和可评价性的部分 当前环境下，理论与实验手段在面临大规模数据的情况下，不可避免地要
理。
【扩展】沃尔夫勒姆（Wolfram）在《一种新科学》书中指出：
自然界的本质是计算，但计算的本质必须用实验探索。 • 世界的底层规则是简单的、决定性的，但是这些规则生成
的人类行为却极端复杂。 • 我认为宇宙像pi一样，虽然无穷无尽但可以计算到任意精
度。 • 审视一下新出现的关于自然界的模型，我们会看到，基于
因为计算思维的学习不需要太多的数学基础，它不是数学思 维，尽管数学思维对其有很大的影响
不要受各自专业认知的影响和干扰，这些观点“我学了文科 专业，就学不好计算思维”，“我学了文科专业就不需要计算 思维”是要不得的！
系统是龙，算法是睛，画龙要点睛。
解决问题的算法
• 算法是问题求解过程的精确描述。 • 求解一个问题时，可能会有多种算法可供选择。 • 算法选择：正确性，可靠性，简单性，存储空间，执
行速度等。 问题的抽象描述
• 对问题用数学形式描述它； • 检查描述是否合适，如果不合适，再换一种方式； • 通过反复尝试，达到满意的结果。
机器计算
知道计算规则，但超出人的计算能力，无法获得计算结果 人可能无法完成但却可由机器自动完成，借助于机器获得 计算结果 设计一些简单的规则，让机器通过重复执行来完成计算， 也就是使用机器来代替人进行自动计算，比如圆周率计算 等。
人工智能概论课件-第1章 计算机技术与计算思维基础
、
1.1 计算机技术
1.1.1 计算机的发展 计算机的分代 （4）第4代 • CPU：LSI、VLSI（大规模、超大规模集成电路） • 体积更小
（4）第4代 （7•0年速代度中上期千至万今次）/ 秒~数十万亿次/秒 • 软件丰富 • 应用范围扩大：各个领域
1.1计算机技术
1.1.2 计算机的特点
1.1.1 计算机的发展
(1) ENIAC（埃尼阿克） 世界上第一台电子计算机诞生于 1946年，美国宾夕法尼亚大学； (2)规模 18000多个电子管，170平 方米，30吨,功率140千瓦； (3)速度 5000次/秒。
1.1 计算机技术
1.1.1 计算机的发展 • 70多年来发展速度之快大大超出人们的预料： – 性能、体积、价格、··· – 应用领域 – 软件技术和软件产品
1.1 计算机技术
1.1.5 中国计算机发展简史 第二代晶体管计算机研制(1965-1972年)
哈军工（国防科大前身）于1965年2 月成功推出了441B晶体管计算机并小 批量生产了40多台。
1.1 计算机技术
1.1.5 中国计算机发展简史
第三代基于中小规模集成电路的计算机研制(1973-80年代初)
第四代基于超大规模集成电路的计算机研制(80年代中期至今)
《计算思维与人工智能基础》课程质量标准PDF版进店另有word版或PPT版
《计算思维与⼈⼯智能基础》课程质量标准PDF版进店另有word版或PPT版《计算思维与⼈⼯智能基础》课程教学质量标准32学时 2学分“计算思维与⼈⼯智能基础”是⾼校计算机基础教育的第⼀门公共基础必修课，在培养学⽣的计算思维⽔平以及⼈⼯智能基础理论⽅⾯具有基础性和先导性的重要作⽤，适⽤于⾮计算机专业学⽣。
该课程主要讲述计算机与计算思维、互联⽹与物联⽹、计算机求解问题基础、⼈⼯智能基础和计算问题案例。
通过该课程的学习，使学⽣对计算思维和⼈⼯智能学科有⼀个整体的认识，掌握计算机软硬件的基础知识，计算机求解问题的基本⽅法以及⼈⼯智能的基本知识，以培养学⽣的信息素养和计算思维能⼒，运⽤计算机解决实际问题的能⼒，进⼀步提⾼学⽣对⼈⼯智能的整体认知和应⽤⽔平。
⼀、课程⽬标通过本课程学习，使学⽣了解计算机发展趋势，认识计算机在现代社会中的地位和作⽤，理解计算思维的概念、本质及应⽤，掌握计算机的基本⼯作原理，掌握⼈⼯智能学科的基本知识，熟悉计算机求解问题的基本⽅法，熟悉典型的计算机操作环境及⼯作平台，具备使⽤常⽤软件⼯具处理⽇常事务的能⼒。
该课程应培养学⽣利⽤计算机分析问题、解决问题的意识与能⼒，并为学⽣学习计算机的后续课程打下坚实的基础。
⼆、课程内容、要求及学时分配主要教学内容5第5章⼤数据与云计算1）理解⼤数据的特点。
2）了解⼤数据对于科学研究和思维⽅式的影响。
3）理解⼤数据应⽤案例。
4）理解云计算的概念。
5）了解云计算的关键技术。
6）理解云计算的应⽤。
26 第6章计算机求解问题基础—算法1）理解算法的概念。
2）了解如何设计算法。
3）掌握算法的主要描述⼯具。
4）掌握枚举算法的基本原理。
5）掌握递推算法的基本原理。
6）了解递归算法的基本原理。
7）熟练运⽤枚举算法和递推算法解决实际问题。
8）理解冒泡排序、选择排序算法。
67第7章⼈⼯智能概述1）了解智能、⼈⼯智能的概念；2）了解⼈⼯智能的发展历程；3）理解图灵测试的基本原理；4）了解⼈⼯智能当前主要的应⽤领域；5）理解⼈⼯智能+的概念；48第8章搜索与博弈1）理解⼈⼯智能搜索的本质：2）掌握状态空间表⽰法；3）了解深度优先、宽度优先搜索的基本原理4）理解博弈的相关概念5）掌握极⼤极⼩过程的基本原理49第9章机器学习1）了解机器学习的概念、发展历程；2）理解机器学习的分类及依据；3）理解学习系统的基本模型；4）掌握常见的距离及相似度度量⽅法；5）掌握决策树ID3算法的原理与步骤；6）掌握k-means算法的原理与步骤；5合计32三、师资队伍课程负责⼈：具有计算机专业相关的硕⼠学位或副教授以上职称的教师。
《计算智能》PPT课件
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4.2.1 人工神经网络的研究与发展（续）
1982年，美国加州理工学院物理学家Hopfield提出了一种 新的神经网络HNN。引入了“能量函数”的概念，使得网 络稳定性研究有了明确的判据。
HNN的电子电路物理实现为神经计算机的研究奠定了基础， 并将其应用于目前电子计算机尚难解决的计算复杂度为NP 完全型的问题，例如著名的“旅行商问题”(TSP)，取得很 好的效果。
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4.2神经计算（续）
（2）Rumellhart，McClelland，Hinton的并行 分布处理 （PDP）
1）一组处理单元（PE或AN）；
2）处理单元的激活状态（ai）； 3）每个处理单元的输出函数（fi）； 4）处理单元之间的联接模式；
5）传递规则（Σwijoi）； 6）把处理单元的输入及当前状态结合起来产生激活
从事并行分布处理研究的学者，于1985年对Hopfield模型 引入随机机制，提出了Boltzmann机。1986年 Rumelhart等人在多层神经网络模型的基础上，提出了多 层神经网络模型的反向传播学习算法(BP算法)，解决了多 层前向神经网络的学习问题，证明了多层神经网络具有很强 的学习能力，它可以完成许多学习任务，解决许多实际问题。
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4.1概述（续）
图中中间部分共有9个节点，表示9个研究领 域或学科。节点之间的距离衡量领域间的差 异，如CNN与CPR间的差异要比BNN与BPR之间 的差异小的多。
图中符号→表示“适当的子集”。如中层 ANN⊂ARP ⊂AI，对于右列有：CI⊂AI ⊂BI等
在定义时，任何计算机系统都是人工系统， 但反命题不能成立。
值的激活规则（Fi）； 7）通过经验修改联接强度的学习规则；
计算思维概述 ppt课件
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。
计算思维导论教材课件
计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
爱因斯坦：设法将人们杂乱无章的 感觉经验加以整理，使之符合逻辑 一致的思想系统，就叫科学。
科学作为一种存在的事物和 完整的事物，是人类认知的 事物中最客观的。但科学在 形成过程中，作为追求的目 的，却如同人类的其他认知 一样，是主观的也是受心理 制约的。
若都保持沉默(“合作”)，则一同入狱1年； 若是互相检举(互相“背叛”)，则一同入狱5年
若你认罪并检举对方(“背叛”对方)，他保持沉默，他入人 狱10年，你可以获释(反之亦然)
结果两人都选择了招供（最希望的结果）。
计算思维 基础知识
孤立地看，这是最符合个体利益的“理性”选择。以A为例： 若B招供，A自己招供获刑5年，不招供获刑10年；若B不招供， 自己招供可以免刑，不招供获刑1年。 两种情况下，选择招供都更有利，事实上却比两人都拒不招供 的结果糟。 由囚徒困境可知，公共生活中，如果每个人都从眼前利益、个 人利益出发，结果会对整体的利益(间接对个人的利益)造成 伤害。
计算学科的基本问题：什么能被（有效地）自动进行。
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计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
计算学科是在数学和电子科学基础上发展起 来的一门新兴学科，它既是一门理论性很强的学 科，又是一门实践性很强的学科。
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计算思维 基础知识
1.1 科学与计算科学
四、计算机科学与计算机学科
计算机科学/Computer Science：研究计算机及其周围 各种现象和规律的科学。 分类：理论计算机科学、应用计算机科学。 计算机学科/Computer Discipline：研究计算机的设计 与制造和利用计算机进行信息获取、表示、储存、处 理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。 计算机科学侧重研究现象与揭示规律，计算机技术则 侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法和 技术手段。
计算思维与思维导图ppt课件
• 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。
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理论体系
• 脑科学 大量实验研究和临床证据表明，人的大脑分左右
两个半球，思维导图运用了学生的左右两边大脑一起 参与学习和记忆。一般而言,左脑偏重于逻辑思维,右 脑偏重于形象思维,形象记忆更轻松、更容易被人所接 受。
• 认知心理学 结构性知识也称理性知识,指某一领域内各概念如
何相互关联的知识。结构性知识将陈述性知识整合成 有用的知识结构,描述了个体对不同内容领域概念的组 织(知识结构)。结构性知识有助于促进先前知识的运 用。
• 计算思维不仅影响着美国，也影响着英国的教 育，在英国的爱丁堡大学，人们在一连串的研 讨会上探索与计算思维有关的主题。每次研讨 会，都有不少专家讨论计算思维对不同学科的 影响。研讨会上所涉及的学科已延伸到哲学、 物理、生物、医学、建筑、教育等各个不同的 领域。
• 国内有关计算思维的研究 上世纪80年代，钱学森先生在总结前人的
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应用方向
• 思维导图可以用于工作、学习和生活中的任何 一个领域里。
• 1、作为个人：计划，项目管理，沟通，组织 ，分析解决问题等；
• 2、作为学习者：记忆，笔记，写报告，写论 文，做演讲，考试，思考，集中注意力等；
• 3、作为职业人士：计划，沟通，项目管理， 组织，会议，培训，谈判，面试，评估，掀起 头脑风暴等。
计算思维与智能计算基础课程概述
第8章课程概述本章重点介绍云计算的发展历程，特点，服务模式，核心技术、部署模式与典型应用案例。
1云计算概述第节云计算概述概念发展简史主要特点云平台的介绍什么是云计算？云计算的发展简史1963年，美国国防部高级研究计划局（DARPA）启动了著名的MAC项目。
SUN公司推出了网格计算概念谷歌公司CEOEric Schmidt在搜索引擎大会上首次提出“云计算”的概念。
“云计算”已经成为了可有效驾驭庞大计算资源的成熟技术，形成了完整的产业。
19632006至今1983年云计算的主要特点04按需服务05安全性01大规模、分布式02虚拟化03高可靠性和扩展性云平台的介绍阿里云微软Microsoft Azure腾讯云2云计算的基本模式第节云计算的基本模式服务模式核心技术部署模式云计算平台的常见服务云计算的服务模式SaaSSaaS通过网络提供软件服务。
在这种模式下，用户不需要再花费大量投资用于硬件、软件和开发团队的建设，只需要支付一定的租赁费用，就可以通过互联网享受到相应的服务，而且整个系统的维护也由厂商负责。
SaaS的示例有很多，例如百度云盘，用户不需要投入硬盘来存储自己的文件，用户可能只需要支付一部分的租赁费用就可以将需要保存的文件交给百度云盘的厂商保存。
PaaSPaaS层介于软件即服务与基础设施即服务之间。
PaaS提供用户将云端基础设施部署与创建至客户端，或者借此使用编程语言、程序库与服务。
PaaS将软件研发的平台作为一种服务，以软件即服务模式交付给用户。
PaaS提供软件部署平台，抽象掉了硬件和操作系统细节，可以无缝地扩展。
开发者只需要关注自己的业务逻辑，不需要关注底层。
即PaaS为生成、测试和部署软件应用程序提供一个环境。
PaaS元素之间关系IaaSIaaS是通过互联网提供数据中心、基础架构硬件和软件资源，并根据用户对资源的实际使用量或占用量进行计费的一种服务模式。
虚拟化技术是实现IaaS的核心技术。
我们知道云计算平台上的云主机其实都是虚拟机，但是我们在使用的时候，跟使用一台真实的机器没有任何区别，这就是使用了虚拟化技术的结果。
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《计算思维与人工智能基础》课程教学质量标准
32学时 2学分
“计算思维与人工智能基础”是高校计算机基础教育的第一门公共基础必修课，在培养学生的计算思维水平以及人工智能基础理论方面具有基础性和先导性的重要作用，适用于非计算机专业学生。
该课程主要讲述计算机与计算思维、互联网与物联网、计算机求解问题基础、人工智能基础和计算问题案例。
通过该课程的学习，使学生对计算思维和人工智能学科有一个整体的认识，掌握计算机软硬件的基础知识，计算机求解问题的基本方法以及人工智能的基本知识，以培养学生的信息素养和计算思维能力，运用计算机解决实际问题的能力，进一步提高学生对人工智能的整体认知和应用水平。
一、课程目标
通过本课程学习，使学生了解计算机发展趋势，认识计算机在现代社会中的地位和作用，理解计算思维的概念、本质及应用，掌握计算机的基本工作原理，掌握人工智能学科的基本知识，熟悉计算机求解问题的基本方法，熟悉典型的计算机操作环境及工作平台，具备使用常用软件工具处理日常事务的能力。
该课程应培养学生利用计算机分析问题、解决问题的意识与能力，并为学生学习计算机的后续课程打下坚实的基础。
二、课程内容、要求及学时分配
主要教学内容
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第5章
大数据与云计
算
1）理解大数据的特点。
2）了解大数据对于科学研究和思维方式的影响。
3）理解大数据应用案例。
4）理解云计算的概念。
5）了解云计算的关键技术。
6）理解云计算的应用。
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6 第6章计算机
求解问题基础
—算法
1）理解算法的概念。
2）了解如何设计算法。
3）掌握算法的主要描述工具。
4）掌握枚举算法的基本原理。
5）掌握递推算法的基本原理。
6）了解递归算法的基本原理。
7）熟练运用枚举算法和递推算法解决实际问题。
8）理解冒泡排序、选择排序算法。
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第7章
人工智能概述1）了解智能、人工智能的概念；
2）了解人工智能的发展历程；
3）理解图灵测试的基本原理；
4）了解人工智能当前主要的应用领域；
5）理解人工智能+的概念；
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第8章
搜索与博弈1）理解人工智能搜索的本质：
2）掌握状态空间表示法；
3）了解深度优先、宽度优先搜索的基本原理
4）理解博弈的相关概念
5）掌握极大极小过程的基本原理
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第9章
机器学习1）了解机器学习的概念、发展历程；
2）理解机器学习的分类及依据；
3）理解学习系统的基本模型；
4）掌握常见的距离及相似度度量方法；
5）掌握决策树ID3算法的原理与步骤；
6）掌握k-means算法的原理与步骤；
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合计32
三、师资队伍
课程负责人：具有计算机专业相关的硕士学位或副教授以上职称的教师。
主讲教师配置要求：具有计算机相关专业硕士学位或受聘计算机相关学科中级及以上职称。
四、教材及教学参考
1. 建议教材
周勇.计算思维与人工智能基础. 人民邮电出版社，2019
2.参考书
(1) 计算思维与计算文化（第5版）. 人民邮电出版社，2017
(2) 郝兴伟，大学计算机--计算思维的视角（第3版）.高等教育出版社，2014
(3) 战德臣，聂兰顺等. 大学计算机（第2版）——计算与信息素养. 高等教育出版
社，2014
(4) 蔡自兴.人工智能及其应用（第5版）.清华大学出版社，2016
(5) 冉娟，吴艳，张宁.RAPTOR流程图+算法程序设计教程.北京邮电大学出版社，2017
五、教学组织
1．教学构思、教学设计、教学手段
针对本课程的特点和教学目标，进行合理的教学设计，结合计算思维能力培养，优化教学内容，改革教学方法，体现以学生为主体、以教师为主导的教育理念。
采用启发式教学、案例式教学、研讨式教学等多种教学方法，调动学生学习积极性，提高课程教学质量。
课程采用线上线下结合的授课模式。
2．课程服务
授课教师除了组织课堂研讨外，周末为学生提供答疑服务。
按照教学进度布置课外作业，教师对每次作业批改量达到1/3，并及时对作业进行讲评。
六、课程考核
本课程考核分为过程考核和期末考试相结合的考核方式。
本课程最终成绩由平时成绩(占50%)和期末考试成绩(占50%)按比例合成，成绩采用百分制。
平时成绩主要包含课堂考勤，线上章节测试，课堂测试等，期末考试采用上机考试的方式。
七、说明
1.本课程标准适用于非计算机专业学生第一学期学习。
制定者：
审定者：批准者：。