计算思维概述精品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
计算机基础思维课件-第1章 计算机与计算思维
计算的本质是基于规则的符号串变换，更广义 的说，计算是基于规则的物理状态的变换。
• 1+3+4这样的数学运算可以说是我们最容易认同 的计算；
• 而将一段中文文章翻译成英文也就是计算，因为 其实质是在保持语义不变的前提下，将一串中文 符号变换成对应的英文符号；
• 任何给定一定的输入，经过处理和变换，得到期 望的输出的过程都可以称为计算。
• 计算机的出现，给计算思维的研究和发展带来了 根本性的变化，计算机所具有的对信息和符号的 快速处理能力，使得许多原本只是理论可以实现 的处理过程变成了可以实现的过程。
• 例如，海量数据的处理、复杂系统的模拟、大型 工程的组织等，借助计算机可以实现从想法到产 品整个过程的自动化、精确化和可控化，大大拓 展了人类认知世界和解决问题的能力和范围。
第1章 计算机与计算思维
计算机对我们产生了什么影响？
• 无处不在 • 工作助手 • 生活伙伴
最直观的感受
•深刻影响着人们的思维方式 •影响着很多学科的研究和发展
事实上
1.1计算与计算科学
• 1.1.1 计算与数字化
“计算不再只和计算机有关，它决定着我们的生存”------尼葛洛庞帝 《数字化生存》 该书成为了二十世纪九十年代纽约时报排行榜中的畅销书。
1.1.2 计算科学
• 计算科学是研究计算技术的一门科学，它 具有促进其他科学门类发展的重要作用。 计算技术发展到当今，其特征日益体现 出以下特点：
• 计算手段的器械化， • 计算过程的形式化， • 计算执行的自动化， • 计算对象的泛在化。
• 计算过程的形式化是计算自动执行的前提。 人们首先需要对于计算问题进行抽象，对 其实现形式化的表示；
• 社会计算学科根据社会科学理论，以计算技术为 工具，研究人类社会的组成、关系、结构、层次、 行为、运动等问题，研究社会媒体，促进社会人 群的交流与合作。
• 1+3+4这样的数学运算可以说是我们最容易认同 的计算；
• 而将一段中文文章翻译成英文也就是计算，因为 其实质是在保持语义不变的前提下，将一串中文 符号变换成对应的英文符号；
• 任何给定一定的输入，经过处理和变换，得到期 望的输出的过程都可以称为计算。
• 计算机的出现，给计算思维的研究和发展带来了 根本性的变化，计算机所具有的对信息和符号的 快速处理能力，使得许多原本只是理论可以实现 的处理过程变成了可以实现的过程。
• 例如，海量数据的处理、复杂系统的模拟、大型 工程的组织等，借助计算机可以实现从想法到产 品整个过程的自动化、精确化和可控化，大大拓 展了人类认知世界和解决问题的能力和范围。
第1章 计算机与计算思维
计算机对我们产生了什么影响？
• 无处不在 • 工作助手 • 生活伙伴
最直观的感受
•深刻影响着人们的思维方式 •影响着很多学科的研究和发展
事实上
1.1计算与计算科学
• 1.1.1 计算与数字化
“计算不再只和计算机有关，它决定着我们的生存”------尼葛洛庞帝 《数字化生存》 该书成为了二十世纪九十年代纽约时报排行榜中的畅销书。
1.1.2 计算科学
• 计算科学是研究计算技术的一门科学，它 具有促进其他科学门类发展的重要作用。 计算技术发展到当今，其特征日益体现 出以下特点：
• 计算手段的器械化， • 计算过程的形式化， • 计算执行的自动化， • 计算对象的泛在化。
• 计算过程的形式化是计算自动执行的前提。 人们首先需要对于计算问题进行抽象，对 其实现形式化的表示；
• 社会计算学科根据社会科学理论，以计算技术为 工具，研究人类社会的组成、关系、结构、层次、 行为、运动等问题，研究社会媒体，促进社会人 群的交流与合作。
计算思维PPT_图文
No Image
计算思维的进一步定义
No
通过约简，嵌入，转化，仿
Image
真等方法，把一个困难的问
题转化为人们知道的问题的
解决方法
No
Image
是一种把代码译成数据又能
把数据译成代码，是一种多
维分析推广的类型检查方法；
No
Image
是一种采用抽象和分解来控
制庞杂的任务或进行巨大复
杂系统设计的方法，是基于 关注分离的方法（SoC方法）
PART 03
特性
1.概念化，不是程序化
• 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。
2.根本的，不是刻板的技能
• 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。
No
Image
是一种选择合适的方式去陈
述一个问题，或对一个问题
的相关方面建模使其易于处
理的思维方法；
计算思维的进一步定义
No
是按照预防、保护及通过冗
Image
余、容错、纠错的方式，并
从最坏情况进行系统恢复的
一种思维方法；
No
Image
是利用启发式推理寻求解答，
也即在不确定情况下的规划、
学习和调度的思维方法
No
Image
是利用海量数据来加快计算，
在时间和空间之间，在处理
能力和存储容量之间进行折 衷的思维方法。
PART 02
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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
计算思维与思维导图 ppt课件
O 2010年7月19日至20日，北京大学等九所知名高 校在西安交通大学举办了“C9高校联盟计算机 基础课程研讨会”。教育部高等学校计算机基 础课程教学指导委员会主任陈国良院士亲临大 会，作了“计算思维能力培养研究”的报告。 大会就增强大学生计算思维能力的培养发表了 “C9高校联盟计算机基础教学发展战略联合声 明”。
计算思维与思维导图
1
2020/11/24
计算思维
概念 发展史 理论体系
核心内容 应用方向
2020/11/24
2
精品资料
2020/11/24
3ห้องสมุดไป่ตู้
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
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。
2020/11/24 11
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。
2020/11/24 12
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。
计算思维与思维导图ppt课件
10
• 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。
15
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
19
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。
• 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。
15
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
19
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。
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1 • 一一代入四句供词
• 依次检验“四个人中三个人说真话，一个
2
人说假话”是否成立
• 如果成立，小偷找到
3
24
数学建模
将a,b,c,d四个人进行编号为1,2,3,4。 用变量x存放小偷的编号。 依次将x=1,x=2,x=3,x=4代入问题系统， 检验“三真一假”是否成立。
25
1
A说：我不是小偷 2
13
二、什么是计算
计算的定义：
计算是指运用事先规定的规则，将一组数值变换为另一(所需 的)数值的过程。 ➢ 对某一类问题，如能找到一组确定的规则，当给出这类问 题中的任一具体问题后，按规则可以完全机械地在有限步内 求出结果，则说这类问题是可计算的。这种规则就是算法。
14
• 猜数游戏：有自然数1--1000，随机选取其 中的一个数，请大家猜数。
问题建模
图论中最小路径 算法
B
A
C
D
E
22
警察抓小偷
警察局抓了a，b，c，d四名偷窃嫌疑犯，其 中只有一人是小偷，审讯记录如下：
• A说：我不是小偷 • B说：c是小偷 • C说：小偷肯定是d • D说：c在冤枉人
四个人中，三个人说的是真话，一个人说的是假话， 请问谁是小偷？
23
问题分析
• 依次假设每个人是小偷的情况
5
计算博弈理论改变着经济学家思考方式
博弈论指的是研究人与人之间行为互动的一般理论。 所谓社会，就是互动。
1943年，冯•诺依曼《博弈论和经济行为》著作首 次介绍了博弈论。
博弈论：两人以上参与，双方对另一方的行为产生影响。 计算思想在诺贝奖获奖理论中占到70%以上的比例。
计算思维的定义
• “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 的一系列思维活动。
周以真（英文名Jeannette M. Wing，），美国计算 机科学家。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。
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。
• 回答10次是与否，就可以猜出该数字。
开 始 游 戏
15
二分查找法
实际问题
设计算法
编程实现
16
3.计算思维的特征
计算工具与思维方式的相互影响 • 家迪科斯彻：我们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。 • 计算思维是各个专业求解问题的基本途径。
17
3. 计算思维的特征
6
社会计算改变社会学家的思考方式
根据社会科学理论，以计算技术为工具，可以： 研究人类社会的组成、关系、结构、层次、行为、运动 等问题；研究社会媒体，促进社会人群的交流与合作。
7
一、计算改变了什么
二．计算改变了工作方式
– 数字化会议 – 数字化医疗 – 数字化教学 – 数字化制造
8
数字化会议
9
数字化医疗
18
问题求解中的计算思维
系统设计
问题求解
建立问题模型
人类行为 理解
选择算法
编程实现
19
铺路问题
• 有一座城市需要 铺路，不仅每栋 房子都能沿着铺 好的道路到达其 他所有的房子， 而且用的石砖最 少。
• 设有三栋房子和 三条路，哪些路 是必须要铺上石 砖的？
20
• 如果是5栋房子？
1
2
3
4
5
21
10
数字化教学
11
数字化制造
12
计算改变了世界
• 美国学者尼葛洛庞帝在其 1996年出版的《数字化生 存》一书中提出的，按照 他的解释，计算不再只与 计算机有关，它决定我们 的生存。
尼葛洛庞帝 （Negroponte）为美国麻 省理工学院教授及媒体实验室的创办人。 西方媒体推崇他为电脑和传播科技领域 最具影响力的大师之一， 1996年7月被 《时代》周刊列为当代最重要的未来学 家之一。
Computational Thinking
—
1
计算思维引言
计算不再只和计算机有关，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？
2
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
数学机械化，就是刻板化和规格化。---吴方法（吴文俊） 数学问题的机械化，就是要求在运算或证明过程中，每 前进一步之后，都有一个确定的、必须选择的下一步， 这样沿着一条有规律的、刻板的道路，一直达到结论。
吴文俊-中科院资深院士
吴先生创立了初等几 何定理证明的机械化 方法，国际上称“吴 方法”，首次实现了 高效的几何定理的机 器证明。
3
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）
4
数学机械化改变着数学家的思考方式
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<>4)=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？
29
计算机解题方法
• 计算机解决问题步骤：
– 理解问题，寻找解决问题的条件； – 从问题抽象出适当的数学模型，然后设计解决这个数学模
型的算法； – 按照算法编写程序，并调试、测试、运行程序，得到最终
解答。
发现问题 分析问题
问题
预见问题 解决问题
30
系统设计中的计算思维
• 将系统中的变换过程映射为符号变换——形式化， 然后就可以用计算机进行处理。
• 依次检验“四个人中三个人说真话，一个
2
人说假话”是否成立
• 如果成立，小偷找到
3
24
数学建模
将a,b,c,d四个人进行编号为1,2,3,4。 用变量x存放小偷的编号。 依次将x=1,x=2,x=3,x=4代入问题系统， 检验“三真一假”是否成立。
25
1
A说：我不是小偷 2
13
二、什么是计算
计算的定义：
计算是指运用事先规定的规则，将一组数值变换为另一(所需 的)数值的过程。 ➢ 对某一类问题，如能找到一组确定的规则，当给出这类问 题中的任一具体问题后，按规则可以完全机械地在有限步内 求出结果，则说这类问题是可计算的。这种规则就是算法。
14
• 猜数游戏：有自然数1--1000，随机选取其 中的一个数，请大家猜数。
问题建模
图论中最小路径 算法
B
A
C
D
E
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警察抓小偷
警察局抓了a，b，c，d四名偷窃嫌疑犯，其 中只有一人是小偷，审讯记录如下：
• A说：我不是小偷 • B说：c是小偷 • C说：小偷肯定是d • D说：c在冤枉人
四个人中，三个人说的是真话，一个人说的是假话， 请问谁是小偷？
23
问题分析
• 依次假设每个人是小偷的情况
5
计算博弈理论改变着经济学家思考方式
博弈论指的是研究人与人之间行为互动的一般理论。 所谓社会，就是互动。
1943年，冯•诺依曼《博弈论和经济行为》著作首 次介绍了博弈论。
博弈论：两人以上参与，双方对另一方的行为产生影响。 计算思想在诺贝奖获奖理论中占到70%以上的比例。
计算思维的定义
• “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 的一系列思维活动。
周以真（英文名Jeannette M. Wing，），美国计算 机科学家。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。
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。
• 回答10次是与否，就可以猜出该数字。
开 始 游 戏
15
二分查找法
实际问题
设计算法
编程实现
16
3.计算思维的特征
计算工具与思维方式的相互影响 • 家迪科斯彻：我们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。 • 计算思维是各个专业求解问题的基本途径。
17
3. 计算思维的特征
6
社会计算改变社会学家的思考方式
根据社会科学理论，以计算技术为工具，可以： 研究人类社会的组成、关系、结构、层次、行为、运动 等问题；研究社会媒体，促进社会人群的交流与合作。
7
一、计算改变了什么
二．计算改变了工作方式
– 数字化会议 – 数字化医疗 – 数字化教学 – 数字化制造
8
数字化会议
9
数字化医疗
18
问题求解中的计算思维
系统设计
问题求解
建立问题模型
人类行为 理解
选择算法
编程实现
19
铺路问题
• 有一座城市需要 铺路，不仅每栋 房子都能沿着铺 好的道路到达其 他所有的房子， 而且用的石砖最 少。
• 设有三栋房子和 三条路，哪些路 是必须要铺上石 砖的？
20
• 如果是5栋房子？
1
2
3
4
5
21
10
数字化教学
11
数字化制造
12
计算改变了世界
• 美国学者尼葛洛庞帝在其 1996年出版的《数字化生 存》一书中提出的，按照 他的解释，计算不再只与 计算机有关，它决定我们 的生存。
尼葛洛庞帝 （Negroponte）为美国麻 省理工学院教授及媒体实验室的创办人。 西方媒体推崇他为电脑和传播科技领域 最具影响力的大师之一， 1996年7月被 《时代》周刊列为当代最重要的未来学 家之一。
Computational Thinking
—
1
计算思维引言
计算不再只和计算机有关，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？
2
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
数学机械化，就是刻板化和规格化。---吴方法（吴文俊） 数学问题的机械化，就是要求在运算或证明过程中，每 前进一步之后，都有一个确定的、必须选择的下一步， 这样沿着一条有规律的、刻板的道路，一直达到结论。
吴文俊-中科院资深院士
吴先生创立了初等几 何定理证明的机械化 方法，国际上称“吴 方法”，首次实现了 高效的几何定理的机 器证明。
3
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）
4
数学机械化改变着数学家的思考方式
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
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编程实现
For x=1 to 4 If (x<>1+(x=3)+(x=4)+(x<>4)=3) then Print x
Next x
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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？
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计算机解题方法
• 计算机解决问题步骤：
– 理解问题，寻找解决问题的条件； – 从问题抽象出适当的数学模型，然后设计解决这个数学模
型的算法； – 按照算法编写程序，并调试、测试、运行程序，得到最终
解答。
发现问题 分析问题
问题
预见问题 解决问题
30
系统设计中的计算思维
• 将系统中的变换过程映射为符号变换——形式化， 然后就可以用计算机进行处理。