计算思维概述
计算思维——概念与挑战
计算思维——概念与挑战计算思维——概念与挑战计算思维，是指通过运用计算机科学的基本原理和思维方法，结合人类的思考方式，解决问题、辅助决策或实现创新的一种思维方式。
它强调运用计算机科学的技术和思维来解决各种复杂的问题，促使我们能够更好地分析、理解和解决实际的困难。
计算思维的概念与挑战涉及多个方面。
首先，计算思维是一个多学科综合体。
它结合了计算机科学、信息技术、数学、逻辑学、统计学等多个学科的知识，使我们能够更好地应对复杂的问题。
其次，计算思维是一种跨学科的思维模式。
它将计算机科学与其他学科的思维方式进行结合，促进信息的分析和理解。
它不仅涉及到问题的分解和抽象，还需要我们能够进行模式识别、数据验证和算法设计。
此外，计算思维还需要我们具备创新思维和合作意识。
在解决问题的过程中，我们需要形成创新的思维方式，发展自己的创新能力。
同时，计算思维也需要我们具备团队合作的能力，与他人共同解决问题。
然而，计算思维也面临着一些挑战。
首先，计算思维需要我们具备一定的数学基础。
在解决问题的过程中，我们需要进行数据的分析和计算，这就需要我们具备一定的数学知识。
其次，计算思维需要我们具备信息处理和数据分析的能力。
在信息时代，我们面对的是海量的信息，如何从中准确地提取和分析有效的信息，对我们的计算思维提出了挑战。
此外，计算思维还需要我们具备创造性思维能力。
在日常生活和学习中，我们经常面临各种复杂的问题，通过计算思维来解决这些问题需要我们具备创造性思维，能够从不同角度思考问题，提出新的解决方案。
为了培养和提高计算思维，我们可以采取一些相应的措施。
首先，我们可以借助计算机进行实践操作。
通过实际操作，我们才能更好地理解和掌握计算思维的概念和方法。
其次，我们可以参与计算思维的相关活动。
比如，参与数学竞赛、编程比赛、科学实验等活动，从中锻炼和提高自己的计算思维能力。
此外，我们还可以借助互联网资源进行学习。
如今，互联网提供了各种各样的学习资源，我们可以通过搜索引擎查找相关资料、参与在线课程等，来提高自己的计算思维能力。
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。
计算思维概述
计算思维概述
算思维概述通过简约、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
我们知道问题怎样解决的方法：
是一种递归思维美食一种并行处理，是一种多维分析推广的类型检查方法；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；是对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；式按照预防、保护及通过冗余、通错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法；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；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中的思维方法。
计算思维概述通
过简约、嵌入、转化
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个看来困难的问题重新 阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法：是一种递归思维美食一种并行处理，是一种多维分析推广的类型检查方法；是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或
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进行巨大复杂系统设计的方法；是对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；式按照预防、保护及通过冗余、通错、纠错的方式，并
从最坏情况进行系统
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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；
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
折中的思维方法。
计算思维.doc
计算思维一．计算思维的定义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。
进一步地定义为：1．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问题怎样解决的方法；2．是一种递归思维，是一种并行处理，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；3．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（S oc方法）；4．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；5．是按照预防、保护及通过冗余、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；6．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；7．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。
计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。
二．计算思维的深层次理解1．计算思维的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。
2．计算思维的内容计算思维最根本的内容，即其本质（Essence）是抽象（Abstraction）和自动化（Automation）。
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。
与数学和物理科学相比，计算思维中的抽象显得更为丰富，也更为复杂。
数学抽象的最大特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性，而仅保留其量的关系和空间的形式，而计算思维中的抽象却不仅仅如此。
操作模式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。
计算思维的4大基本特征
计算思维的4大基本特征1、计算思维的定义及意义计算思维是指通过数学、逻辑、科学等方法对问题进行分析、推理、解决的思维方式。
随着社会的发展和科技的进步，计算思维越发重要，成为了现代社会生活和工作的必备技能。
计算思维的培养不仅可以提高个人的解决问题的能力，还有助于拓展人们的思维方式和创造力，培养创新精神，为未来的发展打下坚实的基础。
2、计算思维的4大基本特征计算思维的4大基本特征是抽象化、逻辑性、算法性和可视性。
2.1、抽象化抽象化是指将具体的事物或问题进行概括、简化，提炼出其中的本质特征或规律。
抽象化的过程中需要对信息进行分类、筛选、归纳，摒弃无关因素，保留重要信息，从而得出问题的本质及其解决方法。
抽象化是计算思维的基础，是从具体到抽象的认知过程，有助于培养人们捕捉问题本质的能力。
2.2、逻辑性逻辑性是指运用逻辑原则和规律进行推理和判断的能力。
在计算思维中，逻辑思维是非常重要的，因为计算思维需要遵循一定的规律和原则，而逻辑思维可以帮助我们正确理解问题和分析问题，明确事物之间的关系和联系，对问题进行合理的归纳、推理、演绎。
2.3、算法性算法性是指将解决问题的思路和方法，制定成为一定的步骤或程序，从而得出正确的解决方案。
计算思维需要运用到很多算法，如排序、查找、加密、压缩等，而这些算法的运用需要严格按照规定的步骤进行实现。
算法性的特点，让计算思维的解决问题方式具有方法性和规范性，有助于培养人们的计算能力。
2.4、可视化可视化是指利用图表、模型等手段将信息和问题表现为形象的视觉化形式。
视觉化有助于人们更清晰地理解和分析问题，让问题和解决方法更易于理解和呈现，从而提高计算思维的效率。
在现代科技与信息时代，可视化的特点被广泛应用在数据分析、可视化交互设计、数学建模等领域，是非常重要的计算思维特征。
3、计算思维的实际应用计算思维在现代社会的应用十分广泛。
例如，在教育领域，计算思维已成为越来越多国家的课程标准；在商业领域，计算思维被用于数据分析、市场研究、运营管理等方面；在科技领域，计算思维被广泛应用于人工智能、机器学习、大数据、区块链等前沿领域；在日常生活和工作中，计算思维能够帮我们更快、更准确地解决问题，并加强创新能力。
计算思维导论01-计算思维和计算
计算与自动计算
2．计算科学的基本问题 计算科学的基本问题是“什么能够被有效地自动计算， 什么不能被有效地自动计算？” (1)哪些问题可以在有限时间和有限空间内自动计算，计 算的时间和空间复杂度怎样？ (2)通过人类的各种思维模式，如何设计有效的计算方法 ，以减少计算的时间和空间复杂度。
1.3 计算工具的发展史
2．计算机的雏形——机械式计算器
1. 机械式计算器可以自动完成计算，操作者不需要了解 算法.
2. 1642年，帕斯卡加法器 3. 1673年，莱布尼兹乘法器 4. 1822年，差分机 5. 库塔（Curta）
3．电子计算机
1. 电子计算机能够自动自动存储数据，能够理解和自动 执行任意的复杂规则，能进行任意形式的计算。
1 计算思维和计算
天津科技大学 计算机公共基础系
1
目录
1.1 计算思维概述 1.2 计算与自动计算 1.3 计算工具的发展史
1.1计算思维概述
计算思维是指计算机、软件以及计算相关学科的科学家 和工程技术人员的思维方法。
计算思维定义
美国CMU大学周以真教授： 计算思维是运用计算科学的基础概
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。
1.3.2 元器件的发展
1. 元器件发展中经历了电子管、晶体管、集成电路三个 阶段
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。
计算思维概念知识点总结
计算思维概念知识点总结计算思维概念知识点总结计算思维是一种关于解决问题和处理信息的思维方式，强调运用信息技术和计算方法来分析和解决问题。
随着智能时代的到来，计算思维的重要性日益凸显，对于培养创新能力和解决实际问题具有重要意义。
本文将综述计算思维的相关概念和知识点，包括算法思维、抽象思维、系统思维、逻辑思维、创新思维等。
一、算法思维算法思维是指从问题到解决方案的过程中，通过设计和运用算法的思维方式。
算法思维强调问题的分解和解决方案的设计，需要具备分析问题的能力和设计解决方案的能力。
对于初学者而言，可以通过学习和实践编程来培养算法思维，掌握常见的算法和数据结构。
二、抽象思维抽象思维是将事物或问题的共性和关键特征抽取出来，形成概念和模型的思维方式。
抽象思维能够帮助我们理清事物之间的关系和逻辑，从而更好地分析和解决问题。
在计算思维中，抽象思维常见于问题建模、问题转化和解决方案的设计过程中。
三、系统思维系统思维是指从整体和结构的角度来看待问题，考虑事物之间的相互关系和影响。
系统思维能够帮助我们发现问题的本质和内在规律，从而提出更好的解决方案。
在计算思维中，系统思维常见于设计复杂系统和优化方案的过程中。
四、逻辑思维逻辑思维是指按照严谨的逻辑和推理方式来分析和解决问题的思维方式。
逻辑思维能够帮助我们通过推理和演绎来验证和证明问题的正确性，从而提高问题解决的准确性和效率。
在计算思维中，逻辑思维常见于设计算法和程序的过程中。
五、创新思维创新思维是指突破传统思维模式，寻找新的解决方案和方法的思维方式。
创新思维能够帮助我们发现和解决问题的新角度和新思路，从而提出更具创新性和独特性的解决方案。
在计算思维中，创新思维常见于设计新的算法和应用的过程中。
六、综合运用在实际问题解决中，计算思维的不同思维方式往往需要综合运用。
例如，在解决一个复杂问题时，可以先通过系统思维分析问题的整体结构和关键因素，然后运用抽象思维和算法思维进行问题建模和解决方案的设计，最后运用逻辑思维验证解决方案的正确性。
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一、计算改变了什么？ 二、什么是计算？ 三、什么是计算思维？
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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
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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
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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？
问题分析： X+Y+Z=100 5X+3Y+Z/3=100
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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。
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二分查找法
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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。
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3. 计算思维的特征
计算思维的定义
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问题求解中的计算思维
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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？
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• 如果是5栋房子？
1
2
3
4
5
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B
A
C
D 1E
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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：
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，双方通过不同策略相互 竞争的游戏。 博弈：一方采用的策略会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。
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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。
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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
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囚徒困境——博弈策略建模
囚徒困境问题描述
•警方逮捕了A、B两名嫌疑犯，但没有足够证据指控二人有罪。
于是警方分开囚禁嫌疑犯，并向双方提供以下相同的选择
（如表所示）：
（1）如果一人认罪并检控对方（背叛），而对方保持沉默，
则此人将获释，沉默者将判监禁10年。
解答。
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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。
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重要理论
抽象
• 计算思维的本质：
自动化
– 抽象、自动化（程序、算法）
• 计算思维能力：
– 建立起利用计算机技术解决问题的思路，并理 解问题的可求解性。
– 问题抽象、模型建立、算法设计、实现
•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？
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问题分析
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数学建模
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计算
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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
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
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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。
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。
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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
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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。
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• 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。
数字化会议
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数字化医疗
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数字化教学
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数字化制造
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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。