计算思维导论00-计算思维导论概述
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
计算思维导论
《计算思维导论》
三、研究报告评分标准
序号 1
评价项目
对 应 课 程 目 对应指标点
标
题目研究意义表述充分 CO1
GR1.2
2
能够描述与总结现有研 CO2
究方法或关键技术
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
能够研讨新方法/新技 CO3
术，或指出下一步研究
方向
4
文中对技术应用的工程 CO4
伦理挑战有一定分析
GR1.2 GR1.2
GR6.2
5
文中给出了参考文献引
用
6
文末正确罗列参考文献
7
报告符合标准论文格式
要求，达到4000字
期望分值 10 20 20
20
5 5 20
实际得分
4
2
《计算思维导论》
二、文献研究报告撰写要求
• 每组同学选题不同，同组同学在相同题目下独立完成报告 • 研究报告按照提供的模板大纲组织内容，需体现报告主题 • 按照计算思维方式分析评述主题，并以数据和证据来支持自己的观点 • 遵守学术规范，严禁抄袭剽窃，引用文献需要给出标记 • 不能照搬他人观点，应该有自己的评论、阐述及对内容的重新表述 • 采用 Word或PDF文档格式，报告字数不少于4000字 • 文件命名 （组号-学号-姓名-研究报告.docx）
《计算思维导论》
一、文献研究报告选题要求
为了解决大面积学生研究报告雷同，采用分组选题方案，其参考选题如下： [1] 人工智能（AI）在自动驾驶领域的应用技术分析 [2] 人脸识别技术在视频监控中的应用技术分析 [3] 人工智能（AI）在课堂监控中的应用技术分析 [4] 智能换脸技术的应用技术分析 [5] 人声合成器软件的应用技术分析 [6] 智能机器人在日常生活中的应用技术分析 [7] 虚拟现实技术在工程领域的应用技术分析 [8] 网络攻防与信息安全的应用技术分析
计算思维导论
图模型：顶点表示“原岸的状态”，两点之间有边当且仅当一次合理的渡河 “操作”能够实现该状态的转变。 起始状态是“人狼羊菜”，结束状态是“空”。“允许状态”只有10个。 问题的解：找到一条从起始状态到结束状态的尽可能短的通路。
人羊狼菜 人狼菜 人羊狼 人羊菜 人羊
狼菜
狼
菜
羊
空 (成功 )
问题编码
上述关系可以用一个布尔矩阵表示： 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
我只想证明你想过了。
根据教务管理部 门要求： 第一堂课上提醒 同学两周之内可 以决定是否选本 课程。 以上三张ppt试图 帮组你做决定。 下面言归正传。
竞争优势的软件基础
技能 知识
能力
意识
为什么要提出这个概念?
However, despite the dizzying speed with which some of the technological innovations become obsolete and are replaced by new ones, the fundamentals of the science of computation, and hence many of the basic concepts that are considered important in a computer science 本课程教学参考书 : curriculum, change slowly, at all. David Harel: Algorithmics - the if Spirit of
计算思维导论
计算思维导论•内容简介:《计算思维导论》是计算机入门课程的最新教材。
全书以计算思维为主线，着重培养学生的问题求解能力、系统设计能力和人类行为理解能力。
《计算思维导论》是在南方科技大学和深圳大学教学实践的基础上，经过多次讨论、修改并扩充而成，期望抛砖引玉，促进计算思维更加深入地讨论与发展。
全书包含三大部分，一是计算思维与计算理论，二是算法基础和通用语言，三是计算机硬件和软件最小知识集。
在内容上共分七章，包括计算思维基础知识、计算理论与计算模型、算法基础、程序设计语言、计算机硬件基础、计算机软件基础、计算文化与计算机职业道德教育等。
《计算思维导论》取材丰富，内容深入浅出，既可作为高等学校计算机专业的计算机导论教材，又可作为非计算机专业的计算机基础教材，还可作为社会各类培训的计算机公共教材。
•目录:第一章计算思维基础知识1.1科学与计算科学1.1.1科学的概念1.1.2计算科学与计算学科1.1.3计算机科学与计算机学科1.2思维与科学思维1.2.1思维基础1.2.2科学思维1.2.3科学思维的分类1.3计算思维的概念1.3.1计算思维的定义1.3.2计算思维的特征1.3.3计算思维的本质1.3.4计算思维与计算机的关系1.4计算思维的应用领域1.4.1生物学1.4.2脑科学1.4.3化学1.4.4经济学1.4.5艺术1.5计算学科的典型问题1.5.1排序问题1.5.2汉诺塔问题1.5.3国王的婚姻1.5.4旅行商问题本章小结思考题参考文献第二章计算理论与计算模型2.1计算的几种视角2.1.1计数与计算2.1.2逻辑与计算2.1.3算法与计算2.2计算理论2.2.1计算与计算过程2.2.2可计算性理论2.2.3停机问题2.2.4计算复杂性理论2.2.5问题求解的过程2.3计算模型2.3.1图灵机2.3.2冯·诺依曼机2.3.3量子计算机2.3.4生物计算机2.4计算科学的数学基础2.4.1数理逻辑2.4.2集合论2.4.3代数系统2.4.4图论本章小结思考题参考文献第三章算法基础3.1算法的概念3.1.1算法的起源3.1.2算法的定义和特征3.2算法的描述3.2.1自然语言3.2.2流程图3.2.3伪代码3.2.4程序设计语言3.3算法的设计3.3.1穷举法3.3.2回溯法3.3.3递归3.3.4分治法3.3.5贪心法3.3.6动态规划3.4算法的评价和分析3.4.1算法的正确性3.4.2算法的复杂度3.5算法中的常用数学工具3.5.1求和3.5.2递归方程求解本章小结思考题参考文献第四章程序设计语言4.1程序设计语言简介4.1.1机器语言4.1.2汇编语言4.1.3高级语言4.2程序设计语言发展历程4.3命令式程序设计语言4.3.1结构化程序设计4.3.2面向对象程序设计4.4函数式程序设计语言4.5逻辑式程序设计语言4.6标记语言和Web开发语言4.6.1标记语言4.6.2Web开发语言4.7SQL语言本章小结思考题参考文献第五章计算机硬件基础5.1数制与运算5.1.1数制的概念5.1.2常用的数制5.1.3各种数制的转换5.1.4计算机为什么采用二进制52数据的存储与表示5.2.1存储容量单位及地址5.2.2数值的表示5.2.3字符的表示5.2.4汉字的表示5.2.5声音的表示5.2.6图像的表示5.3布尔逻辑与门电路5.3.1布尔逻辑和运算5.3.2门电路5.3.3组合逻辑电路举例5.4计算机硬件组成5.4.1计算机硬件结构5.4.2中央处理器5.4.3存储系统5.4.4输入设备5.4.5输出设备5.5指令系统及执行5.5.1指令和程序5.5.2计算机的工作过程5.6组网与互联网5.6.1网络基础知识5.6.2网络体系结构5.6.3因特网及应用5.6.4网络安全基础5.6.5物联网与云计算本章小结思考题参考文献第六章计算机软件基础第七章计算文化与计算机职业道德教育索引。
计算机计算与计算思维ppt课件
2.1 为什么要学习大学计算机？
计算学科的供需关系
计算科学 与 信息探索科学
各学科人才的计算思维/计算能力需求
计算思维
计算思维/计算能力
的学习和
训练
应用计算
支持各学 手段进行
计算机及 其通用计 算手段的
知识/技能 Gap
科研究创 新的新型 计算手段
各学科研 究和创新
莱布尼茨机的意义：连续重复自动执行。 提出了二进制数及其计算规则； 数理逻辑的创始人
是基于十进制设计机器，还是基于二进制设计机 器？ 如果基于二进制设计机器，那其处理规则又是怎 样的呢？
其他重要工作
1805年： 杰卡德(J.Jacquard)，打孔卡， 实践了输入手段问题。 1834年：巴贝奇(Charles Babbage)，分 析机的概念----可执行程序的机器。 1854 年 ： 布 尔 创 立 布 尔 代 数 ， 为 数 字 计算机的电路设计提供了理论基础。
1999 2005
八核-十核 CORE i 系列
2010
5.3 怎样解决大规模快速存储问题？
存储设备
发
展
水 平
纳米存储/量子存储
固态硬盘
USB Removable disk
FlashRAM
光盘存储(CD-ROM, CD R/W, DVD)
•体积越来越小 •容量越来越大 •访问速度越来越快 •可靠性越来越高 •功耗越来越低 •持久性越来越好
器获得计算结果
a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c
3.2 人计算与机器计算的差别?
“人”计算 vs. “机器”计算
例如：求ax2+bx+c=0的根
计算机思维导论PPT
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
关于计算思维-计算机导论
关于计算思维-计算机导论计算思维是一种将计算机科学的思维方法和模式应用于日常问题中的思维方式。
这种思维方式通过分析问题、设计算法和解决复杂难题，使人们能够更加高效地思考和解决问题。
本文将介绍计算思维的概念、重要性以及如何应用计算思维来解决实际问题。
一、引言计算思维作为一种跨学科的思维方式，在当今科技发展迅猛的时代显得尤为重要。
计算机科学不仅仅是一门技术学科，更是一种解决问题的方法论，计算思维正是其中的核心。
二、什么是计算思维计算思维是一种将计算机科学的思维方法和模式应用于日常问题中的思维方式。
它通过将问题抽象成为可以被计算机识别和处理的形式，来解决问题。
计算思维强调对问题的逻辑分析和抽象建模的能力，以及基于模型的算法设计和代码实现的能力。
三、计算思维的重要性1. 提高问题解决能力：计算思维能够帮助人们更加系统和有效地解决问题。
通过抽象问题、设计算法和实现代码等步骤，人们能够更加深入地理解问题，并找到最优解决方案。
2. 培养创新精神：计算思维注重创新和灵活的思维方式。
它不仅仅是一种解决问题的方法，更是一种培养创新精神和创造力的途径。
通过思考问题的不同角度和尝试不同的解决方法，人们可以培养出独立思考和创新的能力。
3. 适应信息化时代：计算思维是适应信息化时代的必备能力。
在当今信息爆炸的社会中，我们需要处理大量复杂的信息，而计算思维能够帮助我们更好地整理和分析信息，从而更好地适应信息化时代的挑战。
4. 增强综合素质：计算思维注重问题的整体把握和综合分析能力。
它强调将问题拆解成为更小的子问题，并通过逻辑推理等方法将这些子问题组合起来解决整个问题。
这种综合思维能力对于解决复杂问题和应对挑战至关重要。
四、计算思维的应用实例1. 算法设计和优化：计算思维可以应用于算法设计和优化领域。
通过将问题抽象成为算法的形式，并采用适当的数据结构和算法设计方法，可以得到高效、准确的解决方案。
2. 数据分析与决策：计算思维可以应用于数据分析和决策过程。
计算思维导论第002讲
诺贝尔化学奖。
• 计算思维 = “计算+、互联网+、大数据+/信息+、人工智能+”的思维
怎样创新？
计算思维的价值？
9
类比【小白鼠检验毒水瓶】问题求解，做一个发明… 问题：数据传输的检错与纠错。
1101101
1
判断数据传输过程是 否有错误发生？
传输
1001101
1
·“偶校验规则” --使传输前和传输后相关位 1的个数始终为偶数 --偶数个1相加和为0；奇数 个1相加和为1
什么是计算思维？5Fra bibliotek【小白鼠检验毒水瓶】问题求解背后的思维
多种不同的含义均用01串表达
不同的两种状态都可表达为0和1 ---小白鼠-“死”与“活”； ---小白鼠对某瓶水- “喝”与“不喝”； ---水“有毒”与“无毒” 用0/1编码串表示不同的含义 ---000010---对应第(000010的十进制)瓶水 ---000010---第i位对应第i只小白鼠，1喝0不喝； ---000010---第i位对应第i只小白鼠，死1 活0 ；
什么是计算思维？
8
什么是计算思维？
•【计算思维】是运用计算科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。From 周以
真，前卡耐基.梅隆大学计算机系系主任教授、前微软公司高级副总裁、前美国国家科学基金会助理局长。她在世界
范围内推动了计算思维教育，尤其强调在大学低年级以及中学阶段进行计算思维教育，她认为到21世纪中叶计算思
01011010 0 01010100 1
计算思维的价值？
10
类比【小白鼠检验毒水瓶】问题求解，做一个发明…
数据位二 进制编号
数据位 数据
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学时安排
课程总学时32， （1）理论课讲授（20学时） （2）上机实践（12学时） （3）自主学习
参考教材
参考教材： [1] 宁爱军，王淑敬等.计算思维与计算机导论[M]. 北京：
人民邮电出版社，2018年8月，ISBN 978-7-115-48812-1
考核方式
课程考试包括两部分： 总成绩 = 期末考试（A）*0.7 + 课程平时成绩(B) * 0.3 （A）期末考试试卷（具体题型参考《计算思维导论样卷
v2018》） （B）平时成绩，由任课教师根据平时学习记录评定，主
要依据包括实验完成情况，平时签到记录，报告论文 完成情况等。按照《大学生学籍管理规定》不符合要 求的将取消考试资格或不予评定成绩；任课教师根据 实际情况，可以自主安排，自主学习提交作品占适当 平时分。
小结
通过本章的学习，了解课程的有关情况。
8
学 分：2
5. 适用专业：全校理工类专业起点二 课程类别：必修
6. 课程性质：公共基础课
先修课程：
教学目的
教学目的：学生树立计算思维的理论体系，培养使用计 算思维的方法解决实际问题的能力，为进一步学习其 他课程打下坚实基础，与各学科的专业知识融合进行 研究和创新。
主要内容
主要内容包括：
1) 计算思维和计算 2) 计算系统的基本思维 3) 计算机硬件的基本思维 4) 计算机软件的基本思维 5) 问题求解的基本思维 6) 计算机网络的基本思维 7) 信息安全的基本思维 8) 数据库的基本思维 9) Word 2010高级应用 10) Visio 2010高级应用 11) Excel 2010高级应用 12) PowerPoint 2010高级应用
计算思维导论
An Introduction of Computational Thinking
天津科技大学 计算机公共基础系
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课程简介
1. 课程名称：计算思维导论
2. 课程编码：K100100220
3. 英文名称：An Introduction of Computational Think