计算思维PPT
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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。
计算机文化与计算思维ppt课件
电子计算机时代
ENIAC
可编辑课件PPT
1833 分析机
3
计算机的起源
计算机发展史
算筹 中国最早的计算工具
算筹是我国古代的计 算工具。「筹」即小竹 棍或小木棍﹝也有用骨 或金属材料制成的﹞， 古人用它来进行计算， 称为算筹。
可编辑课件PPT
4
计算机发展史
公元600年左右，我 国出现新的计算工 具——算盘。
读写头
（1）M的状态：接受状态、进位状态。初始时处于进位状态。 （2）从右向左扫描纸带。
进位状态：读到0或可编空辑白课，件P则PT改写1，进入接受状态，立即停机； 读到1，则改写为0，状态保住不变，读写头左移。
纸带
10
1.2 计算机的诞生和发展
图灵机的能力=高级程序设计语言=现代通用计算机
邱奇、图灵和哥德尔断言：
可编辑课件PPT
15
1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机的分类
按用途分类
通用机 专用机
按综合性能 指标分类
高性能计算机（巨型机或大型机）：
速度最快、处理能力最强、 最快：Titan 每秒2亿亿次浮点运算 中国：天河1A 每秒4.70千万亿次浮点运算 第8 微型计算机：
桌面型计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备
一切直觉上能行可计算的函数都可用图灵机计算，反之亦然
邱奇－图灵论题
可计算的：图灵机可计算的就是可计算的
世界上的问题
不可计算的
图灵的贡献
图灵机模型：解决了可计算问题 计算机的理论问题
计算机科学之父
图灵测试：回答了什么样的机器具有智能
人工智能的理论基础 人工智能之父
美国计算机学会A可C编M辑于课件1P9P6T 6年创立了“图灵奖”
ENIAC
可编辑课件PPT
1833 分析机
3
计算机的起源
计算机发展史
算筹 中国最早的计算工具
算筹是我国古代的计 算工具。「筹」即小竹 棍或小木棍﹝也有用骨 或金属材料制成的﹞， 古人用它来进行计算， 称为算筹。
可编辑课件PPT
4
计算机发展史
公元600年左右，我 国出现新的计算工 具——算盘。
读写头
（1）M的状态：接受状态、进位状态。初始时处于进位状态。 （2）从右向左扫描纸带。
进位状态：读到0或可编空辑白课，件P则PT改写1，进入接受状态，立即停机； 读到1，则改写为0，状态保住不变，读写头左移。
纸带
10
1.2 计算机的诞生和发展
图灵机的能力=高级程序设计语言=现代通用计算机
邱奇、图灵和哥德尔断言：
可编辑课件PPT
15
1.2 计算机的诞生和发展
■ 计算机的分类
按用途分类
通用机 专用机
按综合性能 指标分类
高性能计算机（巨型机或大型机）：
速度最快、处理能力最强、 最快：Titan 每秒2亿亿次浮点运算 中国：天河1A 每秒4.70千万亿次浮点运算 第8 微型计算机：
桌面型计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备
一切直觉上能行可计算的函数都可用图灵机计算，反之亦然
邱奇－图灵论题
可计算的：图灵机可计算的就是可计算的
世界上的问题
不可计算的
图灵的贡献
图灵机模型：解决了可计算问题 计算机的理论问题
计算机科学之父
图灵测试：回答了什么样的机器具有智能
人工智能的理论基础 人工智能之父
美国计算机学会A可C编M辑于课件1P9P6T 6年创立了“图灵奖”
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
大学信息技术 第1章 计算思维 PPT课件
人类行为中的计算思维
首先按照结构化程序设计中的“自顶向下，逐层分 解”，利用信息的特征，将一个大问题分解为若干 小问题；其次再将小问题细化，得出解决方案。
人类行为中的计算思维
预置和缓存 小学生早晨去学校时，她把当天需要的东西放进 背包；
回推 小男孩弄丢他的手套时，你建议他沿走过的路回寻 ； 多服务器系统的性能模型 在超市付账时你应当去排哪个队呢？ 失败的无关性和设计的冗余性 为什么停电时你的电话仍然可用？
如果两个囚徒合作保持沉默，总体 利益会更高。 而两个囚徒追求个人利益，选择背 叛时，总体利益较低。 这就是困境所在。
14
囚徒困境——博弈策略建模
囚徒困境的数学建模
（1）策略的符号化 ❖将囚徒各种选择获得的收益和支付转换为数值，获得表所 示符号表。
符号 T R P S
分数
英文
中文
5 Temptation 背叛收益
1.3.1 计算思维概述
❖ 求解问题中的计算思维
问题 求解
系统设计
建立问题模型
人类行为 理解
选择算法
编程实现
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？
B背叛 A=0，B=5 A=1，B=1 B背叛
S，T P，P
16
囚徒困境——博弈策略建模
（3）建立数学模型 • 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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3.是人的，不是计算机的思维方式
• 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。
4.数学和工程思维的互补与融合
把数据译成代码，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，是基于 关注分离的方法（SoC方法）
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
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；
认识计算思维
为什么要认识计算思维？
• 学习计算思维可以培养我们的逻辑思维能 力。
• 计算思维可以为我们提供许多算法。 • 学习计算思维可以简化一些复杂的问题 • 计算思维在生活中的应用非常的广泛。
学习目标
总定义 优点
特性
总结
学习要求
• 全面了解计算思维的总定义和基本概念。 • 学会用计算思维来解决生活中的问题 • 了解计算思维在生活中的用途 • 认识计算思维的特性 • 学习过程中，认真完成相关的操作实例 • 在各类网站广泛搜索各类资料，进行课外
总结
• 计算思维就是一个引导着计算机教育家、 研究者和实践者的宏大愿景
• 计算机科学应该作为主修课程来学习 • 我们应当传播计算机科学的快乐、崇高的
力量，致力于使计算思维成为常识。
学习反思
• 计算思维的定义 • 计算思维的用途 • 计算思维的应用实例 • 计算思维的发展前景 • 你对计算思维的看法及其意见
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。
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 衷的思维方法。
PART 02
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。
拓展学习计算Biblioteka 维。PART 01计算思维总定义
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。
计算思维的进一步定义
通过约简，嵌入，转化，仿 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
是一种把代码译成数据又能
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。 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。
PART 03
• 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。
PART 04