计算机问题求解-传统计算机专业基础课程的整合与实践

1、计算机问题求解 - 传统计算机专业基础课程的整合与实践整合与实践代开场白“复杂工程问题复杂工程问题”必须具备下述特征（1），同时具备下述特征（2）-（7）的部分或全部：q（1）必须运用深入的工程原理经过分析才可能得到解决；）必须运用深入的工程原理经过分析才可能得到解决；q（2）需求涉及多方面的技术、工程和其它因素，并可能相互有一定冲突；q（3）需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性；q（4）不是仅靠常用方法就可以完全解决的；q（5）问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中；q（6）问题相关各方利益不完全一致；q（7）具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题

2、。如何将培养学生解决“复杂问题”的能力贯穿与本科四年教学的始终？- 摘自中国工程教育专业认证通用标准2015年版前言关键在于:上课究竟是为了什么?我们如何建设一门课程1. 学生2. 课程目标3. 考核要求5. 课程内容6. 上课方式7. 支持条件4.持续改进学生为什么需要这个课？要让学生得到什么？如何判定？通过什么内容来实现目标？什么上课方式对这样的内容最有效？问题问题:怎样才是以学生为中心怎样才是以学生为中心?如果我们的目标是培养学生的“研究能力”，那么必须回答：什么是“研究能力”？怎么才能让学生“得到”，而不是“应该得到”？意识、知识、能力、技能。任何一门课不应该以灌输知识为唯一目标！任何

3、一门课不应该以灌输知识为唯一目标！目标决定方式n一般原则：q意识：熏陶与引导q知识：梳理和讲解q能力：指导下的实践q技能：足够的训练n做到“无缝连接”，应该是我们的追求。当然是因为我们觉得现在的教学有问题。问题：问题：“关键问题关键问题”究竟是什么究竟是什么?主问题：思维与能力；辅问题：学生学习动力问题：问题：我们需要什么能力？学我们需要什么能力？学生如何得到能力？生如何得到能力？解决问题；终身学习课程建设的动机n基本认识：q学生能力不足受到普遍关注；q其重要原因之一是课程教学没有能够很好地承担能力培养的任务；n课程教学是整个教学活动的主体n能力培养过多依赖高年级综合课程和毕业设计n考试成绩不

4、能反映学生实际能力q特别是专业基础课程本应在能力培养方面发挥重要作用。n改革的切入点q专业基础课程在能力培养方面的作用以及实施方案课程目标n本课程期望学生在以下四个方面达成目标:q意识：建立在计算机科学领域持续追求效率更高，质量更好的算法的创新意识；q知识：掌握能支持在计算机科学领域进行探索所需的离散数学、问题建模、数据抽象、算法设计与分析、算法复杂性理论等方面的基础知识；q能力：n具备分析问题，并采用一定策略进行算法设计的能力，并能对算法进行基本分析的能力；n具备自我探索学习，并凝练问题的能力；q技能：掌握熟练使用C+语言及其开发环境, 实现能正确运行的程序的技能。本课程教学基本理念指定教材

5、索引 教科书nDH: David Harel, etc.: Algorithmics the Spirit of Computing, 3rd ed. Pearson Education, 2004 (有高教社影印版)nUD: Ulrich Daepp, etc.: Reading, Writing, and Proving a Closer Look at Mathematics, Springer-Verlag, 2003(有清华社影印版)nCS: Clifford Stein, etc.: Discrete Mathematics for Computer Scientists, Pea

6、rson Education, 2011 (有电子社影印版)nCZ: Gary Chartrand, etc.: A First Course in Graph Theory, Dover 2012 (有邮电社影印版)nTC: Thomas Cormen: Introduction to Algorithms, 3rd ed. MIT, 2009 (有机工社影印版)nTJ: Thomas Judson: Abstract Algebra Theory and Applications, GNU, 1997nJH: Juarj Hromkovic: Algorithmics for Hard P

7、roblems Introduction to Combinatorial Optimization, Randomization, Approximation, and Heuristics, 2nd ed. Springer, 2004nWS: Walter Savitch: Problem Solving with C+, 7th ed. Pearson Education, 2009 (有清华社影印版)关于本课程与传统课程的关系n本课程建设的目标主观上是从期望目标出发的, 不是为了替代哪些课程。n但客观上，修读本课程的学生 不需另外修读下列课程：q计算机导论(如果那个导论是“导思维”的

8、)q离散数学q程序设计q数据结构q计算机算法设计与分析四个论域及其基本要求n论域1：计算入门与数学证明q理解计算思维最核心的概念，了解计算的基本方法与局限q接受基本的形式化训练，掌握抽象数学证明的基本方法n论域2：经典数据结构与算法q理解数据抽象，理解并能够应用常用的数据结构q掌握重要的算法设计策略，以及算法设计与分析的基本理论与方法q理解并能够应用支持上述内容的离散数学工具与方法n论域3：典型应用问题及其求解方法q掌握典型应用中抽象出来的重要算法问题的求解方法q理解并能够应用支持上述内容的离散数学工具与方法n论域4：复杂性理论初步与“难”问题的算法q掌握复杂性理论的基本内容与问题规约方法q理

9、解解决“难”问题的主要方法、技术以及相关的重要理论结果建设初期最引起“质疑”的问题n程序设计教学q不在课堂上“讲编程”q“思想”和“基于语言的技能”分别处理n（离散）数学q希望“强化”q但“强化”的方式不是增加系统讲授时间n“反复”和“应用”n“浸入式”论域1：计算入门与数学证明n1-01：为什么计算机能解题n1-02：什么样的推理是正确的n1-03：常用的证明方法n1-04：基本的算法结构n1-05：数据与数据结构n1-06：算法的描述n1-07：不同的程序设计方法n1-08：集合及其运算n1-09：关系及其基本性质n1-10：函数n1-11：算法方法n1-12：算法正确性n1-13：有限与

10、无限n1-14：算法的效率n1-15：问题的难度n1-16：基本计算模型与不可 计算性n1-17：并行与并发n1-18：模算术与费马小定理论域2：经典数据结构与算法n2-01：算法问题与解题的算法n2-02：组合与计数n2-03：分治法与递归n2-04：递归及其数学基础n2-05：离散概率基础n2-06：概率分析与随机算法n2-07：排序与选择n2-08：基本数据结构n2-09：堆与堆排序n2-10：Hashing方法n2-11：搜索树n2-12：动态规划n2-13：贪心算法n2-14：用于动态等价关系的 数据结构n2-15：图的基本概念n2-16：图的计算机表示与遍历n2-17：树的数学性质

11、n2-18：最小生成树算法论域3：典型应用问题及其求解方法n3-01：单源最短通路算法n3-02：多源最短通路算法n3-03：图中的匹配与覆盖n3-04：图的连通度与网络流n3-05：最大流算法n3-06：图论中的其它专题n3-07：矩阵计算n3-08：线性规划n3-09：多项式与FFTn3-10：群与拉格郎日定理n3-11：环与域n3-12：数论基础n3-13：数论算法n3-14：密码算法n3-15：代数编码n3-16：群与对称n3-17：串匹配n3-18：计算几何算法论域4：复杂性理论初步与“难”问题的算法n4-01：问题的形式化描述n4-02： NP完全理论初步n4-03：伪多项式算法n

12、4-04：分枝-界限算法n4-05：局部搜索算法n4-06：松弛算法n4-07：近似算法的基本概念n4-08：覆盖问题与最大割集 问题n4-09：背包问题n4-10：旅行推销商问题n4-11：Bin-Packing问题n4-12：随机算法的基本概念n4-13：素性判定问题n4-14：等价测试问题n4-15：最小割集问题n4-16：可满足问题n4-17：去随机方法n4-18：启发式算法课程指南与书面考试n每学期开始时将课程指南发给学生，以“周”为单位安排本学期的学习任务。q.教学珠峰计划班教学资料2014级第2学期计算机问题求解-课程指南-2014级第2学期.docxn试题实录q.教学珠峰计划班教学资料2014级第1学期计算机问题求解试题-2015-01.docxq.拔尖班问题求解试题-2015-06.docx课堂实践示例n计算入门: .教学珠峰计划班教学资料2014级第1学期计算机问题求解-2014-10-13-基本的算法结构.pptn 数据与结构: q.教学珠峰计划班教学资料2012级第1学期计算机问题求解-2012-10-30-数据与数据结构.pptq.教学珠峰计划班教学资料2014级第2学期计算机问题求解-2015