计算思维导论（第2版）课件：计算思维概述

计算思维绪论1.1思维科学思维思维计算思维思维的形式什么是思维什么是思维思维是人脑对客观事物的间接的、概括的反映。思维以感知为基础又超越感知的界限。思维涉及所有的认知或智力活动。思维探索与发现事物的内部本质联系和规律性，是认识过程的高级阶段。思维的形式……判断证明假说推理概念思维的基本形式包括:

概念、判断和推理科学研究科学科学达尔文∶“科学就是整理事实，从中发现规律，做出结论”。《辞海》：“科学是关于自然、社会和思维体系的知识体系”。科学的重要性在于，它具有一种内在动力，推动着人类文明进步和科技的发展。科学研究科学研究的基本任务就是探索、认识未知和创新描述解释预测假设理论事实进一步事实演绎验证归纳计算思维科学思维科学思维科学思维是大脑对信息的加工活动，是对感性阶段获取的大量材料进行整理和改造，形成概念、判断和推理，从而反映事物的本质和规律的认识过程。理论思维计算思维实验思维科学思维思维的定义思维的形式科学的定义科学研究的任务科学思维包括什么从科学到科学思维什么是思维？1.2计算无所不在计算器数学电脑计算无所不在什么是计算？什么是计算？幼儿园阶段：

数数小学：

四则运算计算的初级阶段狭义的计算中学阶段：

加入了数学符号

公式推导和证明计算的中级阶段狭义的计算大学阶段：

计算机计算

输入、算法、输出

状态1

状态2计算的高级阶段狭义的计算广义的计算：

自然界

输入输出

存在的变量

信息石子与湖水间的计算计算的理解广义的计算：2016年3月15日

AlphaGo与李世石

棋局和博弈策略无所不知的ChatGPT计算的理解计算无所不在马克·维瑟施乐帕克研究中心accessAnybodyAnythingatAnytimeviaAnydeviceviaAnywhere计算无所不在普适计算：任何人在任何时间、地点，可以通过任何设备访问任何事物马克观点狭义的计算理解广义的计算理解计算无所不在五个any计算无所不在什么是计算？1.3计算思维概述(1)路径检索(2)路径推荐(4)调整路径(3)路径选择(5)归纳整理路径案例Step5Step4自动化功能路径检索决策分析路径选择最优化问题路径调整抽象问题路径的归纳整理Step3Step2算法模型路径推荐Step1案例什么是计算思维？计算思维示例什么是计算思维？周以真观点计算思维：是运用计算机科学的基础知识进行问题求解、系统设计、和让计算机理解人类行为等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。抽象：算法思维角度合理抽象，高效算法自动：工程思维角度合理建模，高效实施自动抽象计算思维示例哥尼斯堡城地处东普鲁士，位于普雷格尔河的两岸及河中心的两个岛上，城市各部分由七座桥与两岸连结起来。多年来，当地居民总有一个愿望：从家里出去散步，能否通过每座桥恰好一次，再返回家中？但是任何人也没有找到这样一条理想的路径。几何图是封闭联通的几何图中的奇点(与奇数条边相连的点)个数为0或2sugarmilkcoffeecoffee1234取咖啡问题阶乘问题f(n)=n!=1ⅹ2ⅹ…ⅹn方法1f(n)=n!=nⅹ(n-1)!=nⅹ(n-1)ⅹ(n-2)!方法2计算n的阶乘1342是思想，非人造品计算机思维是一种思想，而非具体应用或操作技能。概念化，非程序化计算思维是概念化，而非程序化。是人思维，非机器思维计算思维是人类求解问题的一条途径，是人的思维，而非机器的思维。是能力，非技能计算思维是分析解决问题的能力，而非刻板的操作技能。身边的计算思维最短路径回溯查找……博弈背包问题计算思维举例计算思维与我们紧密相连计算思维概念计算思维的本质计算思维示例计算思维的特征计算思维示例什么是计算思维？1.4计算工具与计算机今天的我们身处在信息化时代在我们周围，有各式各样的计算机还有很多不叫计算机的“计算机”机械计算工具电子计算工具手工计算工具手工计算工具1621年：英国数学家埃德蒙·冈特制造出对数计算尺，方便了乘除计算。1621-1622年：英国数学家奥特瑞德设计了直尺计算尺和圆形计算尺，不仅可以进行加、减、乘、除、乘方和开方运算，还能计算三角函数、指数函数和对数函数；奥特瑞德埃德蒙·冈特机械计算工具帕斯卡加法器巴贝奇差分机1642年1673年电子计算工具1939年10月，美国爱荷华州立大学的约翰

·文森特

·

阿塔纳索夫教授和他的研究生克里福特

·

贝瑞研制成第一台完全采用真空管作为存储与运算元件的第一台现代电子计算机ABC机。1943年二战期间，美国陆军军械部的“弹道研究实验室”急需得到弹道射击表，但是为某一型号、某一口径的火炮重新编制射击表，需要一个人用原有机器不吃不喝4-5年才能完成。1944年，美国数学教授霍华德•艾肯提出设计思想，由IBM承建，设计出“MARKⅠ”计算机。MarkI作为世界上最早的通用型自动程序控制计算机之一。1942年，弹道实验室的领导人赫尔曼·戈德斯坦推动陆军军械部与宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院联合开发电子计算机。约翰·莫克利和约翰·普雷斯伯·埃克特提交了一份研制电子计算机的设计方案。1944年，美籍匈牙利数学家约翰·冯·诺依曼偶然参加到电子计算机的开发中。帮助解决关键存储程序等问题。第一台通用计算机：ENIAC1946年2月14日研制成功标志着电子计算机时代的到来。每秒只能做5000次加减运算重达30吨，占地170m2启动功耗150千瓦18000个电子管没有存储器，采用十进制ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子数字积分计算机计算机之父美籍匈牙利数学家约翰·冯·诺依曼1949年，研制第二台通用计算机：EDVAC，ENIAC的1/3，二进制ElectronicDiscrete

VariableAutomaticComputer电子数据计算机杰出贡献：

存储程序原理、二进制、

五大部件人工智能之父英国数学家、逻辑学家阿兰·麦席森·图灵提出了一种用于判定机器是否具有智能的试验方法，即图灵试验。此外，图灵提出的著名的图灵机模型为现代计算机的逻辑工作方式奠定了基础。计算机领域的“祖师爷”,是二战英雄杰出贡献：机械计算工具帕斯卡：加法器巴贝奇：差分机第一台计算机ENIAC手工计算工具中国：远古、春秋

战国、汉唐国外：埃德蒙·冈特奥特瑞德电子计算机ABC、MARKIENIAC、ENIVAC计算机之父冯∙诺依曼杰出贡献34562都有哪些计算机？台式机、手机…都会自动"计算"1中国的计算机计算机的局限计算机的发展与分类计算机的发展与未来计算机电子管1946-1957晶体管1958-1964集成电路1965-1970超大规模集成电路1971-至今

巨型机————巨型机主要用于承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务。如大范围天气预报、整理卫星照片、制定国民经济的发展计划、研究洲际导弹、宇宙飞船等。大型机————大型机一词，最初是指装在非常大的带框铁盒子里的大型计算机系统，用来同小型机和微型机有所区别。大型机的I/O能力、非数值计算能力、稳定性、安全性是微型计算机所望尘莫及的。小型机————小型机是指采用精简指令集处理器，性能和价格介于PC服务器和大型主机之间的一种高性能64位计算机。在中国，小型机习惯上用来指UNIX服务器。微型机————微型计算机简称“微机”，由于其具备人脑的某些功能，所以也称其为“电脑”。微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。工作站————工作站是一种高端的通用型微机。它为单用户使用，并提供比微机更强大的性能，尤其是在图形处理能力、任务并行能力方面。通常配高分辨率的大屏、或多屏显示器及容量很大的内存和外存。光子量子纳米神经网络混合……生物未来的计算机网络化智能化多媒体化微型化巨型化中国的计算机发展中国的计算机1958.08第一台我国工业计算机发展历程中国的计算机萌芽期起步期形成期成长期发展期中国的计算机董铁宝(1916.8-1968.10)中国计算机之父计算机应用计算机的局限计算机是万能的吗？未来真的会有超人，钢铁战士？计算机不能做什么？——不可计算的不能替人拿主意、定方案...人机界面恰好是“思考”二字。

机器只能执行指令，提供决策支持，还需人类决策。计算机能做什么？——可计算的比如，多记一些数据、多接收一些信息、算得快一些...还可以，以亿次的计算，求解复杂的方程组，描