计算与计算思维课件.ppt
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1、大学计算机基础与计算思维,西南林业大学大数据与智能工程学院,第六章 计算与计算思维,本章主要内容,6.1 计算6.2 计算思维的含义特征、内容6.3 计算思维的特征6.4 计算思维,什么是计算?,简单计算:数据计算,计算规则,应用计算规则进行计算并获得计算结果,计算就是基于规则的、符号集的变换过程,即从一个按照规则组织的符号集合开始,再按照既定的规则一步步地改变这些符号集合,经过有限步骤之后得到一个确定的结果。,广义的计算就是执行信息变换,即对信息进行加工和处理。许多自然的、人工的和社会的系统中的过程变化,自然而然是计算的。如财务系统、搜索引擎等。,复杂计算:需要研究简化的方法、规则。如一元二
2、次方程解的公式等。f(x),函数,计算规则及其简化计算方法,便于人应用规则进行计算,获得计算结果,机器计算,知道计算规则,但超出人的计算能力,无法获得计算结果人可能无法完成但却可由机器自动完成,借助于机器获得计算结果设计一些简单的规则,让机器通过重复执行来完成计算,也就是使用机器来代替人进行自动计算,比如圆周率计算等。,a1x1b1+a2x2b2+anxnbn=c,人计算与机器计算的差别?,自动计算,自动计算要解决的几个问题: 表示-存储-执行“数据”的表示“计算规则”的表示:程序数据与计算规则的“自动存储”计算规则的“自动执行”,a1x1b1+a2x2b2+anxnbn=c,计算思维,为什么
3、提出计算思维?,学科的发展,知识的膨胀,计算思维的提出,“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一系列思维活动。,什么是计算思维?,计算思维以设计和构造为特征,以计算机学科为代表。计算思维的根本问题是什么能被有效的自动进行。为了机器的自动化,需要在抽象过程中进行符号转换和建立计算模型。计算思维需要考虑问题处理的边界,以及可能产生的错误。,计算思维的本质抽象和自动化,抽象:有选择地忽略某些细节,控制系统的复杂性;完全超越物理的时空观,符号化;抽象是在不同的层次上完成的。自动化:
4、机械地一步一步地自动执行,选择合适的计算机解释执行问题的抽象。,在哥尼斯堡城的普莱格尔河上有7座桥,将河中的两个岛和河岸连结,问能否一次走遍7座桥,而每座桥只允许通过一次,最后仍然回到起始地点。,【案例】毕加索画牛的抽象过程。,国内学者/专家的观点,计算思维是人类应具备的第三种思维实验思维: 实验 观察 发现、推断与总结. -观察与归纳理论思维: 假设/预设 定义/性质/定理 证明. -推理和演绎计算思维: 设计, 构造 与 计算. -设计与构造计算思维关注的是人类思维中有关可行性、可构造性和可评价性的部分 当前环境下,理论与实验手段在面临大规模数据的情况下,不可避免地要用计算手段来辅助进行。
5、,国际教育技术协会对计算思维的可操作性定义,计算思维是问题解决的过程,该过程包括以下特点:(1)制定问题,并利用计算机和其他工具来解决该问题;(2)要符合逻辑地组织和分析数据;(3)通过抽象(如模型、仿真等)再现数据;(4)通过算法思想(一系列有序的步骤)支持自动化的解决方案;(5)分析可能的解决方案,找到最有效的方案;(6)将该问题的求解过程推广并移植到更广泛的问题中。,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。计算的发展影响着人类的思维方式。如,计算生物学改变了生物学家的思维方式;如,计算机博弈论改变着经济学
6、家的思维方式;如,计算社会科学改变着社会学家的思维方式;如,量子计算改变着物理学家的思维方式。计算思维是各个专业求解问题的基本途径。,为什么需要计算思维?,知识与思维的差别在哪里?,贯通知识的思维计算思维,计算思维的特征,计算思维是每个大学生必须掌握的基本技能。计算思维是人的,不是计算机的思维方式。计算思维是人类求解问题的思维方法,而不是要使人类像计算机那样思考。计算思维是数学思维和工程思维的相互融合。计算机科学本质上来源于数学思维,但是受计算设备的限制,迫使计算机科学家必须进行工程思考,不能只是数学思考。,计算思维建立在计算过程的能力和限制之上。最根本的问题是:什么是可计算的?解决这个问题有
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