计算机学科概论第02章认识计算机学科资料.ppt

第2章 认识计算机学科 2.1 什么是计算机学科 2.2 计算机学科的科学问题 2.3 计算机学科的经典问题 2.4 计算机学科的知识体系 什么是计算 从字源上考察： 计：从言从十，有数数或计数的含义； 算：从竹从具，指计算工具。 《现代汉语词典》对计算的定义： 根据已知数通过数学方法求得未知数。 什么是计算 直观的计算：数的加减乘除；函数的微分、积分；微分方程的求解；定理的证明推导等等。 计算的实质：从一个符号串 f（输入）得出另一个符号串 g（输出）。 数学概念 →普适概念 计算的例子 从符号串“12+3”变换成符号串“15”——加法计算 符号串“x2”变换成符号串“2x”——微分； f 表示一组公理和推导规则，g 是一个定理，那么从 f 到 g 的一系列变换——定理g的证明； 符号串 f 代表一个英文句子，符号串 g 为含义相同的中文句子，那么从 f 到 g 的变换——英文翻译成中文； 图灵与巨人计算机 图灵模型 图灵模型 图灵模型 计算与可计算 用图灵模型来计算 构造一个识别符号串ω＝anbn（n≥1）的图灵机 基本思想：使读写头往返移动，每往返移动一次，就成对地对输入符号串ω左端的一个a和右端的一个b匹配并做标记x。如果恰好把输入符号串ω的所有符号都做了标记，说明左端的符号a和右端的符号b的个数相等；否则，说明左端的符号a和右端的符号b的个数不相等，或者符号a和b交替出现。 用图灵模型来计算 假定n＝2，输入符号串ω＝aabb 用图灵模型来计算 字母表：{a, b, B} 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 从图灵机我们看到了什么？ 图灵机在一定程度上反映了人类最基本的、最原始的计算能力，它的基本动作非常简单、机械、确定。因此，有条件用真正的机器来实现图灵机。 程序并非必须顺序执行，指令中关于下一状态的指定，实际上表明指令可以不按程序中所表示的顺序执行。这意味着，虽然程序只能按线性顺序来表示指令序列，但程序的实际执行可以与表示的顺序不同。 计算的对象、中间结果和最终结果都在带上，程序则在控制器中。这意味着什么？ 科学与学科 科学是关于自然、社会和思维的发展与变化规律的知识体系，是由人类在生产活动和社会活动中产生和发展的，是人类实践经验的结晶。 （1）科学是逐步发展起来的 （2）科学的发展需要某种特殊的方法 （3）科学在不断超越中永无止境地发展 科学与学科 学科本身具有二重含义： （1）指知识体系或学术分类，含义较广； （2）指为培养人才而设立的教学科目。 科学与学科 科学研究是以问题为基础的，学科是在科学发展中不断分化和整合而形成和发展的，是科学研究发展成熟的产物。 科学研究发展成熟而成为一个独立学科的标志是：必须有独立的研究内容、成熟的研究方法、规范的学科体制。 计算机学科的定义 计算机学科是对描述和变换信息的算法过程，包括对其理论、分析、设计、效率、实现和应用等进行的系统研究。它来源于对算法理论、数理逻辑、计算模型、自动计算机器的研究，并与存储式电子计算机的发明一起形成于20世纪40年代初期。 计算机学科的特点 计算机学科包括科学和技术两个方面。 科学侧重于研究现象、揭示规律； 技术则侧重于研制计算机、研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。 科学是技术的依据，技术是科学的体现。 二者高度融合是计算机科学与技术学科的突出特点。 计算机学科是一门科学性与工程性并重的学科，表现为理论和实践紧密结合的特征。 计算机学科的特点 计算机学科的根本问题 计算机学科的根本问题是：什么能被（有效地）自动计算。 计算机学科所有分支领域的根本任务就是进行计算，其实质就是字符串的变换。 计算机学科的符号化特征 计算机学科与其他学科的关系 计算机学科是在数学和电子学基础上发展起来的。 计算机学科的发展也必然受制于其它学科的发展。 计算机学科可以在几乎所有的学科领域，甚至我们日常生活的各个方面找到应用。 什么是科学问题 科学问题是指一定时代的科学认识主体，在已完成的科学知识和科学实践的基础上，提出的需要解决且有可能解决的问题，它包含一定的求解目标和应答域，但尚无确定的答案。科学问题具有如下主要特征： （1）时代性 （2）混沌性 （3）可解决性 （4）可变异性 （5）可待解性 科学问题的提出和解决是任何一个学科持续发展的动力。 计算机学科的科学问