计算思维与课程简介20125(刘志明).ppt

计算思维（Computational thinking,CT） 教学团队：阳小华 刘志明 楚燕婷等 南华大学 计算机学院/软件学院 （/jsjxy/） 三种境界 －昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路 （明确目标） －衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴 （刻苦努力） －众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处（收获快乐） 成人与成才 -德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人 -全人教育（真、善、美、圣、健、富）与六艺（礼、乐、射、御、书、数） -基础扎实、专长突出、实践能力强、富有创新精神、勤勉务实、甘于奉献的高级专门人才（南华大学） 时代与人才 －农业社会：身强体壮，力量为王，大力士 －工业社会：心灵手巧，奇技淫巧，能工巧匠 －信息社会：奇思异想，我思故我在，思想家 信息时代的基本生存技能 什么是计算思维 计算思维(Computational Thinking，computing Thinking)：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 计算思维不仅仅属于计算机科学家，它应当是每个人的基本技能，等同3R （Reading, writing, and arithmetic） 计算思维是一种基本技能 认知是一种计算的形式（Zenon W. Pylyshyn，计算主义哲学） 人类智能是一种计算能力-即处理特定信息的能力；大脑中发生的认知过程与计算过程“强等价”，认知过程可以视为信息加工过程 第三种思维 三大科学方法：理论方法、实验方法与计算方法。两个层面：思想方法、操作方法 三大科学思维：理论思维、实验思维与计算思维 计算思维与其它学科 机器学习已经改变了统计学，现在各个组织的统计部门都已经和计算机领域密切合作，以完成更具创造性的工作； 计算生物学正在改变着生物学家的思考方式:计算机病毒、神经网络算法、遗传算法、演化算法、蚁群算法、协同进化算法、粒子群算法、生物免疫算法…… 计算博弈理论正改变着经济学家的思考方式 纳米计算改变着化学家的思考方式 量子计算改变着物理学家的思考方式 …… 计算思维的本质(Essence) 抽象性：删繁就简三秋树，领异标新二月花 数字化：万物皆数 构造性：没有规矩不成方圆，不积圭步无以千里 系统化：不识庐山真面目，只缘身在此山中 网络化：网络天下，人类共识，全球智慧 虚拟化：假作真时真亦假 （一）抽象性-有名，万物之母 道可道，非常道。名可名，非常名。无名，天地之始。有名，万物之母。 客观世界（物）-抽象-主观世界（名，概念） 概念是人脑对客观事物的本质特征的认识 计算思维的抽象－信息的三个领域 现实（物理）世界（存在于人们头脑之外的客观存在） 观念世界（现实世界在人们头脑中的反映） 数据世界（观念世界中信息的数据化） 概念的表达 简单概念：符号，表象 复杂概念：符号编码 符号化：基本符号，编码规则 编码的例子 数字编码：电话号码，邮政编码…… 文字编码：姓名，文章…… 数学符号编码：多项式，数学公式…… 计算思维抽象的层次性－ISO/OSI参考模型 计算思维抽象的层次性－软件设计层次模型 （二）数字化-万物皆数 毕达哥拉斯学派：整数是人和物的各种性质的起因，整数不仅从量的方面而且在质方面支配着宇宙万物。奇数、偶数、质数、亲和数、完全数。 计算主义哲学 亲和数 如果两个整数，其中每一个数的真因子的和都恰好等于另一个数，那么这两个数，就构成一对“亲和数”。若两个人都佩带上分别写着这两个数的护符，就一定保持良好的友谊。  最小的一对亲和数（毕氏）：220与284。220的真因子是1、2、4、5、10、11、20、22、44、55、110，而它们的和是284。284的真因子是1、2、4、71、142，其和恰好是220。 第二对亲和数（费马）：17962与18416；第三对亲和数（笛卡儿），欧拉，60对。已经知道的亲和数已有1000对以上。 完全数 完全数的真因子之和是它自己，自己和自己是“一对”亲和数。 最小的完全数是6=1+2+3，是上帝创造世界所花的天数。最小的三个完全数是6，28，496。 1952年，借助SWAC数字计算机，又发现了五个完全数：1957年用瑞士的BESK计算机发现了另外一个；后来有人用IBM7090计算机又发现了两个。至今为止已知道的完全数已有27个。 十进制…… 十进制：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9 十二小时为一天（夜），十二进制 七天为一周，七进制 六十一甲子，六十进制 半斤八两，十六进制 二进制 道生一，一生二，二生三，三生万物。万物负阴而抱阳，充气以为和。 二进制：0，1 为什么是二进制？ 十进制数的二进制编码