教学课件:《大学计算机—计算思维视角》(第2版)陈国良.ppt

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* 计算思维的详细描述 计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法,把一个看来困难的问题重新阐释成一个人们知道怎样解决的问题。 计算思维是一种递归思维,是一种并行处理,是一种把代码译成数据又能把数据译成代码,是一种多维分析推广的类型检查方法。 计算思维是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法,是一种基于关注点分离的方法。 8.3 计算思维 * 计算思维是一种选择合适的方式去陈述一个问题,或对一个问题的相关方面建模并使其易于处理的思维方法。 计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错和纠错方式,从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。 计算思维是利用启发式推理寻求解答,也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。 计算思维是利用海量数据来加快计算,在时间和空间之间,在处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。 8.3 计算思维 * 二、计算思维的特征 1.概念化,不是程序化 计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家那样去思维意味着远远不仅限于计算机编程,还要求能够在抽象的多个层次上思维。计算机科学不只是关注计算机,就像音乐产业不只是关注麦克风一样。 2.根本的,不是刻板的技能 计算思维是一种根本技能,是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板的技能意味着简单的机械重复。 8.3 计算思维 * 3.是人的,不是计算机的思维 计算思维是人类求解问题的一条途径,但决非要使人类像计算机那样地思考。计算机枯燥且沉闷,人类聪颖且富有想象力。是人类赋予计算机激情。计算机赋予人类强大的计算能力,人类应该好好的利用这种力量去解决各种需要大量计算的问题。 4.是思想,不是人造物 不只是将生产的软硬件等人造物到处呈现给我们的生活,更重要的是计算概念,它被人们用来问题求解、日常生活的管理,以及与他人进行交流和互动。 8.3 计算思维 * 5.数学和工程思维的互补与融合 计算机科学在本质上源自数学思维,它的形式化基础建筑于数学之上。计算机科学又从本质上源自工程思维,因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统。所以设计思维是数学和工程思维的互补与融合。 6.面向所有的人,所有地方 当计算思维真正融入人类活动的整体时,它作为一个问题解决的有效工具,人人都应当掌握,处处都会被使用。 8.3 计算思维 * 三、计算思维的本质 抽象(Abstract)、自动化(Automation)。 它反映了计算的根本问题,即什么能被有效的自动进行。 计算是抽象的自动执行,自动化需要某种计算机去解释抽象。 从操作层面上讲,计算就是如何寻找一台计算机去求解问题,隐含地说就是要确定合适的抽象,选择合适的计算机去解释执行该抽象,后者就是自动化。 8.3 计算思维 * 一、计算思维的应用领域 1.生物学 计算机科学许多领域渗透到生物信息学中的应用研究,包括数据库、数据挖掘、人工智能、算法、图形学、软件工程、并行计算和网络技术等都被用于生物计算的研究。 从各种生物的DNA数据中挖掘DNA序列自身规律和DNA序列进化规律,可以帮助人们从分子层次上认识生命的本质及其进化规律 DNA序列实际上是一种用四种字母表达的“语言”。 8.3 计算思维 * 2.脑科学 脑科学是研究人脑结构与功能的综合性学科它以揭示人脑高级意识功能为宗旨,与心理学、人工智能、认知科学和创造学等有着交叉渗透。 美国神经生理学家罗杰·斯佩里进行了裂脑实验,提出大脑两半球功能分工理论。他认为:大脑左右半球完全可以以不同的方式进行思维活动,左脑侧重于抽象思维,如逻辑抽象、演绎推理和语言表达等;右脑侧重于形象思维,如直觉情感、想象创新等。 8.3 计算思维 * 3.化学 计算机科学在化学中的应用包括:化学中的数值计算、化学模拟、化学中的模式识别、化学数据库及检索、化学专家系统等。 基于非结构网格和分区并行算法,为求解多组分化学反应流动守恒方程组开发了单程序多数据流形式的并行程序,对己有的预混可燃气体中高速飞行的弹丸的爆轰现象进行了有效的数值模拟。 8.3 计算思维 * 4.经济学 计算博弈论正在改变人们的思维方式。 囚徒困境是博弈论专家设计的典型示例,但是囚徒困境博弈模型可以用来描述两家企业的价格大战等许多经济现象。 百事可乐 可口可乐 高价 低价 低价 高价 10 60 60 10 30 30 50 50 8.3 计算思维 * 5.艺术 计算机艺术是科学与艺术相结合的一门新兴的交叉学科,它包括绘画、音乐、舞蹈、影视、广告、书法模拟、服装设计、图案设

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