计算思维与智能计算基础PPT完整全套教学课件.pptx

计算思维与 智能 计算基础 2023/8/312第1章计算、计算机与计算思维 2023/8/313传统“计算机器”多样化的“计算机器”，各种设备的“大脑”系统我们身边的计算机 2023/8/314 2023/8/3151计算第节 2023/8/316公元480年7位15世纪初15位1610年35位1948年808位1950年2037位1955年3089位1989年4.8亿位2011年10万亿位 2023/8/3171.1.1计算的基本概念 很多自然的、人工的和社会的系统中的过程自然而然是计算的，计算就是执行信息变换。这是广义的计算，即对信息进行加工和处理。1985年图灵奖的获得者Richard M. Karp的观点： 计算是依据一定的法则对有关符号串进行变换的过程，即计算是从已知的符号开始，按照规则一步一步地改变符号串，经过有限的步骤，最终得到一个满足预定条件的符号串的过程。计算理论观点： 2023/8/318复杂计算问题的解决方法 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。知道计算规则，但超出人的计算能力，无法获得计算结果： 研究简化规则。如一元二次方程解的公式。复杂计算问题： 2023/8/319利用机器进行自动计算需要思考和研究的问题： 计算复杂性理论。“汉诺塔问题”2. 可计算问题的计算代价有多大？ 可计算性理论的研究。“理发师悖论”1. 是不是所有的问题都可以通过自动计算来解决？ 将问题的求解算法用程序表示，规模数据用数据库管理4. 如何方便有效地利用计算系统进行计算？ 构建一个低成本、高效率的通用的计算系统。3. 如何实现自动计算？ 在计算机及网络技术的支持下，构建并行计算、分布式、云计算环境5. 如何使计算“无所不能”、“无所不在”？ 2023/8/31101.1.2计算工具的探索计算工具电子计算机机电式计算机机械式计算工具手动式计算工具 2023/8/3111算盘 提供了计算过程中存储数的手段提供了一套计算规则(口诀)人按照规则进行计算九层算盘 一、加法 直加 满五加 进十加一: 一上一 一下五去四 一去九进一二: 二上二 二下五去三 二去八进一三: 三上三 三下五去二 三去七进一四: 四上四 四下五去一 四去六进一五: 五上五 五去五进一六: 六上六 六去四进一 六上一去五进一七: 七上七 七去三进一 七上二去五进一八: 八上八 八去二进一 八上三去五进一九: 九上九 九去一进一 九上四去五进一 二、减法 直减 破五减 退位减一 一下一 一上四去五 一退一还九二 二下二 二上三去五 二退一还八三 三下三 三上二去五 三退一还七四 四下四 四上一去五 四退一还六五 五下五 五退一还五六 六下六 六退一还四 六退一还五去一七 七下七 七退一还三 七退一还五去二八 八下八 八退一还二 八退一还五去三九 九下九 九退一还一 九退一还五去四 珠算珍品 2023/8/3112帕斯卡加法器----第一台机械计算机 Blaise Pascal (1623～1662), 法国科学家。 1642年，研制成功---帕斯卡机。 齿轮传动。低位的齿轮每转动10圈，高位上的齿轮只转动1圈。可以进行8位数的加法运算。 帕斯卡：人的某些思维过程与机械过程没有差别，因此可以设想用机械模拟人的思维活动。 意义：首次确立了计算机器的概念，开辟了自动计算的道路。 2023/8/3113莱布尼茨 Gottfried Wilhelm Leibniz (1646～1716)，德国数学家。。莱布尼茨机：一种能够进行连续十进制运算（加、减、乘、除）的机器，在进行乘法运算时采用进位-加的方法，后来演化为二进制，被现代计算机所采用。意义：提出了“可以用机械代替人进行繁琐重复的计算工作”的重要思想。 2023/8/3114其他重要工作 蕴含着程序控制思想的萌芽。1805年： 法国机械师杰卡德（J.Jacquard）根据布乔“穿孔纸带”的构想完成了“自动提花编织机”的设计制作----用连接按序的穿孔卡控制编织的样式，实践了数据的输入手段问题。1834年：巴贝奇设计了差分机、分析机。 能够按照设计者的旨意，自动处理不同函数的处理过程。他的助手、英国著名诗人拜伦的独生女阿达.奥古斯塔（Ada Augusta）为分析机编制了人类历史上第一个计算机程序。1854年：布尔创立布尔代数，为百年后出现的数字计算机的开关电路设计提供了重要的理论基础。巴贝奇差分机自动提花编织机