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计算思维与信息技术前沿技术及应用

摘要：计算思维不仅渗透到每个人的生活，对人们的生活产生深刻的影响，而且在经济、

生物计算、专家系统等学科领域产生了重大影响，在科技创新与教育教学中起着非常重要的

作用。研究和思考计算思维与信息技术前沿技术及应用尤其在大数据、物联网、人工智能、

物联网等信息技术前沿技术是创新人才的基本要求和专业素质，也是信息社会中的创新需

要。

关键词：计算思维大数据物联网人工智能

绪论：计算思维和信息技术前沿技术及应用的研究在国内外均已展开并取得了一定的成

果。2007年卡内基·梅隆大学和微软公司宣布建立“微软——卡内基梅隆计算思维中心”，

该中心致力于计算机科学新兴领域的研究，特别是那些能够对其他学科的思维产生影响的领

域。美国国家计算机科学技术教师协会围绕“计算思维”，帮助美国继续在自然科学、教育、

医疗卫生、工程技术等领域创造更多的技术成果。国内一些专家学者也在计算思维与信息技

术前沿技术应用研究方面做出了一些颇有成效的研究，李国杰指出计算思维是应用计算机科

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。此外，我国在大数据、云计算、人工智能、物联网等信息技术前沿方面也表现

出了敏感度，着力推进和发展此类科学技术，并不断应用创新。

一、计算思维的概念及特性

计算思维就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的涵盖

了计算机科学之广度的一系列思维活动。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，

使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。

计算思维是一种递归思维，是并行处理。计算思维评价一个程序时，除了对准确度和效

率等角度进行考虑，也对是否符合美学标准进行评价，而涉及到统计的设计，还必须考虑是

否简洁等因素。计算思维应用抽象和分解来应对大型复杂的任务或系统。它注重问题的分

离，即选择合适的方式去描述一个问题，或者对该问题中相关联的方面建模让问题易于处理。

计算思维的特性一是概念化，不是程序化。计算机科学不仅仅是计算机编程，计算思维

也不是如何进行计算机编程，而是一种思维、一种概念，计算思维还要求人们能够在抽象

的多个层次上思维；二是个根本的，不是刻板的技能。计算思维是一种根本的技能，而非刻

板的机械重复。计算思维是每个人在现代社会生活中必须掌握的一种技能，它帮助我们快速、

高效地解决实际问题；三是计算思维是人的，而非计算机的思维。计算思维是人类求解问题

的一条途径，但并非让人类像计算机那样思考。人类富有智慧和想象力，赋予计算机强大的

功能。计算机仅仅给予人类强大的计算能力，帮助人类处理各种大量计算问题；四是数学和

工程思维的互补与融合。计算机科学本质上来源于数学，它的形式化基础建筑于数学之上。

计算机科学实际上又含有工程思维，因为我们的目的就是通过计算机建立起人与现实世界

进行互动的系统。即设计思维实际上是数学和工程思维的互补与融合。

二、大数据思维和应用

随着电子计算机领域的迅猛发展,如今我们所处的信息时代正孕育着改变,互联网的大面

积普及和使用给人类社会带来了空前的数据量,学界称之为大数据。在大数据时代，大数据

思维问题时这个时代的核心问题。2014年1月，中国工程院院士邬贺铨在《大数据思维》

文章中揭示大数据思维概念，强调大数据思维是一种方法论，系统论述了大数据思维在各行

业的应用，其中包含宏观经济管理、制造业、农业、商业、金融业、交通运输、外贸、医疗

卫生、机器翻译、体育训练、政治、军事等14个热点领域。它具有五大特征：巨量、多样、

高速、真实及低价值密度。

从20世纪中叶电子计算机出现到21世纪初互联网迅速发展，短短五十年的现代科技革

命给人类社会带来的变化比第一次工业革命以来的两百年巨大的多。随着集成电路、计算机

技术的大幅进步，PC与移动通信设备的差别越来越小，基于移动互联的即时通信服务，如

QQ、微信等，地理信息系统服务，以百度地图、高德导航为代表正在为生活提供便利。一

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