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大学计算机基础与计算思维西南林业大学大数据与智能工程学院

第六章计算与计算思维

本章主要内容6.1计算6.2计算思维的含义特征、内容6.3计算思维的特征6.4计算思维

什么是计算？简单计算：数据计算，计算规则，应用计算规则进行计算并获得计算结果计算就是基于规则的、符号集的变换过程，即从一个按照规则组织的符号集合开始，再按照既定的规则一步步地改变这些符号集合，经过有限步骤之后得到一个确定的结果。广义的计算就是执行信息变换，即对信息进行加工和处理。许多自然的、人工的和社会的系统中的过程变化，自然而然是计算的。如财务系统、有哪些信誉好的足球投注网站引擎等。

复杂计算：需要研究简化的方法、规则。如一元二次方程解的公式等。f(x)，函数，计算规则及其简化计算方法，便于人应用规则进行计算，获得计算结果

机器计算知道计算规则，但超出人的计算能力，无法获得计算结果人可能无法完成但却可由机器自动完成，借助于机器获得计算结果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，比如圆周率计算等。a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c

人计算与机器计算的差别?例如：求ax2+bx+c=0的根人进行计算：规则可能很复杂,但计算量却可能很小人需要知道具体的计算规则特定规则，只能求:a1x2+a2x=c机器-自动计算：规则可能很简单,但计算量却很大机器也可以采用人所使用的计算规则一般性的规则，可以求任意:a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c人-求解机器-求解(1)从-n到n，产生x的每一个整数值；(2)将其依次代入到方程中计算;(3)如果其值使方程式成立，则即为其解；否则不是“人”计算vs.“机器”计算利用上述公式计算得到x值

自动计算自动计算要解决的几个问题:表示-存储-执行“数据”的表示“计算规则”的表示：程序数据与计算规则的“自动存储”计算规则的“自动执行”a1x1b1+a2x2b2+…+anxnbn=c

计算思维为什么提出计算思维？学科的发展，知识的膨胀SystemsTheoryAIComp.Bio.GeometricComp.GraphicsHCI：HumanComputerInteractionDistributedSystemsServiceComputingHardwareRoboticsDatabaseDataminingMachineLearningNaturalLanguageComp.EconomicsNetworkingSecurityAlgorithmsEconomicsBiologyLinguisticsStatisticsSociologyServiceologyDesignPsychologyElectricalEngineering

计算思维的提出“计算思维”是美国卡内基梅隆大学周以真教授提出的一种理论。周以真认为：计算思维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，它涵盖了计算机科学的一系列思维活动。

什么是计算思维？计算思维以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。计算思维的根本问题是什么能被有效的自动进行。为了机器的自动化，需要在抽象过程中进行符号转换和建立计算模型。计算思维需要考虑问题处理的边界，以及可能产生的错误。

计算思维的本质——抽象和自动化抽象：有选择地忽略某些细节，控制系统的复杂性；完全超越物理的时空观，符号化；抽象是在不同的层次上完成的。自动化：机械地一步一步地自动执行，选择合适的计算机解释执行问题的抽象。在哥尼斯堡城的普莱格尔河上有7座桥，将河中的两个岛和河岸连结，问能否一次走遍7座桥，而每座桥只允许通过一次，最后仍然回到起始地点。

【案例】毕加索画牛的抽象过程。

国内学者/专家的观点计算思维是人类应具备的第三种思维实验思维:实验?观察?发现、推断与总结.---观察与归纳理论思维:假设/预设?定义/性质/定理?证明.---推理和演绎计算思维:设计,构造与计算.---设计与构造计算思维关注的是人类思维中有关可行性、可构造性和可评价性的部分当前环境下，理论与实验手段在面临大规模数据的情况下，不可避免地要用计算手段来辅助进行。

国际教育技术协会对计算思维的可操作性定义计算思维是问题解决的过程，该过程包括以下特点：（1）制定问题，并利用计算机和其他工具来解决该问题；（2）要符合逻辑地组织和分析数据；（3）通过抽象（如模型、仿真等）再现数据；（4）通过算法思想（一系列有序的步骤）支持自动化的解决方案；（5）分析可能的解决方案，找到最有效的方案；（6）将该问题的求解过程推广并移植到更广泛的问题中。

计算工具与思维方式的相互影响家迪科斯彻：我们使用的工具影响着