运用计算机 科学的 基础概念
设计系统 例如
设计Windows7、Word AutoCAD Flash、Photoshop 游戏软件 ……
理解人类行为 例如
求解问题的行为： 分析问题、建立数学模型 构造算法和数据结构 编写程序 调试运行。 其他行为……
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1 计算思维
运用计算机科学的基础概念求解问题 意味着:
完成,不必人们
再加干预。
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为了确保自动执行，就需要进行抽象建 立数学模型，构造算法和编写程序。
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1 计算思维
计算思维的特征 1 是概念化，不是程序化 2 是根本的技能，不是刻板的技能 3 是人的思维，不是计算机的思维 4 是思想，不是物品 5 是数学和工程思维的互补与融合
计算思维要求能 够像计算机科学家那 样在抽象的多个层次 上思维，强调概念和 思想（例如说谎问题 的穷举思想），而不 只是计算机编程。
要能灵活运用，举 一反三。
刻板的技能意味着 简单机械的重复，缺乏 创新性，换个题目就不 会做了。
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1 计算思维
计算思维的特征 1 是概念化，不是程序化 2 是根本的技能，不是刻板的技能 3 是人的思维，不是计算机的思维 4 是思想，不是物品 5 是数学和工程思维的互补与融合2020源自5/7乙说真话， 丙说假话。
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1 计算思维
运用计算机科学的概念求解问题意味着：
举会计
要将问题转化为计算机能够处理的形式
法不算 以要机
例如一个说谎问题： 有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。 甲说：“乙说假话。” 乙说：“甲和丙是同一种人。” 问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？
后紧这 还，个 要知处 学道理 习思的
人要适应计算机， 要将问题转化为计算机能够处理的形式
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1 计算思维
运用计算机科学的概念求解问题意味着： 要将问题转化为计算机能够处理的形式
例如一个说谎问题： 有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。 甲说：“乙说假话。” 乙说：“甲和丙是同一种人。” 问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？
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1 计算思维
为了能用计算思维和计算机求解实际问题
学习
算
数 据
程 序
法
组 织
设 计
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1 计算思维
与计算思维有关的图灵机
图灵分析了人的计算过程， 将计算归结为最简单、最基本、最确定的操作动作， 从而用一种简单的方法来描述直观上具有机械性的基本计算程序，
使任何机械（能行）的程序都可归约为这些动作， 实现了计算的自动进行。
做不同的动作
人也抽象为图灵机
1.将人具备的知识技能和由五 官感知周围环境获得的一切看 成输入集合 2.将人作出的一言一行看成输 出集合 3.将人脑（保存脑中所有神经 细胞的状态）看成状态寄存器 4.将人对外界所作出的反应 （一言一行）看成执行了一套 复杂的控制规则
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1 计算思维
与计算思维有关的计算
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1 计算思维
与计算思维有关的图灵机
图灵机可以：
进行任何计算
1.改变状态集、符号 集和控制规则， 图灵机就能模拟人类 所能进行的任何计算 过程。 2.状态集、符号集越 扩大，控制规则越复 杂，图灵机的功能就 越强。
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等价于计算机
一条控制规则→一条指令 整套规则→指令集
计算所执行的规则→程序 纸带→存储器 移动函数→运算器 读写头→磁盘驱动器 执行控制规则的控制器→控制器 输入不同的程序→使机器
什么是计算？
计算的过程
图灵通过构造图 灵机，形式化地阐述 了计算的本质：
任何计算，在本 质上都可以还原为计 算者（人或机器）对 一条两端可无限延长 的纸带上的一串0、1 进行变换，最后得到 一个满足预先规定的 符号串的过程。
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计算的本质
计算的外延
计算的本质是：
。路过
即程
计算机怎么解答？
答：不是像人这样推理。是用穷举法测试。 可 现
。在
穷不
这里用变量a、b、c表示甲、乙、丙三人说话的真假，
分析问题 建立模型
当变量值为1时表示此人说真话,变量值为0时表示说假话。 ①甲说:”乙说假话。” 这有两种可能:甲说的是真话,而乙确实说假话,即:a==1且b==0
或者甲说的是假话，而乙说真话，即：a==0且b==1
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1 计算思维
运用计算机科学的概念求解问题意味着： 要将问题转化为计算机能够处理的形式
例如一个说谎问题： 有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。 甲说：“乙说假话。” 乙说：“甲和丙是同一种人。” 问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？
计算机怎么解答？ 答：不是像人这样推理。是用穷举法测试。
计算机科学不只 是关于计算机，就像 音乐不只是关于麦克 风一样。
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1 计算思维
计算思维的特征 1 是概念化，不是程序化 2 是根本的技能，不是刻板的技能 3 是人的思维，不是计算机的思维 4 是思想，不是物品 5 是数学和工程思维的互补与融合
根本的技能就像 （阅）读、写（作）和 （做）算（术）一样是 基本的技能，是每个人 为了在现代社会中发挥 职能所必须掌握的。
分析问题 建立模型
①和②两个逻辑表达式要同时成立 （因为应满足的条件都要满足）, 最终得到确定谁说真话的逻辑表达式 ((a==1且b==0)或(a==0且b==1))且((b==1且a==c)或(b==0且a≠c)) 穷举每个人说真话或说假话的各种情况,用上述表达式逐个 测试,使上述表达式的值为1(成立,真)的情况就是正确的结果。
《大学计算机——理论篇》 第1章 计算思维和信息素养
1 计算思维(重点) 2 信息技术 3 计杜算忠机友文化 4 信息素养
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1 计算思维
我们生活在人类社会最高端的计算机时代、信息时代
我们要学会： 用计算机解决所学专业领域、学习和日常生活中的实际问题 如何用计算机解决这些实际问题？
要学会计算思维! 什么是计算思维？
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1 计算思维
与计算思维有关的图灵机
图灵机
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一条无限长的纸带 一个读写头 一个状态寄存器 一套控制规则
控制规则根据当前机 器所处的状态及当前读写 头所指的格子上的符号来 确定读写头下一步的动作， 并改变状态寄存器的值， 令机器进入一个新的状态。
如此，经过有限步后 机器在停机控制指令的控 制下停止移动，最后纸带 上的内容就是计算结果。
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1 计算思维
什么是计算思维？
计算思维是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。
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1 计算思维
什么是计算思维？
求解问题 例如
方程求解 例如ax2+bx+c=0 定理证明 例如四色定理 表达式求值 说谎问题求解 ……
穷 举 法
迭 代 法
递 归 法
分 治 法
贪 心 法
分 解
集 成 封 装
查 找 算 法
排 序 算 法
…… ()
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1 计算思维
我们已经运用了基本的、低级的计算思维(只是我们没有意识到运用了计算思维)：
例如： 用Word进行文档编辑——需要分索策略
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1 计算思维
运用计算机科学的概念求解问题意味着： 要将问题转化为计算机能够处理的形式
例如一个说谎问题： 有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。 甲说：“乙说假话。” 乙说：“甲和丙是同一种人。” 问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？
计算机怎么解答？ 答：不是像人这样推理。是用穷举法测试。
观察总结自然规律
F=ma I=U/R
归纳
……
物理
计算思维
设计和构造算法，
让计算机自动求解 ……
自动求解
计算机
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1 计算思维
理论思维、实验思维和计算思维构成了科技创新的三大支柱
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1 计算思维
抽象
计算思维 的本质
抽出问题的本质特征
例如:对说谎问题
例如:哥尼斯堡七桥
建立数学模型的过程 问题
自动化
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1 计算思维
抽象
计算思维 的本质
自动化
抽出问题的本质特征
例如:对说谎问题
例如:哥尼斯堡七桥
建立数学模型的过程 问题
自动化就是机械地一步步地 自动执行。
例如:计算机的 例如:执行一段
开机就是
事先编写的排
自动执行的。 序程序,对指定
数据的排序就
能迅速地自动
分析问题 建立模型
数学模型是： ((a==1且b==0)或(a==0且b==1))且((b==1且a==c)或(b==0且a≠c)) 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤1 （a,b,c是整数）
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1 计算思维
运用计算机科学的概念求解问题意味着： 要将问题转化为计算机能够处理的形式
例如一个说谎问题： 有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。 甲说：“乙说假话。” 乙说：“甲和丙是同一种人。” 问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？ 计算机怎么解答？ 答：不是像人这样推理。是用穷举法测试。
计算思维是人类求 解问题的一条途径，是 人的思维方式，不是计 算机的思维方式。