【精品】课件---1-绪论-计算思维.pptVIP

程序设计思想与方法 张同珍 Email: tzzhang@ zhang-tz@ Courseware Text: 账号：tzzhang 密码：public Office: 电院3号楼531房间 Tel: 上机时间: 从第3周起周四的课程在电院4号楼 教材参考教材 教材： 程序设计思想与方法-问题求解中的计算思维 ---电子稿 text1-6.pdf 在课程ftp上 Python Programming: An Introduction to Computer Science. (电子版) 参考书： How to Think Like a Computer Scientist—Learning with Python.(电子版)---参考书 Python学习手册 科学界一般认为，科学方法分为理论、实验和计算三大类。与三大科学方法相对的是三大科学思维，理论思维以数学为基础，实验思维以物理等学科为基础，计算思维以计算机科学为基础。 三大科学思维支柱 1．理论思维 理论源于数学，理论思维支撑着所有的学科领域。正如数学一样，定义是理论思维的灵魂，定理和证明则是它的精髓。公理化方法是最重要的理论思维方法，科学界一般认为，公理化方法是世界科学技术革命推动的源头。用公理化方法构建的理论体系称为公理系统，如欧氏几何。 2 实验思维 实验思维的先驱应当首推意大利著名的物理学家、天文学家和数学家伽利略，他开创了以实验为基础具有严密逻辑理论体系的近代科学，被人们誉为“近代科学之父”。爱因斯坦为之评论说：“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。” 3．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，以及人类行为理解的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。 美国国家科学院计算机科学与通讯部门主席）周以真（Jeannette M. Wing）教授在给出计算思维总定义的基础上，又对计算思维作了更详细的表述 (表1)： 表1：计算思维的更详细描述（或定义） （1）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我们知道问题怎样解决的思维方法； （2）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； （3）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，是基于关注点分离的方法（SoC方法）； （4）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使其易于处理的思维方法； 表1：计算思维的更详细描述（或定义） （5）计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法； （6）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； （7）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衷的思维方法。 计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。 计算思维最根本的内容，即其本质是抽象（Abstraction）与自动化（Automation）。计算思维中的抽象完全超越物理的时空观，并完全用符号来表示，其中，数字抽象只是其中的一类特例。 四、美国大学计算教育振兴计划对我国计算教育  的启示 计算思维中的抽象最终是要能够机械的一步步自动执行。为了确保机械的自动化，就需要在抽象的过程中进行精确和严格的符号标记和建模，同时也要求计算机系统或软件系统生产厂家能够向公众提供各种不同抽象层次之间的翻译工具。 表2：计算思维的特征 计算思维是什么 计算思维不是什么 （1）是概念化 不是程序化 （2）是根本的 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 不是人造物 （5）是数学与工程思维的互补与融合 不是空穴来风 （6）面向所有的人，所有的地方 不局限于计算学科 （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止能为计算机编程，还要求能够在抽象的多个层次上思维。为便于理解周教授的意思，可以更进一步地说，计算机科学不只是关于计算机，就像音乐产业不只是关于麦克风一样。 （2）根本的，不是刻板的技能 根本技能是指每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板的技能意味着机械的重复。就时间而言