计算思维概述课件.pptVIP

1.1 科学与科学思维 2. 科学的分类 广义科学 自然科学：以自然界为主要研究对象，运用实证、理性和臻美等方法，解释自然的奥秘。 人文科学：以人类为主要研究对象，，运用实地考察、诠释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精神素质和思想境界。 社会科学：以社会领域为主要研究对象，运用调查、统计和归纳等方法，把握社会规律，解决社会问题，促进社会进步。 狭义科学 自然科学（有时也指基础理论科学） 科学思维及其分类 1）科学思维 科学思维（Scientific Thinking)是指经过感性阶段获取的大量材料通过整理和改造，形成概念、判断和推理，以便反映事物的本质和规律。 科学思维是大脑对科学信息的加工活动。 科学思维涵盖内容： -- 思维要与客观实际相符 -- 要求遵循形式逻辑的规律和规则 -- 思维要具有创新性 科学研究的方法： -- 理论研究 -- 实验研究 -- 计算研究 理论科学、实验科学和计算科学是推动人类文明进步和科技发 展的主要途径。 1.1 科学与科学思维 2）科学思维的分类 对应的三大科学研究的思维是理论思维、实验思维和计算思维。 理论思维： 又称推理思维，以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。 实验思维： 又称实证思维，以观察和总结自然规律为特征，以物理学科为代表。 计算思维： 又称构造思维，以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。 计算思维就是思维过程或功能的计算模拟方法论，其研究的目的是提供适当的方法，使人们借助现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高目标。诸如：模式识别、决策、优化和自控等算法都属于计算思维的范畴。 三大思维都是人类科学思维方式中固有的部分。其中，理论思维强调推理，实验思维强调归纳，计算思维希望能自动求解。他们以不同的方式推动着科学的发展和人类文明的进步。 1.1 科学与科学思维 计算科学 理论科学 实验科学 测试理论 提出理论 解释结果 制作模型 提出模型 建模过程 提出实验 数据分析 驱动装置 大型计算 模型验证 数据生产 解释结果 生产模型 精确计算 验证理论 生产数据 提出理论 3）理论科学、实验科学和计算科学的研究关系 马克思：一门学科，只有运用了数学才算是成熟了的学科。 H.Davy：没有什么比应用新工具更有助于知识的发现。在不同的时期，人们的业绩不同，与其说是他们天赋智能所致，倒不如说是他们所拥有的工具和软资源不同所致。 戴维（SirHumphry Davy 1778～1829），英国化学家 名 人 名 言 我们认为：一门学科一旦运用了计算科学，它就成为了先进的学科。 有研究报告显示：计算很可能是人类的一种本能。 1.1 科学与科学思维 1.2 计算思维的概念 1.2 计算思维的概念 1. 计算思维概念的引入 周以真定义： 计算思维（Computational Thinking，CT）是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、和理解人类行为等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。 目的是培养学生像拥有阅读、写作和算术（3R）基本技能一样拥有计算思维技能，并能自觉地应用于日常的学习、研究与将来的工作中，要像计算机科学家那样思考问题。 周以真：原美国卡内基·梅隆大学教授，2013年任微软全球资深副总裁、负责微软研究院全球各核心研究机构及学术合作部 。2006年对计算思维进行了清晰、系统的阐述，使计算思维的概念得到人们的极大关注。 J.M. Wing, “Computational Thinking,” CACMViewpoint, March 2006, pp. 33-35. Paper off /~wing/ P.J.Denning观点 ACM前主席 Denning认为：计算原理可以总结为7类。计算---Computation 通信---Communication 协作---Coordination 记忆---Recollection 自动化-Automation 评估---Evaluation设计---Design P.J.Denning观点 计算思维示例 例1 计算函数f(x)区间[a,b]上的积分。 在高等数学中，计算积分是使用牛顿—莱布尼兹公式，即首先求f(x)的原函数F(x),然后计算F(x) 解决这个问题不用黎曼积分的原因是计算量太大。在计算机中，计算积分的方法是使用黎曼积分，即对区间[a,b]进行n等分，然后计算各小矩形的面积。不用牛顿—莱布尼兹公式的原因有两个：一是不同的f(x)求原函数的方法是不同的；二是并不是所有的f(x)都能找到原函数F(x). a b 例2：计算函数n