計(jì)算機(jī)與計(jì)算思維

【計(jì)算機(jī)與計(jì)算思維】讀后感首先，通過閱讀我了解到了計(jì)算思維的概念。2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真(JeannetteM.Wing)教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《CommunicationsoftheACM》雜志上給出，并定義的計(jì)算思維(ComputationalThinking)。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。以上是關(guān)于計(jì)算思維的一個(gè)總定義，周教授為了讓人們更易于理解，又將它更進(jìn)一步地定義為：通過約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來(lái)困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道問題怎樣解決的方法;是一種遞歸思維，是一種并行處理，是一種把代碼譯成數(shù)據(jù)又能把數(shù)據(jù)譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法；是一種采用抽象和分解來(lái)控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行巨大復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，是基于關(guān)注分離的方法(SoC方法)；是一種選擇合適的方式去陳述一個(gè)問題，或?qū)σ粋€(gè)問題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法；是按照預(yù)防、保護(hù)及通過冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式，并從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的一種思維方法；是利用啟發(fā)式推理尋求解答，也即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方法；是利用海量數(shù)據(jù)來(lái)加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間，在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行折衷的思維方法。計(jì)算思維吸取了問題解決所采用的一般數(shù)學(xué)思維方法，現(xiàn)實(shí)世界中巨大復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)估的一般工程思維方法，以及復(fù)雜性、智能、心理、人類行為的理解等的一般科學(xué)思維方法。同時(shí)自己去了解了一些關(guān)于計(jì)算的知識(shí)。計(jì)算思維的優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算思維建立在計(jì)算過程的能力和限制之上，由人由機(jī)器執(zhí)行。計(jì)算方法和模型使我們敢于去處理那些原本無(wú)法由個(gè)人獨(dú)立完成的耍求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。計(jì)算思維的內(nèi)容。計(jì)算思維中的抽象完全超越物理的時(shí)空觀，并完全用符號(hào)來(lái)表示，其中，數(shù)字抽象只是一類特例。與數(shù)學(xué)和物理科學(xué)相比，計(jì)算思維中的抽象顯得更為豐富，也更為復(fù)雜。數(shù)學(xué)抽象的最大特點(diǎn)是拋開現(xiàn)實(shí)事物的物理、化學(xué)和生物學(xué)等特性，而僅保留其量的關(guān)系和空間的形式，而計(jì)算思維中的抽象卻不僅僅如此。計(jì)算思維的操作模式。計(jì)算思維建立在計(jì)算過程的能力和限制之上，由人由機(jī)器執(zhí)行。計(jì)算方法和模型使我們敢于去處理那些原本無(wú)法由任何個(gè)人獨(dú)自完成的問題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。計(jì)算思維直面機(jī)器智能的不解之謎：什么人類比計(jì)算機(jī)做得好？什么計(jì)算機(jī)比人類做得好？最基本的問題是：什么是可計(jì)算的？迄今為止我們對(duì)這些問題仍是一知半解。計(jì)算思維的用途。計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能，不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家。我們應(yīng)當(dāng)使每個(gè)孩子在培養(yǎng)解析能力時(shí)不僅掌握閱讀、寫作和算術(shù)(Reading,wRiting,andaRithmetic3R)，還要學(xué)會(huì)計(jì)算思維。正如印刷出版促進(jìn)了3R的普及，計(jì)算和計(jì)算機(jī)也以類似的正反饋促進(jìn)了計(jì)算思維的傳播。計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。當(dāng)我們必須求解一個(gè)特定的問題時(shí)，首先會(huì)問：解決這個(gè)問題有多么困難？怎樣才是最佳的解決方法？計(jì)算機(jī)科學(xué)根據(jù)堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)來(lái)準(zhǔn)確地回答這些問題。表述問題的難度就是工具的基本能力，必須考慮的因素包括機(jī)器的指令系統(tǒng)、資源約束和操作環(huán)境。為了有效地求解一個(gè)問題，我們可能要進(jìn)一步問：一個(gè)近似解是否就夠了，是否可以利用一下隨機(jī)化，以及是否允許誤報(bào)（falsepositive）和漏報(bào)（falsenegative）。計(jì)算思維就是通過約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來(lái)困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道怎樣解決的問題。計(jì)算思維是一種遞歸思維。它是并行處理。它是把代碼譯成數(shù)據(jù)又把數(shù)據(jù)譯成代碼。它是由廣義量綱分析進(jìn)行的類型檢查。對(duì)于別名或賦予人與物多個(gè)名字的做法，它既知道其益處又了解其害處。對(duì)于間接尋址和程序調(diào)用的方法，它既知道其威力又了解其代價(jià)。它評(píng)價(jià)一個(gè)程序時(shí)，不僅僅根據(jù)其準(zhǔn)確性和效率，還有美學(xué)的考量，而對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還考慮簡(jiǎn)潔和優(yōu)雅。抽象和分解來(lái)迎接龐雜的任務(wù)或者設(shè)計(jì)巨大復(fù)雜的系統(tǒng)。它是關(guān)注的分離（SOC方法）。它是選擇合適的方式去陳述一個(gè)問題，或者是選擇合適的方式對(duì)一個(gè)問題的相關(guān)方面建模使其易于處理。它是利用不變量簡(jiǎn)明扼要且表述性地刻畫系統(tǒng)的行為。它使我們?cè)诓槐乩斫饷恳粋€(gè)細(xì)節(jié)的情況下就能夠安全地使用、調(diào)整和影響一個(gè)大型復(fù)雜系統(tǒng)的信息。它就是為預(yù)期的未來(lái)應(yīng)用而進(jìn)行的預(yù)取和緩存。計(jì)算思維是按照預(yù)防、保護(hù)及通過冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式從最壞情形恢復(fù)的一種思維。它稱堵塞為“死鎖”，稱約定為“界面”。計(jì)算思維就是學(xué)習(xí)在同步相互會(huì)合時(shí)如何避免“競(jìng)爭(zhēng)條件”（亦稱“競(jìng)態(tài)條件”）的情形。計(jì)算思維利用啟發(fā)式推理來(lái)尋求解答，就是在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度。它就是搜索、搜索、再搜索，結(jié)果是一系列的網(wǎng)頁(yè)，一個(gè)贏得游戲的策略，或者一個(gè)反例。計(jì)算思維利用海量數(shù)據(jù)來(lái)加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間，在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行權(quán)衡?？紤]下面日常生活中的事例：當(dāng)你女兒早晨去學(xué)校時(shí)，她把當(dāng)天需要的東西放進(jìn)背包，這就是預(yù)置和緩存；當(dāng)你兒子弄丟他的手套時(shí)，你建議他沿走過的路尋找，這就是回推；在什么時(shí)候停止租用滑雪板而為自己買一付呢？這就是在線算法；在超市付帳時(shí)，你應(yīng)當(dāng)去排哪個(gè)隊(duì)呢？這就是多服務(wù)器系統(tǒng)的性能模型;為什么停電時(shí)你的電話仍然可用？這就是失敗的無(wú)關(guān)性和設(shè)計(jì)的冗余性；完全自動(dòng)的大眾圖靈測(cè)試如何區(qū)分計(jì)算機(jī)和人類，艮口CAPTCHA：注1］程序是怎樣鑒別人類的？這就是充分利用求解人工智能難題之艱難來(lái)挫敗計(jì)算代理程序。計(jì)算思維將滲透到我們每個(gè)人的生活之中，到那時(shí)諸如算法和前提條件這些詞匯將成為每個(gè)人日常語(yǔ)言的一部分，對(duì)“非確定論”和“垃圾收集”這些詞的理解會(huì)和計(jì)算機(jī)科學(xué)里的含義驅(qū)近，而樹己常常被倒過來(lái)畫了。我們已見證了計(jì)算思維在其他學(xué)科中的影響。例如，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)改變了統(tǒng)計(jì)學(xué)。就數(shù)學(xué)尺度和維數(shù)而言，統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)用于各類問題的規(guī)模僅在幾年前還是不可想象的。各種組織的統(tǒng)計(jì)部門都聘請(qǐng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)家。計(jì)算機(jī)學(xué)院（系）正在與已有或新開設(shè)的統(tǒng)計(jì)學(xué)系聯(lián)姻。計(jì)算機(jī)學(xué)家們對(duì)生物科學(xué)越來(lái)越感興趣，因?yàn)樗麄儓?jiān)信生物學(xué)家能夠從計(jì)算思維中獲益。計(jì)算機(jī)科學(xué)對(duì)生物學(xué)的貢獻(xiàn)決不限于其能夠在海量序列數(shù)據(jù)中搜索尋找模式規(guī)律的本領(lǐng)。最終希望是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法（我們自身的計(jì)算抽象和方法）能夠以其體現(xiàn)自身功能的方式來(lái)表示蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。計(jì)算生物學(xué)正在改變著生物學(xué)家的思考方式。類似地，計(jì)算博弈理論正改變著經(jīng)濟(jì)學(xué)家的思考方式，納米計(jì)算改變著化學(xué)家的思考方式，量子計(jì)算改變著物理學(xué)家的思考方式。這種思維將成為每一個(gè)人的技能組合成分，而不僅僅限于科學(xué)家。普適計(jì)算之于今天就如計(jì)算思維之于明天。普適計(jì)算是已成為今日現(xiàn)實(shí)的昨日之夢(mèng)，而計(jì)算思維就是明日現(xiàn)實(shí)。計(jì)算思維是概念化，不是程序化。計(jì)算機(jī)科學(xué)不是計(jì)算機(jī)編程。像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思維意味著遠(yuǎn)不止能為計(jì)算機(jī)編程，還要求能夠在抽象的多個(gè)層次上思維。根本的，不是刻板的技能。根本技能是每一個(gè)人為了在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮職能所必須掌握的。刻板技能意味著機(jī)械的重復(fù)。具有諷刺意味的是，當(dāng)計(jì)算機(jī)像人類一樣思考之后，思維可就真的變成機(jī)械的了。計(jì)算機(jī)思維是人的，不是計(jì)算機(jī)的思維方式。計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑，但決非要使人類像計(jì)算機(jī)那樣地思考。計(jì)算機(jī)枯燥且沉悶，人類聰穎且富有想象力。是人類賦予計(jì)算機(jī)激情。配置了計(jì)算設(shè)備，我們就能用自己的智慧去解決那些在計(jì)算時(shí)代之前不敢嘗試的問題，實(shí)現(xiàn)“只有想不到，沒有做不到”的境界。計(jì)算思維是數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合。計(jì)算機(jī)科學(xué)在本質(zhì)上源自數(shù)學(xué)思維，因?yàn)橄袼械目茖W(xué)一樣，其形式化基礎(chǔ)建筑于數(shù)學(xué)之上。計(jì)算機(jī)科學(xué)又從本質(zhì)上源自工程思維，因?yàn)槲覀兘ㄔ斓氖悄軌蚺c實(shí)際世界互動(dòng)的系統(tǒng)，基本計(jì)算設(shè)備的限制迫使計(jì)算機(jī)學(xué)家必須計(jì)算性地思考，不能只是數(shù)學(xué)性地思考。構(gòu)建虛擬世界的自由使我們能夠設(shè)計(jì)超越物理世界的各種系統(tǒng)。是思想，不是人造物不只是我們生產(chǎn)的軟件硬件等人造物將以物理形式到處呈現(xiàn)并時(shí)時(shí)刻刻觸及我們的生活，更重要的是還將有我們用以接近和求解問題、管理日常生活、與他人交流和互動(dòng)的計(jì)算概念；而且，面向所有的人，所有地方。當(dāng)計(jì)算思維真正融入人類活動(dòng)的整體以致不再表現(xiàn)為一種顯式之哲學(xué)的時(shí)候，它就將成為一種現(xiàn)實(shí)。因此對(duì)于非專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維也有重要意義。如今各學(xué)科的研究開發(fā)工作對(duì)計(jì)算