計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論-基于計(jì)算思維的思想與方法（第4版） 課件【ch03】計(jì)算思維及其作用體現(xiàn)

計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論基于計(jì)算思維的思想與方法計(jì)算思維及其作用體現(xiàn)第三章新工科建設(shè)之路·計(jì)算機(jī)類系列教材01計(jì)算思維及其本質(zhì)特性計(jì)算思維及其本質(zhì)特性011.思維的基本類型(1)理性思維(RationalThinking)：是指在直觀感性的基礎(chǔ)上，經(jīng)過界定概念、客觀推理、科學(xué)判斷后形成的正確反映客觀世界的本質(zhì)和規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程。(2)抽象思維(AbstractThinking)：也稱為邏輯思維，是指人類特有的一種思維方式，是利用邏輯工具對(duì)思維內(nèi)容進(jìn)行抽象的思維活動(dòng)。(3)形象思維(VividThinking)：是指綜合一切可以利用的素材并加以整理，構(gòu)筑成一門形象思維的學(xué)問。形象思維又稱為直覺思維，分為直觀動(dòng)作思維和表象思維兩種。一、人類思維的類別計(jì)算思維及其本質(zhì)特性011.思維的基本類型(4)靈感思維(InspirationThinking)：也稱為創(chuàng)造性思維，是指在科學(xué)研究中不受或者較少受傳統(tǒng)思維和范式的束縛，超越常規(guī)、構(gòu)筑新意、獨(dú)樹一幟、捕捉靈感或相信直覺，用于實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究突破的一種思維方式。(5)系統(tǒng)思維(SystemThinking)：是指考慮到客體聯(lián)系的普遍性和整體性，認(rèn)識(shí)主體在認(rèn)識(shí)客體的過程中，將客體視為一個(gè)相互聯(lián)系的系統(tǒng)，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來考察研究客體，并主要從系統(tǒng)的各要素之間的聯(lián)系、系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用中，綜合地考察客體的認(rèn)識(shí)心理過程。一、人類思維的類別計(jì)算思維及其本質(zhì)特性012.思維的基本特征人類思維是在實(shí)踐過程中，特別是在表象的基礎(chǔ)上，借助語言以知識(shí)為媒體來實(shí)現(xiàn)的活動(dòng)。正是基于這種表象和概念，使得人類思維具有如下特征。(1)概括性特征(2)間接性特征(3)能動(dòng)性特征一、人類思維的類別計(jì)算思維及其本質(zhì)特性013.科學(xué)思維科學(xué)思維之所以有多種不同的描述，是因?yàn)榭茖W(xué)思維具有多種類型。如果著眼于科學(xué)思維的具體手段及其科學(xué)求解功能，那么科學(xué)思維可分為以下4種。(1)發(fā)散求解思維(2)邏輯解析思維(3)哲理思辨思維(4)理論建構(gòu)與評(píng)價(jià)思維：一、人類思維的類別計(jì)算思維及其本質(zhì)特性013.科學(xué)思維如果從人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的思維方式出發(fā)，科學(xué)思維又可分為理論思維、實(shí)證思維和計(jì)算思維，這三種思維被稱為“科學(xué)發(fā)現(xiàn)的三大支柱”，對(duì)人類進(jìn)步和文明傳承具有巨大的貢獻(xiàn)。一、人類思維的類別計(jì)算思維及其本質(zhì)特性01一、人類思維的類別4.思維方式與科學(xué)方法的關(guān)系(1)邏輯思維對(duì)應(yīng)理論科學(xué)，以推理和演繹為特征：邏輯思維和實(shí)證思維的對(duì)應(yīng)關(guān)系是最早明確和建立的。(2)實(shí)證思維對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，以觀察和歸納自然規(guī)律為特征：實(shí)證思維起源于物理學(xué)的研究。(3)計(jì)算思維對(duì)應(yīng)計(jì)算科學(xué)，以抽象化和自動(dòng)化(或以設(shè)計(jì)和構(gòu)造)為特征：計(jì)算思維是與人類思維活動(dòng)同步發(fā)展的思維模式，是人類思維的重要組成部分。計(jì)算思維及其本質(zhì)特性01二、計(jì)算思維的概念1.計(jì)算思維的形成人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)和理解經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)的、理論的和計(jì)算的三個(gè)階段，但不論哪個(gè)階段，人類認(rèn)識(shí)、理解甚至改造自然所必備的能力是由解決問題的思維方式、技術(shù)手段、科學(xué)方法所決定的并與社會(huì)環(huán)境密切相關(guān)。計(jì)算思維及其本質(zhì)特性01二、計(jì)算思維的概念2.計(jì)算思維的定義計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)篡機(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)。對(duì)于計(jì)算思維的研究和探索，可概括為以下3方面。(1)問題求解中的計(jì)算思維(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的計(jì)算思維(3)人類行為理解中的計(jì)算思維：計(jì)算思維及其本質(zhì)特性01三、計(jì)算思維的本質(zhì)思維過程通常按以下步驟進(jìn)行。(1)分析問題：在求解問題時(shí)，首先是分析問題，理解求解問題的目的，建立正確的數(shù)據(jù)模型，并確定利用計(jì)算機(jī)求解時(shí)需要提供哪些輸入信息，需要輸出哪些信息等。(2)制訂計(jì)劃：根據(jù)問題性質(zhì)，選擇適合的算法，制訂求解的可行性方案。在此過程中，要考慮如何充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算和計(jì)算機(jī)按照程序自動(dòng)執(zhí)行的優(yōu)勢(shì)。(3)執(zhí)行計(jì)劃：計(jì)算機(jī)按照程序步驟和所提供的參數(shù)(輸入的數(shù)據(jù))進(jìn)行計(jì)算，然后輸出結(jié)果。(4)檢驗(yàn)結(jié)果：檢驗(yàn)和分析程序運(yùn)行結(jié)果是否正確，如何改進(jìn)和提高。計(jì)算思維及其本質(zhì)特性01四、計(jì)算思維的特征1.計(jì)算思維的概念特性計(jì)算思維是人類的基本思維方式，從方法論的角度講，計(jì)算思維方式體現(xiàn)出7個(gè)概念特性。(1)計(jì)算思維是人的思維、不是計(jì)算機(jī)的思維(2)計(jì)算思維是概念化思維，不是程序化的思維(3)計(jì)算思維是數(shù)學(xué)和工程相互融合的思維，而不是數(shù)學(xué)性的思維(4)計(jì)算思維是思想，而不是物品(5)計(jì)算思維是一種基礎(chǔ)技能，而不是機(jī)械技能(6)計(jì)算思維是一種理念，而不是表現(xiàn)形式(7)計(jì)算思維是一種思維方法，而不是一種思維模式：計(jì)算思維及其本質(zhì)特性01四、計(jì)算思維的特征2.計(jì)算思維的問題特性(1)計(jì)算思維利用化繁為簡(jiǎn)、化難為易，通過約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道怎樣解決問題的思維方式。(2)計(jì)算思維利用遞歸思維、并行處理，維既能把代碼譯成數(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。(3)計(jì)算思維是采用抽象和分解來控制龐雜的任務(wù)，或進(jìn)行巨大復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，因而是一種基于關(guān)注點(diǎn)分離(SeparationofConcerns，SoC)的方法。(4)計(jì)算思維選是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)方面進(jìn)行建模，使其易于處理的思維方法。計(jì)算思維及其本質(zhì)特性01四、計(jì)算思維的特征2.計(jì)算思維的問題特性(5)計(jì)算思維是按照預(yù)防、保護(hù)以及通過冗余、容錯(cuò)和糾錯(cuò)的方式，從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的一種思維方法。(6)計(jì)算思維是利用啟發(fā)式推理尋求解答，在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方法。(7)計(jì)算思維是利用海量數(shù)據(jù)加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間、處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行權(quán)衡折中的思維方法。02計(jì)算思維的問題求解計(jì)算思維的問題求解021.模型的基本類型(1)計(jì)算模型(ComputationalModel)：是指定量或定性地描述系統(tǒng)各變量之間的相互關(guān)系或因果關(guān)系的模型。(2)仿真模型(Simulationmodel)：泛指實(shí)物仿真模型或數(shù)字仿真模型，這里是指對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)經(jīng)過抽象和簡(jiǎn)化所形成的系統(tǒng)模型，屬于數(shù)字仿真模型。(3)結(jié)構(gòu)模型(StructuralModel)：是指反映系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和因果關(guān)系的模型。(4)思維模型(ThinkingModel)：是指用簡(jiǎn)單易懂的語言、圖形、表格、符號(hào)等形式來表達(dá)人們思考和解決問題的形式。一、問題求解的數(shù)學(xué)建模計(jì)算思維的問題求解022.建立數(shù)學(xué)模型的方法步驟(1)模型描述：

根據(jù)問題背景和對(duì)象特征，研究變化規(guī)律，確定總變量及其相互關(guān)系，進(jìn)而用數(shù)學(xué)符號(hào)(形式)語言進(jìn)行描述，即把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題。(2)模型構(gòu)想：根據(jù)對(duì)象的特征和建模目的，用數(shù)學(xué)思維方法提出假設(shè)和數(shù)學(xué)抽象簡(jiǎn)化問題，用形式化語言刻畫各變量和常量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。(3)模型建立：利用數(shù)學(xué)工具把數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)代數(shù)問題，并且把問題分支歸結(jié)到解一個(gè)方程式，建立問題整體的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，形成能為算法描述提供依據(jù)的數(shù)學(xué)模型。(4)模型驗(yàn)證：對(duì)所建立的模型進(jìn)行合理性、準(zhǔn)確性、可靠性、適應(yīng)性分析，然后選取與所建模型有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，判別模型的優(yōu)劣。一、問題求解的數(shù)學(xué)建模計(jì)算思維的問題求解02二、問題求解的基本策略1.構(gòu)建模型建立數(shù)學(xué)模型是問題求解最為重要第一步，數(shù)學(xué)建模的本質(zhì)是挖掘數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，這些“規(guī)律”往往隱藏在數(shù)據(jù)之間而難以發(fā)現(xiàn)。2.問題界定對(duì)問題界定是極為關(guān)鍵的。然而，許多問題并非“一目了然”，在問題界定過程中一定要認(rèn)真觀察、分析、思考、研究問題的實(shí)質(zhì)，不要被問題的表象所迷惑。計(jì)算思維的問題求解02二、問題求解的基本策略3.尋找條件在界定問題性質(zhì)后，盡力尋找解決問題的必要條件，以縮小問題求解范圍。4.問題分解在解決復(fù)雜問題的過程中，常常將復(fù)雜問題進(jìn)行分解，其分解的基本策略是采用“等價(jià)”和“分治”方法將系統(tǒng)分解成多個(gè)模塊，在求得各模塊解后進(jìn)行綜合，從而使復(fù)雜問題能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。計(jì)算思維的問題求解02二、問題求解的基本策略5.對(duì)象離散電子數(shù)字計(jì)算機(jī)是一個(gè)離散型的系統(tǒng)，是建立在離散型數(shù)字基礎(chǔ)上的，所以凡是“可計(jì)算”的問題都必須是離散型的或離散過的數(shù)字化數(shù)據(jù)。6.確定算法求解一個(gè)具體問題時(shí)必須確定算法。通常有多種算法可供選擇，選擇的標(biāo)準(zhǔn)是算法的正確性、可靠性、簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性。然后分析算法，確定算法的復(fù)雜度，選擇算法的描述方法。計(jì)算思維的問題求解02二、問題求解的基本策略7.程序設(shè)計(jì)從構(gòu)建模型到確定算法，這一切工作都是為了利用計(jì)算機(jī)實(shí)行問題求解的手段，而程序設(shè)計(jì)則是實(shí)現(xiàn)問題求解的目標(biāo)，也是計(jì)算思維本質(zhì)(抽象與自動(dòng)化)的真實(shí)體現(xiàn)。計(jì)算機(jī)的本質(zhì)是程序的機(jī)器，所有需要求解的問題都要編成程序，通過機(jī)器的高速運(yùn)算獲得結(jié)果。計(jì)算思維的問題求解02三、問題求解的過程抽象1.人類求解問題的過程抽象問題求解是一個(gè)非常復(fù)雜的思維活動(dòng)過程，是對(duì)客觀世界的抽象，人的思維越豐富，問題求解越完美。我們可將問題求解的思維活動(dòng)過程概括為5個(gè)步驟(可視為層次階段)，如圖3-1所示。計(jì)算思維的問題求解02三、問題求解的過程抽象2.計(jì)算機(jī)求解問題的過程抽象為了實(shí)現(xiàn)求解自動(dòng)化，必須把問題域的對(duì)象轉(zhuǎn)換成便于計(jì)算機(jī)求解的解空間對(duì)象，計(jì)算機(jī)求解問題的過程抽象如圖3-3所示。03計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科03計(jì)算思維之所以與計(jì)算學(xué)科相互促進(jìn)，其關(guān)鍵就體現(xiàn)在計(jì)算思維本質(zhì)與計(jì)算學(xué)科形態(tài)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。以數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例揭示計(jì)算學(xué)科形態(tài)與計(jì)算思維的關(guān)系，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的學(xué)科形態(tài)如圖3-5所示。一、計(jì)算思維本質(zhì)與學(xué)科形態(tài)的關(guān)系計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科03二、計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)學(xué)科中的體現(xiàn)具體說，就是用計(jì)算機(jī)處理現(xiàn)實(shí)世界中的各類問題時(shí)，必須將現(xiàn)實(shí)世界的事物轉(zhuǎn)換為適合計(jì)算機(jī)處理的表示形式，這就是所謂“1”和“0”的計(jì)算思維。用“1”和“0”來描述事物狀態(tài)的思維，在計(jì)算機(jī)學(xué)科中不僅有著極為重要的作用，而且是計(jì)算機(jī)科學(xué)理論的“基石”。1.“1和0”的計(jì)算思維計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科03二、計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)學(xué)科中的體現(xiàn)計(jì)算系統(tǒng)是對(duì)計(jì)算機(jī)的抽象，是由硬件和軟件組成且能高效工作的完整系統(tǒng)。而計(jì)算系統(tǒng)的計(jì)算思維是指如何用系統(tǒng)科學(xué)的理論和觀點(diǎn)來構(gòu)建一個(gè)能實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算系統(tǒng)。2.“計(jì)算系統(tǒng)”的計(jì)算思維計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科03二、計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)學(xué)科中的體現(xiàn)問題求解是計(jì)算思維的核心，既體現(xiàn)出人類求解問題的過程抽象，又體現(xiàn)出計(jì)算機(jī)求解問題的過程抽象。抽象形成數(shù)學(xué)模型，編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行，即體現(xiàn)出計(jì)算思維本質(zhì)一抽象和自動(dòng)化。3.“問題求解”的計(jì)算思維計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科03二、計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)學(xué)科中的體現(xiàn)4.“程序設(shè)計(jì)”的計(jì)算思維計(jì)算機(jī)程序是求解問題的“流程”或“順序”，程序設(shè)計(jì)思想在計(jì)算機(jī)科學(xué)中是一種極其重要的計(jì)算思維，按照Neumann原理，計(jì)算機(jī)解題流程的一般過程如圖3-8所示。計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科03二、計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)學(xué)科中的體現(xiàn)計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科032.數(shù)學(xué)方法的基本策略數(shù)學(xué)方法是一種科學(xué)方法，使用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題所涉及的基本策略可概括以下兩類。(1)歸納、演繹、類比方法：歸納是從個(gè)別到一般，演繹則是從一般到個(gè)別，兩者是認(rèn)識(shí)過程中解決問題的兩個(gè)相反相成的方法，而類比是歸納和演繹的綜合運(yùn)用。(2)分析、綜合、抽象方法：分析是把事物分解為各個(gè)部分并加以考察的方法；綜合是把事物看成一個(gè)有機(jī)整體來加以考察的方法。一、數(shù)學(xué)方法及其作用體現(xiàn)計(jì)算機(jī)學(xué)科中的數(shù)學(xué)方法03一、數(shù)學(xué)方法及其作用體現(xiàn)5.“遞歸算法”的計(jì)算思維遞歸(Recursion)是一種用有限的步驟描述實(shí)現(xiàn)近似無限工作的方法，它是計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域中一種重要的計(jì)算思維模式，既是抽象表達(dá)的一種手段，也是問題求解的重要方法。計(jì)算機(jī)學(xué)科中的數(shù)學(xué)方法03一、數(shù)學(xué)方法及其作用體現(xiàn)6.“信息管理”的計(jì)算思維在當(dāng)今信息時(shí)代，人類社會(huì)的數(shù)據(jù)規(guī)模和種類正以前所未有的速度增長，傳統(tǒng)的手工管理方式已無法實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)的有效管理和高效利用。因此，適應(yīng)大規(guī)模復(fù)雜數(shù)據(jù)信息管理的數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算機(jī)學(xué)科中的數(shù)學(xué)方法03一、數(shù)學(xué)方法及其作用體現(xiàn)7.“系統(tǒng)融合”的計(jì)算思維“融合”本質(zhì)上體現(xiàn)了不同抽象層面的計(jì)算系統(tǒng)的基本思維，例如，多處理機(jī)系統(tǒng)、集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、指揮系統(tǒng)、導(dǎo)彈系統(tǒng)等，都是社會(huì)與技術(shù)的融合體，從而促使人們用“系統(tǒng)融合”的思維去研究各種技術(shù)的綜合實(shí)現(xiàn)?！跋到y(tǒng)融合”充分體現(xiàn)出了“信息集合化”和“模型構(gòu)造化”的計(jì)算思維。04計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04一、計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)教育相互促進(jìn)1.計(jì)算機(jī)教育促進(jìn)計(jì)算思維的發(fā)展(1)計(jì)算機(jī)教育促進(jìn)計(jì)算思維的培養(yǎng)：計(jì)算機(jī)教育強(qiáng)調(diào)方法論、抽象思維能力、解決問題的意識(shí)等，因而使得在學(xué)習(xí)和應(yīng)用計(jì)算機(jī)的過程中有形或無形地培養(yǎng)計(jì)算思維。(2)計(jì)算機(jī)應(yīng)用促進(jìn)計(jì)算思維的研究：計(jì)算機(jī)對(duì)信息和符號(hào)快速處理的能力，使得原本只能停留在理論上的想法可以轉(zhuǎn)化成實(shí)際的系統(tǒng)。(3)計(jì)算機(jī)科學(xué)促進(jìn)思維方式的發(fā)展：計(jì)算機(jī)科學(xué)及其相關(guān)計(jì)算學(xué)科的進(jìn)步，改變著人們的思維方式。計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04一、計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)教育相互促進(jìn)2.計(jì)算思維促進(jìn)計(jì)算機(jī)教育的發(fā)展計(jì)算機(jī)學(xué)科能有力促進(jìn)計(jì)算思維的發(fā)展，而計(jì)算思維能力的提高能有力地促進(jìn)計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展。計(jì)算思維對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科及其教育的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。(1)計(jì)算思維促進(jìn)計(jì)算機(jī)教育思想(2)計(jì)算思維促進(jìn)對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科的認(rèn)識(shí)(3)計(jì)算思維促進(jìn)計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04二、計(jì)算思維有助于跨越專業(yè)鴻溝1.實(shí)現(xiàn)跨越專業(yè)鴻溝的因素(1)計(jì)算思維是人類求解問題途徑的思想和方法：計(jì)算思維的特性決定了它能給人以啟迪，給人創(chuàng)造想象的空間。計(jì)算思維像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思維，而不是像計(jì)算機(jī)那樣去思維，計(jì)算機(jī)擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力，但處理問題刻板而機(jī)械。而人類通過在抽象的多個(gè)層次上思維并且編程實(shí)現(xiàn)，將自己計(jì)算思維的思想賦予了計(jì)算機(jī)，解決各種需要大量計(jì)算的問題。計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04二、計(jì)算思維有助于跨越專業(yè)鴻溝1.實(shí)現(xiàn)跨越專業(yè)鴻溝的因素(2)計(jì)算思維是融合了數(shù)學(xué)和工程的思維方式：而問題求解需要建立現(xiàn)實(shí)世界的抽象模型，采用建筑在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上的形式化語言表達(dá)思想。(3)計(jì)算思維是基于抽象和自動(dòng)化的思維方式：這一思維方式對(duì)各學(xué)科學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都是極為重要的，是實(shí)現(xiàn)跨越專業(yè)鴻溝的根基。計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04二、計(jì)算思維有助于跨越專業(yè)鴻溝2.實(shí)現(xiàn)跨越專業(yè)鴻溝的策略實(shí)現(xiàn)跨越專業(yè)鴻溝的基本策略可以概括為3個(gè)方面。(1)了解計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的方式和過程(2)認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)對(duì)其他學(xué)科產(chǎn)生的巨大影響(3)將計(jì)算思維拓展到其他學(xué)科：計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04三、計(jì)算思維有助于其他學(xué)科發(fā)展計(jì)算生物學(xué)是生物學(xué)中的一個(gè)分支，是應(yīng)用數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及理論研究的一門新興學(xué)科。基于DNA的生物計(jì)算機(jī)的研究是人類期望在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)的偉大工程，它是計(jì)算機(jī)學(xué)科中最年輕的一個(gè)分支。1.計(jì)算生物學(xué)計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04三、計(jì)算思維有助于其他學(xué)科發(fā)展計(jì)算神經(jīng)學(xué)是使用數(shù)學(xué)分析和計(jì)算機(jī)模擬的方法在不同水平上對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬和研究的交叉學(xué)科，涉及神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、資訊科學(xué)、物理學(xué)和數(shù)學(xué)等。正是大腦的復(fù)雜性及其神奇的計(jì)算和決策能力，吸引了數(shù)理科學(xué)家、計(jì)算機(jī)科學(xué)家、信息科學(xué)家們從計(jì)算和建模的角度去進(jìn)行研究，計(jì)算思維便是計(jì)算和建模過程中極為重要的思想方法。2.計(jì)算神經(jīng)學(xué)計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04三、計(jì)算思維有助于其他學(xué)科發(fā)展以分子模擬為工具實(shí)現(xiàn)各種核心化學(xué)的計(jì)算問題，架起了理論化學(xué)與實(shí)驗(yàn)化學(xué)之間的橋梁，使用化學(xué)、計(jì)算方法、統(tǒng)計(jì)學(xué)和程序設(shè)計(jì)等各種方法，進(jìn)行化學(xué)與化工理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)與信息處理、分析與測(cè)試等。計(jì)算化學(xué)研究包括以下5個(gè)領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都與計(jì)算思維密切相關(guān)。(1)數(shù)值計(jì)算；(2)化學(xué)模擬；(3)化學(xué)中的模式識(shí)別；(4)化學(xué)數(shù)據(jù)庫及檢索；(5)化學(xué)專家系統(tǒng)。3.計(jì)算化學(xué)計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04三、計(jì)算思維有助于其他學(xué)科發(fā)展4.計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要推動(dòng)力量：

一方面，傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)形式和商業(yè)模式在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)生了許多變化，經(jīng)典的經(jīng)濟(jì)學(xué)理論需要不斷被檢驗(yàn)和修正，產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)學(xué)理論；另一方面，隨著分布式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展，一

個(gè)計(jì)算任務(wù)的完成往往需要多方合作，這就要求計(jì)算機(jī)協(xié)議或算法設(shè)計(jì)不僅要滿足有效性、容錯(cuò)性等傳統(tǒng)需要，還要考慮博弈論和經(jīng)濟(jì)學(xué)的約束。計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04三、計(jì)算思維有助于其他學(xué)科發(fā)展5.計(jì)算機(jī)藝術(shù)計(jì)算機(jī)藝術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合的一門新興的交叉學(xué)科，包括繪畫、音樂、舞蹈、影視、廣告、書法模擬、服裝設(shè)計(jì)、圖案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品和建筑造型設(shè)計(jì)以及電子出版物等領(lǐng)域。顯然，計(jì)算機(jī)藝術(shù)的創(chuàng)作和描述都與計(jì)算思維密切相關(guān)。計(jì)算思維的學(xué)科作用與能力培養(yǎng)04三、計(jì)算思維有助于其他學(xué)科發(fā)展6.其他學(xué)科領(lǐng)域計(jì)算思維不局限于計(jì)算機(jī)科學(xué)和科學(xué)家，而將成為每個(gè)人的技能組合成分。同時(shí)，計(jì)算思維不僅使許多專家對(duì)其他學(xué)科研究產(chǎn)生興趣，