計(jì)算思維導(dǎo)論（第2版）課件：計(jì)算思維概述

計(jì)算思維緒論1.1思維科學(xué)思維思維計(jì)算思維思維的形式什么是思維什么是思維思維是人腦對客觀事物的間接的、概括的反映。思維以感知為基礎(chǔ)又超越感知的界限。思維涉及所有的認(rèn)知或智力活動。思維探索與發(fā)現(xiàn)事物的內(nèi)部本質(zhì)聯(lián)系和規(guī)律性，是認(rèn)識過程的高級階段。思維的形式……判斷證明假說推理概念思維的基本形式包括:

概念、判斷和推理科學(xué)研究科學(xué)科學(xué)達(dá)爾文∶“科學(xué)就是整理事實(shí)，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，做出結(jié)論”。《辭?！罚骸翱茖W(xué)是關(guān)于自然、社會和思維體系的知識體系”。科學(xué)的重要性在于，它具有一種內(nèi)在動力，推動著人類文明進(jìn)步和科技的發(fā)展?？茖W(xué)研究科學(xué)研究的基本任務(wù)就是探索、認(rèn)識未知和創(chuàng)新描述解釋預(yù)測假設(shè)理論事實(shí)進(jìn)一步事實(shí)演繹驗(yàn)證歸納計(jì)算思維科學(xué)思維科學(xué)思維科學(xué)思維是大腦對信息的加工活動，是對感性階段獲取的大量材料進(jìn)行整理和改造，形成概念、判斷和推理，從而反映事物的本質(zhì)和規(guī)律的認(rèn)識過程。理論思維計(jì)算思維實(shí)驗(yàn)思維科學(xué)思維思維的定義思維的形式科學(xué)的定義科學(xué)研究的任務(wù)科學(xué)思維包括什么從科學(xué)到科學(xué)思維什么是思維？1.2計(jì)算無所不在計(jì)算器數(shù)學(xué)電腦計(jì)算無所不在什么是計(jì)算？什么是計(jì)算？幼兒園階段：

數(shù)數(shù)小學(xué)：

四則運(yùn)算計(jì)算的初級階段狹義的計(jì)算中學(xué)階段：

加入了數(shù)學(xué)符號

公式推導(dǎo)和證明計(jì)算的中級階段狹義的計(jì)算大學(xué)階段：

計(jì)算機(jī)計(jì)算

輸入、算法、輸出

狀態(tài)1

狀態(tài)2計(jì)算的高級階段狹義的計(jì)算廣義的計(jì)算：

自然界

輸入輸出

存在的變量

信息石子與湖水間的計(jì)算計(jì)算的理解廣義的計(jì)算：2016年3月15日

AlphaGo與李世石

棋局和博弈策略無所不知的ChatGPT計(jì)算的理解計(jì)算無所不在馬克·維瑟施樂帕克研究中心accessAnybodyAnythingatAnytimeviaAnydeviceviaAnywhere計(jì)算無所不在普適計(jì)算：任何人在任何時間、地點(diǎn)，可以通過任何設(shè)備訪問任何事物馬克觀點(diǎn)狹義的計(jì)算理解廣義的計(jì)算理解計(jì)算無所不在五個any計(jì)算無所不在什么是計(jì)算？1.3計(jì)算思維概述(1)路徑檢索(2)路徑推薦(4)調(diào)整路徑(3)路徑選擇(5)歸納整理路徑案例Step5Step4自動化功能路徑檢索決策分析路徑選擇最優(yōu)化問題路徑調(diào)整抽象問題路徑的歸納整理Step3Step2算法模型路徑推薦Step1案例什么是計(jì)算思維？計(jì)算思維示例什么是計(jì)算思維？周以真觀點(diǎn)計(jì)算思維：是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)知識進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、和讓計(jì)算機(jī)理解人類行為等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動。抽象：算法思維角度合理抽象，高效算法自動：工程思維角度合理建模，高效實(shí)施自動抽象計(jì)算思維示例哥尼斯堡城地處東普魯士，位于普雷格爾河的兩岸及河中心的兩個島上，城市各部分由七座橋與兩岸連結(jié)起來。多年來，當(dāng)?shù)鼐用窨傆幸粋€愿望：從家里出去散步，能否通過每座橋恰好一次，再返回家中？但是任何人也沒有找到這樣一條理想的路徑。幾何圖是封閉聯(lián)通的幾何圖中的奇點(diǎn)(與奇數(shù)條邊相連的點(diǎn))個數(shù)為0或2sugarmilkcoffeecoffee1234取咖啡問題階乘問題f(n)=n!=1ⅹ2ⅹ…ⅹn方法1f(n)=n!=nⅹ(n-1)!=nⅹ(n-1)ⅹ(n-2)!方法2計(jì)算n的階乘1342是思想，非人造品計(jì)算機(jī)思維是一種思想，而非具體應(yīng)用或操作技能。概念化，非程序化計(jì)算思維是概念化，而非程序化。是人思維，非機(jī)器思維計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑，是人的思維，而非機(jī)器的思維。是能力，非技能計(jì)算思維是分析解決問題的能力，而非刻板的操作技能。身邊的計(jì)算思維最短路徑回溯查找……博弈背包問題計(jì)算思維舉例計(jì)算思維與我們緊密相連計(jì)算思維概念計(jì)算思維的本質(zhì)計(jì)算思維示例計(jì)算思維的特征計(jì)算思維示例什么是計(jì)算思維？1.4計(jì)算工具與計(jì)算機(jī)今天的我們身處在信息化時代在我們周圍，有各式各樣的計(jì)算機(jī)還有很多不叫計(jì)算機(jī)的“計(jì)算機(jī)”機(jī)械計(jì)算工具電子計(jì)算工具手工計(jì)算工具手工計(jì)算工具1621年：英國數(shù)學(xué)家埃德蒙·岡特制造出對數(shù)計(jì)算尺，方便了乘除計(jì)算。1621-1622年：英國數(shù)學(xué)家奧特瑞德設(shè)計(jì)了直尺計(jì)算尺和圓形計(jì)算尺，不僅可以進(jìn)行加、減、乘、除、乘方和開方運(yùn)算，還能計(jì)算三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)；奧特瑞德埃德蒙·岡特機(jī)械計(jì)算工具帕斯卡加法器巴貝奇差分機(jī)1642年1673年電子計(jì)算工具1939年10月，美國愛荷華州立大學(xué)的約翰

·文森特

·

阿塔納索夫教授和他的研究生克里福特

·

貝瑞研制成第一臺完全采用真空管作為存儲與運(yùn)算元件的第一臺現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)ABC機(jī)。1943年二戰(zhàn)期間，美國陸軍軍械部的“彈道研究實(shí)驗(yàn)室”急需得到彈道射擊表，但是為某一型號、某一口徑的火炮重新編制射擊表，需要一個人用原有機(jī)器不吃不喝4-5年才能完成。1944年，美國數(shù)學(xué)教授霍華德?艾肯提出設(shè)計(jì)思想，由IBM承建，設(shè)計(jì)出“MARKⅠ”計(jì)算機(jī)。MarkI作為世界上最早的通用型自動程序控制計(jì)算機(jī)之一。1942年，彈道實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)導(dǎo)人赫爾曼·戈德斯坦推動陸軍軍械部與賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電氣工程學(xué)院聯(lián)合開發(fā)電子計(jì)算機(jī)。約翰·莫克利和約翰·普雷斯伯·埃克特提交了一份研制電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案。1944年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家約翰·馮·諾依曼偶然參加到電子計(jì)算機(jī)的開發(fā)中。幫助解決關(guān)鍵存儲程序等問題。第一臺通用計(jì)算機(jī)：ENIAC1946年2月14日研制成功標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時代的到來。每秒只能做5000次加減運(yùn)算重達(dá)30噸，占地170m2啟動功耗150千瓦18000個電子管沒有存儲器，采用十進(jìn)制ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)之父美籍匈牙利數(shù)學(xué)家約翰·馮·諾依曼1949年，研制第二臺通用計(jì)算機(jī)：EDVAC，ENIAC的1/3，二進(jìn)制ElectronicDiscrete

VariableAutomaticComputer電子數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)杰出貢獻(xiàn)：

存儲程序原理、二進(jìn)制、

五大部件人工智能之父英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家阿蘭·麥席森·圖靈提出了一種用于判定機(jī)器是否具有智能的試驗(yàn)方法，即圖靈試驗(yàn)。此外，圖靈提出的著名的圖靈機(jī)模型為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯工作方式奠定了基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的“祖師爺”,是二戰(zhàn)英雄杰出貢獻(xiàn)：機(jī)械計(jì)算工具帕斯卡：加法器巴貝奇：差分機(jī)第一臺計(jì)算機(jī)ENIAC手工計(jì)算工具中國：遠(yuǎn)古、春秋

戰(zhàn)國、漢唐國外：埃德蒙·岡特奧特瑞德電子計(jì)算機(jī)ABC、MARKIENIAC、ENIVAC計(jì)算機(jī)之父馮?諾依曼杰出貢獻(xiàn)34562都有哪些計(jì)算機(jī)？臺式機(jī)、手機(jī)…都會自動"計(jì)算"1中國的計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的局限計(jì)算機(jī)的發(fā)展與分類計(jì)算機(jī)的發(fā)展與未來計(jì)算機(jī)電子管1946-1957晶體管1958-1964集成電路1965-1970超大規(guī)模集成電路1971-至今

巨型機(jī)————巨型機(jī)主要用于承擔(dān)重大的科學(xué)研究、國防尖端技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的大型計(jì)算課題及數(shù)據(jù)處理任務(wù)。如大范圍天氣預(yù)報、整理衛(wèi)星照片、制定國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展計(jì)劃、研究洲際導(dǎo)彈、宇宙飛船等。大型機(jī)————大型機(jī)一詞，最初是指裝在非常大的帶框鐵盒子里的大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用來同小型機(jī)和微型機(jī)有所區(qū)別。大型機(jī)的I/O能力、非數(shù)值計(jì)算能力、穩(wěn)定性、安全性是微型計(jì)算機(jī)所望塵莫及的。小型機(jī)————小型機(jī)是指采用精簡指令集處理器，性能和價格介于PC服務(wù)器和大型主機(jī)之間的一種高性能64位計(jì)算機(jī)。在中國，小型機(jī)習(xí)慣上用來指UNIX服務(wù)器。微型機(jī)————微型計(jì)算機(jī)簡稱“微機(jī)”，由于其具備人腦的某些功能，所以也稱其為“電腦”。微型計(jì)算機(jī)是由大規(guī)模集成電路組成的、體積較小的電子計(jì)算機(jī)。工作站————工作站是一種高端的通用型微機(jī)。它為單用戶使用，并提供比微機(jī)更強(qiáng)大的性能，尤其是在圖形處理能力、任務(wù)并行能力方面。通常配高分辨率的大屏、或多屏顯示器及容量很大的內(nèi)存和外存。光子量子納米神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合……生物未來的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化智能化多媒體化微型化巨型化中國的計(jì)算機(jī)發(fā)展中國的計(jì)算機(jī)1958.08第一臺我國工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程中國的計(jì)算機(jī)萌芽期起步期形成期成長期發(fā)展期中國的計(jì)算機(jī)董鐵寶(1916.8-1968.10)中國計(jì)算機(jī)之父計(jì)算機(jī)應(yīng)用計(jì)算機(jī)的局限計(jì)算機(jī)是萬能的嗎？未來真的會有超人，鋼鐵戰(zhàn)士？計(jì)算機(jī)不能做什么？——不可計(jì)算的不能替人拿主意、定方案...人機(jī)界面恰好是“思考”二字。

機(jī)器只能執(zhí)行指令，提供決策支持，還需人類決策。計(jì)算機(jī)能做什么？——可計(jì)算的比如，多記一些數(shù)據(jù)、多接收一些信息、算得快一些...還可以，以億次的計(jì)算，求解復(fù)雜的方程組，描