计算思维概述.ppt
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1、Computational Thinking1计算不再只和计算机有关,它和我们的生活息息相关。一、计算改变了什么?二、什么是计算?三、什么是计算思维?计算思维引言计算思维引言2一、计算改变了什么一、计算改变了什么1计算改变了科学家的思考方式计算生物学改变着生物学家的思考方式数学机械化改变着数学家的思考方式计算博弈理论改变着经济学家的思考方式社会计算改变社会学家的思考方式3计算生物学改变计算生物学改变着着生物学家的思考方式生物学家的思考方式最典型的案例:人类的基因工程-耗时10年,耗资数百亿美元。散弹枪算法提出来后,用于基因测序-耗时几天,耗资千把美元就能测一个基因。(因为大量的繁杂的工作由计算
2、机完成,大大解放了生物学家,从而改变着生物学家的思考方式)4数学机械化数学机械化改变着改变着数学家数学家的思考方式的思考方式数学机械化,就是刻板化和规格化。-吴方法(吴文俊)数学问题的机械化,就是要求在运算或证明过程中,每前进一步之后,都有一个确定的、必须选择的下一步,这样沿着一条有规律的、刻板的道路,一直达到结论。吴文俊吴文俊-中科院资深院士中科院资深院士吴先生创立了初等几吴先生创立了初等几何定理证明的机械化何定理证明的机械化方法,国际上称方法,国际上称“吴吴方法方法”,首次实现了,首次实现了高效的几何定理的机高效的几何定理的机器证明。器证明。5计算博弈理论改变着经济学家计算博弈理论改变着经
3、济学家思考方式思考方式u博弈论指的是研究人与人之间行为互动的一般理论。所谓社会,就是互动。u1943年,冯诺依曼博弈论和经济行为著作首次介绍了博弈论。u博弈论:两人以上参与,双方通过不同策略相互竞争的游戏。u博弈:一方采用的策略会对另一方的行为产生影响。u计算思想在诺贝奖获奖理论中占到70%以上的比例。6社会计算改变社会学家社会计算改变社会学家的思考方式的思考方式根据社会科学理论,以计算技术为工具,可以:研究人类社会的组成、关系、结构、层次、行为、运动等问题;研究社会媒体,促进社会人群的交流与合作。7一、计算改变了什么一、计算改变了什么2计算改变了工作方式数字化会议数字化医疗数字化教学数字化制
4、造8数字化会议9数字化医疗10数字化教学11数字化制造12美国学者尼葛洛庞帝在其 1996年出版的数字化生存一书中提出的,按照他的解释,计算不再只与计算机有关,它决定我们的生存。尼葛洛庞帝尼葛洛庞帝(Negroponte)为美国麻)为美国麻省理工学院教授及媒体实验室的创办人。省理工学院教授及媒体实验室的创办人。西方媒体推崇他为电脑和传播科技领域西方媒体推崇他为电脑和传播科技领域最具影响力的大师之一,最具影响力的大师之一,1996年年7月被月被时代时代周刊列为当代最重要的未来学周刊列为当代最重要的未来学家之一。家之一。计算改变了世界13二、什么是计算计算的定义:计算是指运用事先规定的规则,将一组
5、数值变换为另一计算是指运用事先规定的规则,将一组数值变换为另一(所需所需的的)数值的过程。数值的过程。对某一类问题,如能找到一组确定的规则,当给出这类问题中的任一具体问题后,按规则可以完全机械地在有限步内求出结果,则说这类问题是可计算的。这种规则就是算法算法。14猜数游戏:有自然数1-1000,随机选取其中的一个数,请大家猜数。回答10次是与否,就可以猜出该数字。15163.计算思维的特征计算工具与思维方式的相互影响计算工具与思维方式的相互影响家迪科斯彻:我们使用的工具影响着我们的我们使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯,从而也将深刻地影响思维方式和思维习惯,从而也将深刻地影响着我们的思维
6、能力着我们的思维能力。计算思维是各个专业求解问题的基本途径。173.计算思维的特征计算思维的定义计算思维的定义“计算思维”是美国卡内基梅隆大学周以真教授提出的一种理论。周以真认为:计算思维计算思维是运用计算机科学的基础概念去是运用计算机科学的基础概念去求解求解问题问题、设计系统设计系统和和理解人类行为理解人类行为,它涵盖了计算机科学的一,它涵盖了计算机科学的一系列思维活动系列思维活动。周以真周以真(英文名Jeannette M.Wing,),美国计算机科学家。卡内基-梅隆大学教授。美国国家自然基金会计算与信息科学工程部助理部长。ACM和IEEE会士。18问题求解中的计算思维19有一座城市需要铺
7、路,不仅每栋房子都能沿着铺好的道路到达其他所有的房子,而且用的石砖最少。设有三栋房子和三条路,哪些路是必须要铺上石砖的?铺路问题20如果是5栋房子?12345212222警察抓小偷警察局抓了a,b,c,d四名偷窃嫌疑犯,其中只有一人是小偷,审讯记录如下:A说:我不是小偷B说:c是小偷C说:小偷肯定是dD说:c在冤枉人四个人中,三个人说的是真话,一个人说的是假话,请问谁是小偷?23问题分析24数学建模25计算26编程实现For x=1 to 4 If(x1+(x=3)+(x=4)+(x4)=3)then Print xNext x27百元买白鸡公鸡每只5元,母鸡每只3元,小鸡一元3只,一百元买一
8、百只鸡,问有几种买法?问题分析:问题分析:X+Y+Z=100X+Y+Z=1005X+3Y+Z/3=1005X+3Y+Z/3=10028编程For x=1 to 100 For y=1 to 100 Z=100-x-y If 5*x+3*y+z/3=100 then Print x,y,z End if Next forNext for29计算机解题方法计算机解决问题步骤:理解问题,寻找解决问题的条件;从问题抽象出适当的数学模型,然后设计解决这个数学模型的算法;按照算法编写程序,并调试、测试、运行程序,得到最终解答。30系统设计中的计算思维将系统中的变换过程映射为符号变换形式化,然后就可以用计算
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