大學(xué)計算機(jī) 理論篇 第1章 計算思維

1、授 課實(shí) 驗(yàn)理論篇 第1章 計算思維和信息素養(yǎng)（2學(xué)時）應(yīng)用篇 Windows實(shí)驗(yàn)（第1次，共2次）理論篇 第2章 計算思維與計算機(jī)（2學(xué)時）應(yīng)用篇 Windows實(shí)驗(yàn)（第2次，共2次）應(yīng)用篇 第2章 Word（第一個2學(xué)時，共4學(xué)時）設(shè)計電子報紙應(yīng)用篇 Word實(shí)驗(yàn)（第1次，共2次）應(yīng)用篇 第2章 Word（第二個2學(xué)時，共4學(xué)時）論文排版應(yīng)用篇 Word實(shí)驗(yàn)（第2次，共2次）理論篇 第3章 計算思維與算法（4學(xué)時）畢業(yè)論文排版（第1,2次，共4次）理論篇 第4章 計算思維與數(shù)據(jù)的組織管理（4學(xué)時）畢業(yè)論文排版（第3,4次，共4次）理論篇 第5章 算法的實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計（第一個2學(xué)時,共4學(xué)時）

2、 應(yīng)用篇 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)（共1次）理論篇 第5章 算法的實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計（第二個2學(xué)時,共4學(xué)時） 應(yīng)用篇 C語言實(shí)驗(yàn)（共1次）應(yīng)用篇 第3章 Excel（第一個2學(xué)時，共4學(xué)時）應(yīng)用篇 Excel實(shí)驗(yàn)（第1次，共2次）應(yīng)用篇 第3章 Excel（第二個2學(xué)時，共4學(xué)時）應(yīng)用篇 Excel實(shí)驗(yàn)（第2次，共2次）應(yīng)用篇 第4,5章 PowerPoint Visio（2學(xué)時）應(yīng)用篇 PowerPoint實(shí)驗(yàn)（共1次）機(jī)動 從本書的所有內(nèi)容（包括講過的章）中選（2學(xué)時）應(yīng)用篇 Visio實(shí)驗(yàn)（共1次）合計 28學(xué)時合計 28學(xué)時2022-3-251考勤 10% 實(shí)驗(yàn)報告和大作業(yè) 30% 期末考試（理論篇

3、） 60% 課程考核2022-3-252 講課重點(diǎn)是理論篇杜忠友杜忠友本章講授2學(xué)時2022-3-253要學(xué)會計算思維要學(xué)會計算思維! !如何用計算機(jī)解決這些實(shí)際問題？如何用計算機(jī)解決這些實(shí)際問題？我們生活在人類社會最高端的計算機(jī)時代、信息時代我們生活在人類社會最高端的計算機(jī)時代、信息時代我們要學(xué)會：我們要學(xué)會：用計算機(jī)解決所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域、學(xué)習(xí)和日常生活中的實(shí)際問題用計算機(jī)解決所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域、學(xué)習(xí)和日常生活中的實(shí)際問題什么是什么是計算思維？計算思維？2022-3-2542022-3-255 科學(xué)思維:是在科學(xué)活動中,建立在科學(xué)知識基礎(chǔ)之上的思維,是思維的科學(xué)化。 具有:客觀性、精確性、可檢驗(yàn)性、可

4、預(yù)見性、普適性等特點(diǎn)。 科技創(chuàng)新的三大支柱：理論思維、實(shí)驗(yàn)思維、計算思維什么是什么是計算思維計算思維( (Computational thinking)Computational thinking)？計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、進(jìn)行問題求解、 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解以及人類行為理解 等等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的 一系列一系列思維活動。思維活動。2022-3-256運(yùn)用計算機(jī)運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)科學(xué)的的基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)概念求解求解問題問題設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)理解理解人類行為人類行為例如例如例如例如例如例如方程方程求解求解 例如

5、ax2+bx+c=0定理證明定理證明 例如四色定理表達(dá)式表達(dá)式求值求值說謊問題求解說謊問題求解設(shè)計設(shè)計Windows7、WordAutoCADFlash、Photoshop游戲軟件游戲軟件求解問題的行為：求解問題的行為：分析問題、分析問題、建立數(shù)學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型構(gòu)造算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編寫程序編寫程序調(diào)試運(yùn)行。調(diào)試運(yùn)行。其他行為其他行為2022-3-257什么是計算思維？什么是計算思維？運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)基礎(chǔ)概念求解問題概念求解問題 人要適應(yīng)計算機(jī)，人要適應(yīng)計算機(jī)， 要要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式 意味著意味著: :2022

6、-3-258例如一個說謊問題：例如一個說謊問題：有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。甲說：甲說：“乙說假話。乙說假話。”乙說：乙說：“甲和丙是同一種人。甲和丙是同一種人?！眴柤?、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？問甲、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？人是人是怎么解答的怎么解答的？答：進(jìn)行邏輯推理答：進(jìn)行邏輯推理先假定甲說先假定甲說真話真話, ,那么那么甲說甲說:”:”乙乙說假話說假話?！本褪钦娴木褪钦娴? ,則則乙說假話乙說假話。乙說乙說:”:”甲甲和丙是同一種人和丙是同一種人?！眲t則甲和丙不是同一種人甲和丙不是同一種人。得到得到: :丙丙說假

7、話說假話。因此因此, ,結(jié)果為結(jié)果為: :甲甲說說真話真話, , 乙乙說說假話假話, , 丙說丙說假話假話。再假定甲說再假定甲說假話假話, ,那么那么甲說甲說:”:”乙乙說假話說假話?！本褪蔷褪羌偌俚牡? ,則則乙乙說真話。說真話。乙說乙說:”:”甲甲和丙是同一種人和丙是同一種人?！眲t則甲和甲和丙是丙是同一種人同一種人。得到得到: :丙丙說假話說假話。因此因此, ,結(jié)果為結(jié)果為: :甲說假話甲說假話, , 乙說真話，乙說真話， 丙丙說假話說假話。2022-3-259運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠

8、處理的形式這里用變量a、b、c表示甲、乙、丙三人說話的真假，當(dāng)變量值為1時表示此人說真話,變量值為0時表示說假話。甲說:”乙說假話?！边@有兩種可能:甲說的是真話,而乙確實(shí)說假話,即:a=1且b=0 或者甲說的是假話，而乙說真話，即：a=0且b=1由此可得邏輯表達(dá)式：(a=1且b=0)或(a=0且b=1)乙說:”甲和丙是同一種人?！边@有兩種可能:乙說真話,而甲和丙確是同一種人,即:b=1且a=c或者乙說的是假話,而甲和丙不是同一種人,即:b=0且ac。由此可得邏輯表達(dá)式：(b=1且a=c)或(b=0且ac)計算機(jī)怎么解答？計算機(jī)怎么解答？答：不是像人這樣推理。是答：不是像人這樣推理。是用用窮舉法

9、測試。窮舉法測試。分析分析問題問題建立模型建立模型計算機(jī)這個處理的過程現(xiàn)在不會不要緊，知道思路即可。窮舉法以后還要學(xué)習(xí)。例如一個說謊問題：例如一個說謊問題：有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。甲說：甲說：“乙說假話。乙說假話?！币艺f：乙說：“甲和丙是同一種人。甲和丙是同一種人?！眴柤住⒁?、丙三人誰說真話，誰說假話？問甲、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？2022-3-2510運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式和和兩個邏輯表達(dá)式要同時兩個邏

10、輯表達(dá)式要同時成立成立（因?yàn)椋ㄒ驗(yàn)閼?yīng)滿足的條件都要應(yīng)滿足的條件都要滿足）滿足）,最終最終得到確定誰說真話的邏輯表達(dá)式得到確定誰說真話的邏輯表達(dá)式(a=1且且b=0)或或(a=0且且b=1)且且(b=1且且a=c)或或(b=0且且ac)窮舉窮舉每個人說真話或說假話的各種每個人說真話或說假話的各種情況情況,用用上述表達(dá)式上述表達(dá)式逐個逐個測試測試,使使上述表達(dá)式的值為上述表達(dá)式的值為1(成立成立,真真)的的情況就是正確的結(jié)果。情況就是正確的結(jié)果。分析分析問題問題建立模型建立模型計算機(jī)怎么解答？計算機(jī)怎么解答？答：不是像人這樣推理。是答：不是像人這樣推理。是用用窮舉法測試。窮舉法測試。例如一個說謊問

11、題：例如一個說謊問題：有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。甲說：甲說：“乙說假話。乙說假話?！币艺f：乙說：“甲和丙是同一種人。甲和丙是同一種人?！眴柤?、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？問甲、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？2022-3-2511運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是：是：(a=1且且b=0)或或(a=0且且b=1)且且(b=1且且a=c)或或(b=0且且ac)0a1, 0b1, 0c1 （a,b,c是整數(shù)）是

12、整數(shù)）分析分析問題問題建立模型建立模型計算機(jī)怎么解答？計算機(jī)怎么解答？答：不是像人這樣推理。是答：不是像人這樣推理。是用用窮舉法測試。窮舉法測試。例如一個說謊問題：例如一個說謊問題：有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。甲說：甲說：“乙說假話。乙說假話?！币艺f：乙說：“甲和丙是同一種人。甲和丙是同一種人?！眴柤?、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？問甲、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？2022-3-2512運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式構(gòu)造

13、算法構(gòu)造算法計算機(jī)怎么解答？計算機(jī)怎么解答？答：不是像人這樣推理。是答：不是像人這樣推理。是用用窮舉法測試。窮舉法測試。例如一個說謊問題：例如一個說謊問題：有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。甲說：甲說：“乙說假話。乙說假話?！币艺f：乙說：“甲和丙是同一種人。甲和丙是同一種人。”問甲、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？問甲、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？2022-3-2513運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式編寫編寫程序程序調(diào)試運(yùn)行調(diào)試運(yùn)

14、行結(jié)果是：結(jié)果是：a=1,b=0,c=0a=0,b=1,c=0與人的邏輯推理結(jié)果相同。與人的邏輯推理結(jié)果相同。這就是將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式。這就是將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式。因此，要學(xué)習(xí)因此，要學(xué)習(xí)計算思維。計算思維。計算機(jī)怎么解答？計算機(jī)怎么解答？答：不是像人這樣推理。是答：不是像人這樣推理。是用用窮舉法測試。窮舉法測試。例如一個說謊問題：例如一個說謊問題：有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。有甲、乙、丙三人，每人或者說真話，或者說假話。甲說：甲說：“乙說假話。乙說假話?！币艺f：乙說：“甲和丙是同一種人。甲和丙是同一種人?！眴柤?、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？問甲、

15、乙、丙三人誰說真話，誰說假話？2022-3-2514運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的概念求解問題意味著：要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式要將問題轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠處理的形式科學(xué)科學(xué)思維思維方程求解方程求解定理證明定理證明表達(dá)式求值表達(dá)式求值設(shè)計和構(gòu)造算法，設(shè)計和構(gòu)造算法，讓計算機(jī)讓計算機(jī)自動自動求解求解推理和演繹推理和演繹數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)歸納歸納物理物理觀察總結(jié)自然規(guī)律觀察總結(jié)自然規(guī)律F=ma I=U/R 自動求解自動求解計算機(jī)計算機(jī)2022-3-2515計算思維是三大科學(xué)思維之一計算思維是三大科學(xué)思維之一2022-3-2516理論思維、實(shí)驗(yàn)思維和計算思維構(gòu)成了科技創(chuàng)新的三大支柱理

16、論思維、實(shí)驗(yàn)思維和計算思維構(gòu)成了科技創(chuàng)新的三大支柱計算思維計算思維的本質(zhì)的本質(zhì)抽出問題的本質(zhì)特征抽出問題的本質(zhì)特征例如例如: :對說謊對說謊問題問題建立建立數(shù)學(xué)模型的過程數(shù)學(xué)模型的過程例如例如: :哥尼斯堡七橋哥尼斯堡七橋問題問題2022-3-2517計算思維計算思維的本質(zhì)的本質(zhì)自動化就是機(jī)械地一步步自動化就是機(jī)械地一步步地地自動自動執(zhí)行。執(zhí)行。例如例如: :計算機(jī)計算機(jī)的的開機(jī)就是開機(jī)就是自動自動執(zhí)行的。執(zhí)行的。例如例如: :執(zhí)行執(zhí)行一段一段事先編寫的排事先編寫的排序序程序程序, ,對對指定指定數(shù)據(jù)的排序就數(shù)據(jù)的排序就能迅速地自動能迅速地自動完成完成, ,不必不必人們?nèi)藗冊偌痈深A(yù)再加干預(yù)。抽

17、出問題的本質(zhì)特征抽出問題的本質(zhì)特征例如例如: :對說謊對說謊問題問題建立建立數(shù)學(xué)模型的過程數(shù)學(xué)模型的過程例如例如: :哥尼斯堡七橋哥尼斯堡七橋問題問題為了確保自動執(zhí)行，就需要進(jìn)行抽象為了確保自動執(zhí)行，就需要進(jìn)行抽象建建立數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造立數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造算法和編寫程序。算法和編寫程序。2022-3-2518計算思維的特征計算思維的特征12345 計算計算思維要求能思維要求能夠像計算機(jī)科學(xué)家那夠像計算機(jī)科學(xué)家那樣在抽象的多個層次樣在抽象的多個層次上思維上思維，強(qiáng)調(diào)概念和強(qiáng)調(diào)概念和思想（思想（例如說謊問題例如說謊問題的窮舉思想）的窮舉思想），而而不不只是計算機(jī)編程只是計算機(jī)編程。 計算機(jī)科學(xué)計算機(jī)科學(xué)

18、不只不只是關(guān)于計算機(jī)，就像是關(guān)于計算機(jī)，就像音樂不只是關(guān)于麥克音樂不只是關(guān)于麥克風(fēng)一樣風(fēng)一樣。2022-3-2519計算思維的特征計算思維的特征25 根本根本的技能就的技能就像像（閱閱）讀讀、寫寫（作作）和和（做做）算算（術(shù)術(shù)）一樣一樣是是基本的技能，是每個人基本的技能，是每個人為了在現(xiàn)代社會中發(fā)揮為了在現(xiàn)代社會中發(fā)揮職能所必須掌握的職能所必須掌握的。 要能靈活運(yùn)用，舉要能靈活運(yùn)用，舉一反三。一反三。 刻板刻板的技能意味著的技能意味著簡單機(jī)械的重復(fù)，缺乏簡單機(jī)械的重復(fù)，缺乏創(chuàng)新性創(chuàng)新性，換個題目就不換個題目就不會做了。會做了。1342022-3-2520計算思維的特征計算思維的特征25 計算計

19、算思維是人類求思維是人類求解問題的一條途徑，是解問題的一條途徑，是人的思維方式，不是計人的思維方式，不是計算機(jī)的思維方式算機(jī)的思維方式。 計算機(jī)計算機(jī)之所以能求之所以能求解問題，是因?yàn)槿藢⒂嫿鈫栴}，是因?yàn)槿藢⒂嬎闼季S賦予計算機(jī)，計算思維賦予計算機(jī)，計算機(jī)按人設(shè)計的程序去算機(jī)按人設(shè)計的程序去執(zhí)行執(zhí)行； 同時同時，借助計算機(jī)，借助計算機(jī)，人類就能用自己的智慧人類就能用自己的智慧去解決那些在計算機(jī)產(chǎn)去解決那些在計算機(jī)產(chǎn)生之前難以解決的生之前難以解決的問題問題( (例如四色定理的證明例如四色定理的證明) )。1342022-3-2521計算思維的特征計算思維的特征25 計算計算思維不是軟思維不是軟件、

20、硬件等人造物品，件、硬件等人造物品，而是設(shè)計和制造軟件、而是設(shè)計和制造軟件、硬件中的思想，是計硬件中的思想，是計算這一概念用于求解算這一概念用于求解問題、管理日常生活問題、管理日常生活以及與他人交流和互以及與他人交流和互動的動的思想思想。 而且而且，計算思維，計算思維要要用于用于所有所有的人，所的人，所有的地方。有的地方。1342022-3-2522計算思維的特征計算思維的特征25 計算計算思維既要以數(shù)思維既要以數(shù)學(xué)為學(xué)為基礎(chǔ)基礎(chǔ)（例如說謊問例如說謊問題的數(shù)學(xué)模型用到數(shù)學(xué)題的數(shù)學(xué)模型用到數(shù)學(xué)知識）知識）， 又要又要考慮工程上是考慮工程上是否可行否可行（考慮考慮計算機(jī)的計算機(jī)的存儲空間和計算速度

21、是存儲空間和計算速度是否否允許允許。例如漢諾塔問。例如漢諾塔問題，計算速度不允許題，計算速度不允許）。 1342022-3-2523計算思維的計算思維的基本方法基本方法周以真歸納了七大類方法周以真歸納了七大類方法,高度概括高度概括,比較抽象比較抽象.本本課程課程學(xué)習(xí)下列方法（算法）學(xué)習(xí)下列方法（算法）窮舉法窮舉法迭代法迭代法遞歸法遞歸法分治法分治法貪心法貪心法分分 解解集成集成( (封裝封裝) )查找算法查找算法排序算法排序算法2022-3-2524例如：例如：用用WordWord進(jìn)行文檔編輯進(jìn)行文檔編輯需要分析問題、設(shè)計編輯流程需要分析問題、設(shè)計編輯流程例如：例如：利用百度搜索引擎利用百度搜

22、索引擎查找查找資料資料需要需要分析問題、制定檢索分析問題、制定檢索策略策略例如：例如：設(shè)計一個設(shè)計一個動畫動畫需要需要建模建模和和仿真仿真例如：例如：設(shè)計一設(shè)計一個個數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫需要抽象和分解需要抽象和分解例如：例如：WindowsWindows抽象抽象和和分解分解為各種功能，再集成、組合為各種功能，再集成、組合為為復(fù)雜復(fù)雜的的系統(tǒng)系統(tǒng)，來來控制控制龐雜的任務(wù)龐雜的任務(wù)等等。等等。2022-3-2525我們已經(jīng)運(yùn)用了基本的、低級的計算思維我們已經(jīng)運(yùn)用了基本的、低級的計算思維( (只是我們沒有意識到運(yùn)用了計算思維只是我們沒有意識到運(yùn)用了計算思維) )：我們還需要學(xué)會我們還需要學(xué)會 高級別的計算思

23、維高級別的計算思維學(xué)會：學(xué)會：用計算思維和計算機(jī)用計算思維和計算機(jī) 求解所求解所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域?qū)W專業(yè)領(lǐng)域、學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí) 和和日常生活中日常生活中的的 實(shí)際問題實(shí)際問題2022-3-2526算算 法法為了能用計算思維和計算機(jī)求解實(shí)際問題為了能用計算思維和計算機(jī)求解實(shí)際問題數(shù)據(jù)組織數(shù)據(jù)組織程序設(shè)計程序設(shè)計2022-3-2527圖圖靈分析了人的計算過程靈分析了人的計算過程，將將計算歸結(jié)為最簡單、最基本、最確定的操作動作計算歸結(jié)為最簡單、最基本、最確定的操作動作，從而從而用一種簡單的方法來描述直觀上具有機(jī)械性的基本計算程序用一種簡單的方法來描述直觀上具有機(jī)械性的基本計算程序， 使使任何機(jī)械（能行）的程序都可

24、歸約為這些動作任何機(jī)械（能行）的程序都可歸約為這些動作， 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了計算的自動進(jìn)行。了計算的自動進(jìn)行。2022-3-2528與計算思維有關(guān)的圖靈機(jī)與計算思維有關(guān)的圖靈機(jī)圖靈機(jī)圖靈機(jī) 控制規(guī)則根據(jù)控制規(guī)則根據(jù)當(dāng)前機(jī)當(dāng)前機(jī)器所處的狀態(tài)及當(dāng)前讀寫器所處的狀態(tài)及當(dāng)前讀寫頭所指的格子上的符號來頭所指的格子上的符號來確定讀寫頭下一步的動作，確定讀寫頭下一步的動作，并改變狀態(tài)寄存器的值，并改變狀態(tài)寄存器的值，令機(jī)器進(jìn)入一個新的狀態(tài)令機(jī)器進(jìn)入一個新的狀態(tài)。 如此如此，經(jīng)過有限步后，經(jīng)過有限步后機(jī)器在停機(jī)控制指令的控機(jī)器在停機(jī)控制指令的控制下停止移動，最后紙帶制下停止移動，最后紙帶上的內(nèi)容就是計算結(jié)果上的內(nèi)容就

25、是計算結(jié)果。2022-3-2529與計算思維有關(guān)的圖靈機(jī)與計算思維有關(guān)的圖靈機(jī)一條控制規(guī)則一條控制規(guī)則一條指令一條指令整套規(guī)則整套規(guī)則指令集指令集計算所執(zhí)行的規(guī)則計算所執(zhí)行的規(guī)則程序程序紙帶紙帶存儲器存儲器移動函數(shù)移動函數(shù)運(yùn)算器運(yùn)算器讀寫頭讀寫頭磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器執(zhí)行控制規(guī)則的控制器執(zhí)行控制規(guī)則的控制器控制器控制器輸入不同的程序輸入不同的程序使機(jī)器使機(jī)器做不同的動作做不同的動作1.將人具備的知識技能和由五將人具備的知識技能和由五官感知周圍環(huán)境獲得的一切看官感知周圍環(huán)境獲得的一切看成輸入成輸入集合集合2.將人作出的一言一行看成輸將人作出的一言一行看成輸出出集合集合3.將人腦（保存腦中所有神經(jīng)將

26、人腦（保存腦中所有神經(jīng)細(xì)胞的狀態(tài)）看成狀態(tài)細(xì)胞的狀態(tài)）看成狀態(tài)寄存器寄存器4.將人對外界所作出的將人對外界所作出的反應(yīng)反應(yīng)（一言一行（一言一行）看成執(zhí)行了一套）看成執(zhí)行了一套復(fù)雜的控制復(fù)雜的控制規(guī)則規(guī)則人也抽象為圖靈機(jī)人也抽象為圖靈機(jī)等價于計算機(jī)等價于計算機(jī)進(jìn)行任何計算進(jìn)行任何計算1.改變狀態(tài)集、符號改變狀態(tài)集、符號集和控制規(guī)則集和控制規(guī)則，圖靈機(jī)就能模擬人類圖靈機(jī)就能模擬人類所能進(jìn)行的任何計算所能進(jìn)行的任何計算過程過程。2.狀態(tài)集、符號集越狀態(tài)集、符號集越擴(kuò)大，控制規(guī)則越復(fù)擴(kuò)大，控制規(guī)則越復(fù)雜，圖靈機(jī)的功能就雜，圖靈機(jī)的功能就越強(qiáng)。越強(qiáng)。2022-3-2530圖靈機(jī)可以：圖靈機(jī)可以：與計算思

27、維有關(guān)的圖靈機(jī)與計算思維有關(guān)的圖靈機(jī)數(shù)值計算數(shù)值計算：加減乘除加減乘除、乘方開方乘方開方、指數(shù)指數(shù)函數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)冪函數(shù)、微積分等微積分等。非非數(shù)值計算數(shù)值計算：數(shù)據(jù)排序數(shù)據(jù)排序、大大小寫字母互相小寫字母互相轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換、中英文中英文互互譯譯、用用異或進(jìn)行密碼加密和異或進(jìn)行密碼加密和解密解密、圖像圖像反色顯示、圖像霧化反色顯示、圖像霧化、音頻音頻視頻處理視頻處理、推理、推理、證明等證明等。 圖圖靈通過構(gòu)造圖靈通過構(gòu)造圖靈機(jī)，形式化地闡述靈機(jī)，形式化地闡述了計算的本質(zhì)了計算的本質(zhì)： 任何任何計算，在本計算，在本質(zhì)上都可以還原為計質(zhì)上都可以還原為計算者（人或機(jī)器）對算者（人或機(jī)器）

28、對一條兩端可無限延長一條兩端可無限延長的紙帶上的一串的紙帶上的一串0、1進(jìn)行變換，最后得到進(jìn)行變換，最后得到一個滿足預(yù)先規(guī)定的一個滿足預(yù)先規(guī)定的符號串的過程。符號串的過程。什么是什么是計算？計算？計算的本質(zhì)計算的本質(zhì)是是：基于基于規(guī)則的符號串變換規(guī)則的符號串變換，即即完成完成從輸入到輸出的從輸入到輸出的映射（映射（xf(x)）。）。計算的外延計算的外延計算的本質(zhì)計算的本質(zhì)計算的過程計算的過程2022-3-2531與計算思維有關(guān)的計算與計算思維有關(guān)的計算 圖靈機(jī)圖靈機(jī)可計算的函數(shù)就可計算的函數(shù)就是可計算的（可以理解為有是可計算的（可以理解為有算法的函數(shù)就是可計算的算法的函數(shù)就是可計算的） 圖靈機(jī)

29、圖靈機(jī)不能計算的函數(shù)不能計算的函數(shù)是不可計算的是不可計算的 在在20世紀(jì)以前，世紀(jì)以前，人們普遍認(rèn)為所有問人們普遍認(rèn)為所有問題都是有算法的，都題都是有算法的，都是可計算的，至少是是可計算的，至少是一切數(shù)學(xué)命題都存在一切數(shù)學(xué)命題都存在算法算法。 但但直到直到20世紀(jì)初世紀(jì)初期，許多問題雖然進(jìn)期，許多問題雖然進(jìn)行了長期的研究，仍行了長期的研究，仍然找不到然找不到算法算法。什么什么是可計算是可計算的？什么的？什么是不可是不可計算的計算的？有許多問題不可計算有許多問題不可計算：1.對于任意多個未知數(shù)對于任意多個未知數(shù)的整系數(shù)不定方程，的整系數(shù)不定方程，不不能給能給出一個算法，使得出一個算法，使得借助于

30、它，通過有限次借助于它，通過有限次運(yùn)算，可以判定該方程運(yùn)算，可以判定該方程有無整數(shù)解。有無整數(shù)解。2.邊長為邊長為1的正方形的對的正方形的對角線的角線的長在整數(shù)范圍內(nèi)長在整數(shù)范圍內(nèi)不可計算。不可計算。 (有：有：哥德爾的不完整性定理)什么可計算？什么可計算？結(jié)結(jié) 論論所有問題都可計算？所有問題都可計算？2022-3-2532與計算思維有關(guān)的可計算理論與計算思維有關(guān)的可計算理論什么什么是可計算是可計算的？什么的？什么是不可是不可計算的計算的？通俗地講，通俗地講，什么是可什么是可計計算的算的？1.1.人能人能求解求解，即有方法，即有方法2.2.并能轉(zhuǎn)化為計算機(jī)處理的形式，即有算法并能轉(zhuǎn)化為計算機(jī)處

31、理的形式，即有算法3.3.且算法的時間復(fù)雜性和空間復(fù)雜性不大且算法的時間復(fù)雜性和空間復(fù)雜性不大例如例如哥德巴赫猜想目前不可計算！因?yàn)樘岵怀鲎C明的方法哥德巴赫猜想：任何大于等于6的偶數(shù)都是2個奇素數(shù)之和。例如：6=3+3,8=3+5,10=5+5,12=5+7,14=7+7有限的驗(yàn)證不能作為證明！例如例如“為我做一個好吃的漢堡包”，目前不可計算！因?yàn)椴荒苻D(zhuǎn)化為計算機(jī)處理的形式。沒有算法！例如例如漢諾塔問題和旅行商問題無法計算。時間復(fù)雜性太大，需要計算許多世紀(jì)或許多億年！不可等待！2022-3-2533與計算思維有關(guān)的可計算理論與計算思維有關(guān)的可計算理論計算思維的若干成果計算思維的若干成果計算力學(xué)

32、計算力學(xué)計算物理學(xué)計算物理學(xué)計算化學(xué)計算化學(xué)計算經(jīng)濟(jì)學(xué)計算經(jīng)濟(jì)學(xué)計算哲學(xué)計算哲學(xué)計算語言學(xué)計算語言學(xué)自動編排：編輯各種詞表、索引、詞典，建立自動編排：編輯各種詞表、索引、詞典，建立語料庫、術(shù)語數(shù)據(jù)庫等語料庫、術(shù)語數(shù)據(jù)庫等。相當(dāng)成熟相當(dāng)成熟自動分析：自動分析：機(jī)器翻譯機(jī)器翻譯書面翻譯書面翻譯(東方快車、百度翻譯等東方快車、百度翻譯等)、語音翻譯。、語音翻譯。試驗(yàn)階段試驗(yàn)階段自動研究自動研究：根據(jù)計算機(jī)內(nèi)存儲的信息，借助統(tǒng)計、比較、類推等手段，得出自己根據(jù)計算機(jī)內(nèi)存儲的信息，借助統(tǒng)計、比較、類推等手段，得出自己 推斷的結(jié)論。推斷的結(jié)論。目前還不成熟。目前還不成熟。2022-3-2534計算思維能力

33、的培養(yǎng)計算思維能力的培養(yǎng)計算思維符合信息時代使用計算機(jī)的大方向計算思維符合信息時代使用計算機(jī)的大方向我們不能僅滿足于使用我們不能僅滿足于使用Windows、Word、Excel、Flash、Photoshop等現(xiàn)成軟件等現(xiàn)成軟件這些軟件的功能被限定這些軟件的功能被限定,使用它使用它,難以超出這些功能，難以超出這些功能，難以造就創(chuàng)新能力難以造就創(chuàng)新能力,難以培養(yǎng)難以培養(yǎng)創(chuàng)造型、創(chuàng)新型人才創(chuàng)造型、創(chuàng)新型人才計算思維能夠使人提出創(chuàng)造性地解決各專業(yè)、學(xué)習(xí)計算思維能夠使人提出創(chuàng)造性地解決各專業(yè)、學(xué)習(xí)和日常生活中實(shí)際問題的方案和日常生活中實(shí)際問題的方案計算思維可以建設(shè)創(chuàng)新型國家計算思維可以建設(shè)創(chuàng)新型國家2022-3-2535計算思維能力的培養(yǎng)計算思維能力的培養(yǎng)美國已將計算思維納入各個領(lǐng)域和各門課程，美國已將計算思維納入各個領(lǐng)域和各門課程， 旨在使用計算思維產(chǎn)生出革命性旨在使用計算思維產(chǎn)生出革命性的的成果成果， 保證美國自然科學(xué)和工程領(lǐng)域在世界的保證美國自然科學(xué)和工程領(lǐng)域在世界的 領(lǐng)先地位。領(lǐng)先地位。2022-3-2536計算思維能力的培養(yǎng)計算思維能力的培養(yǎng)中國的科學(xué)界、教育界、院士等已做了廣泛的研討、中