計(jì)算機(jī)專業(yè)新生課計(jì)算思維課程思考

計(jì)算思維課程思考信安1502劉嘉欣摘要：信息技術(shù)的快速發(fā)展不僅改變著人們的日常行為方式，也轉(zhuǎn)變著人們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和思維特征。計(jì)算機(jī)滲入到人類生活的各個領(lǐng)域，影響和改變著人們的生活，人類如今要做的是讓計(jì)算機(jī)成為幫助自己的工具，而不是淪為計(jì)算機(jī)的奴隸，這其中計(jì)算思維顯得尤為重要，讓學(xué)生學(xué)會像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考，不斷培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，這便是計(jì)算思維課程的目的。關(guān)鍵詞：課程回顧，思維方式的思考，建議，子集求和問題一.回顧程序，作為計(jì)算機(jī)的核心部分，決定了計(jì)算機(jī)的功能及作用，使計(jì)算機(jī)能夠按照人類的指令完成一系列的處理任務(wù)，它是一個詳細(xì)的逐步執(zhí)行的指令序列，沒有程序，再華麗精致的計(jì)算機(jī)也只是一堆廢鐵。不同的程序完成不同的處理任務(wù)，而程序設(shè)計(jì)則是讓程序智能地完成預(yù)設(shè)的處理任務(wù)的基礎(chǔ)。隨著科技的日益進(jìn)步，計(jì)算機(jī)已經(jīng)占據(jù)了人類生活的各個層面，不少人為之奴役。而程序設(shè)計(jì)的本質(zhì)則顛覆了這種奴役，它讓人們成為計(jì)算機(jī)的主人，讓計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)你想做的事，但這并非輕而易舉的，它極具挑戰(zhàn)性，需要調(diào)動大腦深處的各種思維模式，其中最重要的便是計(jì)算思維。計(jì)算思維是涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中所采用的最廣泛的心理工具，是對問題解決、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人類行為理解的綜合能力反映。發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維就是要‘像計(jì)算機(jī)科學(xué)家’那去思考信息化問題，當(dāng)然這問題絕不只是應(yīng)用于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，它適合信息技術(shù)所滲透的每一個角落。計(jì)算思維課程便引導(dǎo)我們培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，引導(dǎo)我們培養(yǎng)和訓(xùn)練計(jì)算思維，像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣去思考，課程介紹的各種思維方法給我們擴(kuò)展了狹隘的思維廣度，學(xué)會去探索去發(fā)現(xiàn)新的思維深度。.窮舉法窮舉法是一種針對于密碼的破譯方法。這種方法很像數(shù)學(xué)上的'完全歸納法”并在密碼破譯方面得到了廣泛的應(yīng)用。簡單來說就是將密碼進(jìn)行逐個推算直到找出真正的密碼為止。比如一個四位并且全部由數(shù)字組成其密碼共有10000種組合，也就是說最多我們會嘗試9999次才能找到真正的密碼。利用這種方法我們可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行逐個推算，也就是說用我們破解任何一個密碼也都只是一個時(shí)間問題。遞歸法遞歸算法的執(zhí)行過程分遞推和回歸兩個階段。在遞推階段，把較復(fù)雜的問題(規(guī)模為n)的求解推到比原問題簡單一些的問題(規(guī)模小于n)的求解。例如上例中，求解fib(n)，把它推到求解fib(n-1)和fib(n-2)。也就是說，為計(jì)算ib(n)，必須先計(jì)算fib(n-1)和fib(n-2)，而計(jì)算fib(n-1)和fib(n-2)，又必須先計(jì)算fib(n-3)和fib(n-4)。依次類推，直至計(jì)算fib(1)和fib(0)，分別能立即得到結(jié)果1和0。在遞推階段，必須要有終止遞歸的情況。例如在函數(shù)fib中，當(dāng)n為1和0的情況。分治法分治法可以通俗的解釋為：把一片領(lǐng)土分解，分解為若干塊小部分，然后一塊塊地占領(lǐng)征服，被分解的可以是不同的政治派別或是其他什么，然后讓他們彼此異化。分治法的精髓：分--將問題分解為規(guī)模更小的子問題；治--將這些規(guī)模更小的子問題逐個擊破；合--將已解決的子問題合并，最終得出“母”問題的解。（四）回溯法回溯法（探索與回溯法）是一種選優(yōu)搜索法，又稱為試探法，按選優(yōu)條件向前搜索，以達(dá)到目標(biāo)。但當(dāng)探索到某一步時(shí)，發(fā)現(xiàn)原先選擇并不優(yōu)或達(dá)不到目標(biāo)，就退回一步重新選擇，這種走不通就退回再走的技術(shù)為回溯法，而滿足回溯條件的某個狀態(tài)的點(diǎn)稱為“回溯點(diǎn)”。八皇后問題是能用回溯法解決的一個經(jīng)典問題。八皇后問題是一個古老而著名的問題。該問題是十九世紀(jì)著名的數(shù)學(xué)家高斯1850年提出：在8X8格的國際象棋上擺放八個皇后，使其不能互相攻擊，即任意兩個皇后都不能處于同一行、同一列或同一對角線上，問有多少種擺法。引入一個整型一維數(shù)組col[]來存放最終結(jié)果，col[i]就表示在棋盤第i列、col[i]行有一個皇后，為了使程序再找完了全部解后回到最初位置，設(shè)定col[0]的初值為0，即當(dāng)回溯到第0列時(shí)，說明以求得全部解，結(jié)束程序運(yùn)行。為了方便算法的實(shí)現(xiàn)，引入三個整型數(shù)組來表示當(dāng)前列在三個方向上的狀態(tài)：a[]a[i]=0表示第i行上還沒有皇后；b[]b[i]=0表示第i列反斜線/上沒有皇后；c[]c[i]=0表示第i列正斜線'上沒有皇后。棋盤中同一反斜線/上的方格的行號與列號相同；同一正斜線'上的方格的行號與列號之差均相同，這就是判斷斜線的依據(jù)。初始時(shí)，所有行和斜線上都沒有皇后，從第1列的第1行配置第一個皇后開始，在第m列，col[m]行放置了一個合理的皇后，準(zhǔn)備考察第m+1列時(shí)，在數(shù)組a[]，b[]和c[]中為第m列，col[m]行的位置設(shè)定有皇后的標(biāo)志；當(dāng)從第m列回溯到m-1列時(shí)，并準(zhǔn)備調(diào)整第m-1列的皇后配置時(shí)，清除在數(shù)組a[],b[]和c[]對應(yīng)位置的值都為1來確定。（五）貪心法貪心算法是指，在對問題求解時(shí)，總是做出在當(dāng)前看來是最好的選擇。也就是說，不從整體最優(yōu)上加以考慮，他所做出的是在某種意義上的局部最優(yōu)解。貪心算法不是對所有問題都能得到整體最優(yōu)解，關(guān)鍵是貪心策略的選擇，選擇的貪心策略必須具備無后效性，即某個狀態(tài)以前的過程不會影響以后的狀態(tài)，只與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)。二.逆向思維逆向思維作為一種新型的思考問題的思維模式，是信息安全專業(yè)所必需擁有的良好的思維習(xí)慣和思維方式。逆向思維也叫求異思維，它是對司空見慣的似乎已成定論的事物或觀點(diǎn)反過來思考的一種思維方式。敢于“反其道而思之”，讓思維向?qū)α⒚娴姆较虬l(fā)展，從問題的相反面深入地進(jìn)行探索，樹立新思想，創(chuàng)立新形象。尤其在如今的社會背景下，當(dāng)人們的思維模式逐漸僵化，習(xí)慣于朝著固定的思維方向思考問題時(shí)，你偏要另辟蹊徑；當(dāng)大家一股腦兒的想要從正面將問題逐個擊破卻在問題開始的地方徘徊不前時(shí)，你偏要從反向推理，以問題的結(jié)果為開始，從求解回到已知條件，看似是標(biāo)新立異，嘩眾取寵，卻往往能讓事情簡單化，從而找到更快更有效的解決問題的辦法，在不損失一兵一卒的情況下，使自己的利益最大化，或是在不經(jīng)意間找尋到更為絕佳的反擊的辦法或是強(qiáng)勁的回?fù)舻牧α?。?dāng)今的社會局勢下，尤其是作為國家或企業(yè)負(fù)責(zé)信息安全有關(guān)的人員，若只是一昧的防守，那終將被社會所淘汰，現(xiàn)在的企業(yè)所需的，不是兵來將擋水來土掩的看似牢不可破實(shí)質(zhì)找出一條裂縫就能推倒一面墻的防護(hù)，真正的防守在于進(jìn)攻，你要敢于從入侵者的角度去思考，去找尋系

統(tǒng)的漏洞，去發(fā)現(xiàn)和維護(hù)，從而做到真正意義上的安全防護(hù)。逆向思維決定了你與大多數(shù)人走在了不一樣的路上，不代表你是和社會不在同一個空間維度，相反你的思維維度會更加立體，更加直觀，更難找出破綻，能夠逆向思維的人必定是思維縝密，思考問題深入的人，這樣的人才又怎會被埋沒，這樣的人才定會在如今的社會上褶褶生輝。三.對課程的建議對于大部分新生而言，計(jì)算機(jī)專業(yè)的知識是極其淺薄的甚至可以說是零基礎(chǔ)的，所以我認(rèn)為在培養(yǎng)計(jì)算思維的同時(shí)，課堂上可以適量的灌輸一些基礎(chǔ)知識，并且在教學(xué)方面可以將具體的思維方式與案例結(jié)合起來，并讓學(xué)生自己動身實(shí)踐，畢竟實(shí)踐出真知，再多再深奧的道理也比不過自己動手一試，教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合才能讓學(xué)生有更大的提升空間。四?子集求和問題給定正數(shù)Wj(lWiWn)和m，要求尋找叫的所有子集，它們的和為m。例如，如果n=4、(W1,W2，W3，W4)=(11，13,24，7)且m=31，那么想得到的子集為(11，13,7)和(24，7)。與其通過和為m的Wi來表示解向量，不如先為Wj指定索引，然后利用索引來表示解向量。一般來說，所有的解都表示為k元祖購改...,\)'(1WkWn)的形式，不同的解對應(yīng)著不同大小的元祖。顯示約束要求xi￡{j|j為整數(shù)，1WjWn}。隱式約束要求任何兩個Wi都不相同，且對應(yīng)的Wj的和為m。由于期望避免生成同一子集的多個實(shí)例，所以必須增加一個隱式約束xj<xi+1(1WiWk).子集求和問題還有另外一種表示方法：每一個解子集都用一個n元(x1,x2,...,xn),xiE{0，1}(1WiWn)來表示。如果沒有選中wi，那么xi=0；如果選中wi，那么xi=1。X4=4X3=4[I

15X4=4X3=4[I

1516動態(tài)結(jié)構(gòu)圖五.靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖控制抽象：五.靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖voidBacktrack(intt)(if(t>n)Output(x);else(for(inti=f(n,t);i<=g(n,t);i++)(