计算思维导论

计算思维导论–第1讲-象计算机科学家一样思考2014年09月23日本课程的目的–（你有两周时间可以决定是否继续上这门课）试图回答几个问题：什么是思维?什么是计算思维?计算思维能带给“我”什么?你别指望：通过听这门课，在你的笔记本上（如果你有记笔记的习惯的话）会记下上述问题的答案。这个课只是希望引导你去想答案我不敢说我知道什么是计算思维。“上课”的几个境界最低境界：“以己之昏昏，使人昭昭”中级境界：“把自己的知识成功地传递给学生”高级境界：传道-“道可道，非常道；名可名，非常名”关于考试考试的几个境界：最低境界：证明你考过了低级境界：证明你背过了中级境界：证明你学过了高级境界：证明你想过了我只想证明你想过了。根据教务管理部门要求：第一堂课上提醒同学两周之内可以决定是否选本课程。以上三张ppt试图帮组你做决定。下面言归正传。竞争优势的软件基础技能知识能力意识为什么要提出这个概念?However,despitethedizzyingspeedwithwhichsomeofthetechnologicalinnovationsbecomeobsoleteandarereplacedbynewones,thefundamentalsofthescienceofcomputation,andhencemanyofthebasicconceptsthatareconsideredimportantinacomputersciencecurriculum,changeslowly,ifatall.Itwouldappearthatanyoneassociatedwithcomputersoughttobeawareofthesetopics,andnotonlythosewhohavedecidedtospendthreeorfouryearsgettingaparticularkindofacademicdiploma.Moreover,giventhatarevolutionisindeedtakingplacebeforeourveryeyes,manyofthesetopics,andthespecialwaysofthinkingthatgowiththem,oughttobeavailabletotheenquiringpersonevenifthatpersonisnotdirectlyassociatedwithacomputeratall.本课程教学参考书:DavidHarel:Algorithmics-theSpiritofComputing,3rded,PearsonEducation,2004(有高教社影印版)试图给出定义~CompThink/papers/TheLinkWing.pdf美国卡内基-梅隆大学教授JeannetteM.Wing(周以真)领导世界上可能是唯一的”计算思维研究中心”,并大力推动这一概念被认可。以下内容摘自她的文章：ComputationalThinking:WhatandWhy?LinkMagazine,2010思维:做法–意识–“无”意识从玩牌的习惯性动作,到计算机算法设计策略,这条路并不遥远.注意：1.对于“问题”,我们应该有广义的理解2.问题求解包括“定义问题”和“解决问题”两个层面一个例子–“渡河问题”问题：人、狼、羊、菜用一条只能同时载两位的小船渡河，“狼羊”、“羊菜”不能在无人在场时共处，当然只有人能驾船。图模型：顶点表示“原岸的状态”，两点之间有边当且仅当一次合理的渡河“操作”能够实现该状态的转变。起始状态是“人狼羊菜”，结束状态是“空”。“允许状态”只有10个。问题的解：找到一条从起始状态到结束状态的尽可能短的通路。空(成功)人羊狼菜人狼菜人羊狼人羊菜狼菜狼菜人羊羊问题编码上述关系可以用一个布尔矩阵表示：0000010000000001110000000010100000000110000000001111000000000110000000010100000000111000000000100000它也可以表示成一个“数”：1000000000111000000010100000000110……或者，也可以表示成符号串：16#28#2#6#3#768#384#320#112#32一切皆编码反其意而用之：计算无疆历史上的一个黑色幽默我们用计算机干什么？模拟：自然现象社会现象人造现象通信：跨越空间跨越时间控制抽象物理世界虚拟世界走向物理世界与虚拟世界的无缝连接问题抽象问题抽象算法核心概念：数学模型、表示、实现、转换算法是计算思维的核心概念:方法层:算法表示层:编程实现层:机器这差不多也就是计算机科学的主要内容了问题抽象的分层映射应用领域的对象与关系数学对象与关系描述数据结构与状态转换操作过程与效果分析求解系统抽象系统抽象平台核心概念：系统模型、功能逻辑、接口、实现系统抽象的分层映射系统目标与子目标分解功能模块与接口状态转换与功能映射配置与效果设计实现数据抽象数据抽象解释核心概念：信息形态、信息组织、存储、检索与利用数据抽象的分层映射物理世界的对象描述抽象数据类型数据类型编码与标准化编码解释再举一个例子–企业的工资表处理数据抽象：编码数据记录数据库问题抽象：处理单个员工的相关记录处理任意有限多个员工的不同记录（同样的处理方法）系统抽象：应用界面：某种形式的“窗口”逻辑电路支撑系统软件支撑数据库支撑应用程序支撑计算思维与计算环境计算环境的三大变革:海量数据资源–无尽的宝藏拓展的无线网络–无限的舞台智能化的设计与生产能力–无边的法力BigBang计算环境的革命为你–不管你是从事那个领域的工作–提供了无限的创新机遇,就靠计算思维来发现了。本课程的ROADMAP9.23:陈道蓄，象计算机科学家一样思考–数字化与计算思维9.30:钱柱中，抽象数据类型–从数学模型到计算模型10.7:陈道蓄，算法方法–如何让计算机高效正确地解决问题10.14:陈道蓄，模拟-计算机如何改变科学、技术与工程–生命、社会10.21:陶先平，模拟-计算机如何改变科学、技术与工程-地球，物质科学10.28:陶先平，互联与搜索-计算机网络如何改变我们的工作与学习11.4:钱柱中，网络计算与服务–计算机网络如何改变我们的社会11.11:钱柱中，计算的代价和局限–什么是难问题？不可解问题?11.18:陈道蓄，并行与随机–突破限制11.25:陶先平，人工智能–神话与现实1.2:陶先平，数据挖掘–海量带来质变12.9:陶先平，计算技术的滥用–计算的风险课后作业阅读ComputationalThinking:WhatandWhy?LinkMagazine,2010参考文中描述的几个日常生活中利用计算思维的例子，想想你是否能给出你的例子。（注：课后作业不用提交，只是用于在期末考试时证明你想过。）你有任何建议、意见、抱怨，乃至于如果你决定退选，你退选的原因等等，希望你发邮件到：[e-mail]你当然可以保持沉默，但你的邮件将被理解为对本课程建设的重要贡献。