第一章计算机与计算思维概述课件.ppt

1.3.2 信息技术产业 1.3 信息技术基础知识 就像在经典物理学时代有所谓牛顿三大定律那样，信息时代也产生了所谓的三大定律，这三大定律共同勾勒出了信息技术发展的历程。 预测网络的价值与网络用户数的平方成正比。也就是说，N个连结创造出N×N的效益。在网上，每一个人都能够连接到N个人，N个人能看到N个人的信息，所以信息的传送效益是N的平方。上网的人数越多，产生的效益越多。 麦特卡尔定律 第三定律 预测互联网的带宽每6个月增长1倍，其增长速度是摩尔定律预测的CPU增长速度的3倍。并预言将来上网会免费。 吉尔德定律 第二定律 即每平方英寸硅芯片上的晶体管数目每18个月到24个月将增加一倍。40年来，这个预言每每应验，而且后人又增加一条：“价格同时下降一半”。 摩尔定律 第一定律 内 容 定律名称 定律序号 1.4 计算思维简介 科学界一般认为，科学方法分为理论、实验和计算三大类。与三大科学方法相对应的三大科学思维是：理论思维、实验思维和计算思维。 又称构造思维，以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。研究的目的是提供适当的方法，使人们借助现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高目标。 计算思维 又称实证思维，以观察和总结自然规律为特征，以物理学科为代表。实验思维往往需要借助于特定设备获取数据以供分析。 实验思维 又称逻辑思维，以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。支撑着所有的学科领域，定义是灵魂，定理和证明是精髓，公理化方法是思维方法。 理论思维 1.4 计算思维简介 计算思维概念：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、设计系统、以及理解人类行为等一系列思维活动。计算思维强调抽象和构造、可解，强调用自动方式逐步求解。 计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，由人由机器执行。计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由个人独立完成的问题求解和系统设计。 1.4 计算思维简介 计算思维的本质：是抽象和自动化。它反映了计算的根本问题，即什么能被有效地自动进行。从操作层面上讲，计算就是如何寻找一台计算机去求解问题，隐含地说就是要确定合适的抽象，选择合适的计算机去解释执行该抽象，后者就是自动化。 计算思维中的抽象可以理解为完全用符号来表示自然界的各种现象，而这些抽象最终是要能够机械地一步一步自动执行的。 注：数学抽象的特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性，而仅保留其量的关系和空间的形式，而计算思维中的抽象却不仅如此，而要能支持机械地、一步步地自动执行，为此，需要在抽象过程中进行精确和严格的符号标记和建模。 1.4 计算思维简介 计算思维的发展：计算思维在人类思维的早期就已经萌芽，并且一直是人类思维的重要组成部分。在很长一段时间里，计算思维的研究是作为数学思维的一部分进行的。但相应的手段和工具的研究进展缓慢，制约了计算思维的发展。 蒸汽机、电力、材料、医药等的进步彻底改变了这个世界和人们对于世界的认识。在这个过程中，把对于自然规律的认识变成一种具有可构造性、可实现性的新知识内容，去创造自然界原本没有的物体，这是人类对于知识应用的深化和延续。在这个过程中，计算思维起到了重要的作用。 计算思维也可以叫做构造思维或者其他什么思维，只是由于计算机的发展极大促进了这种思维的研究和应用，并且在计算机科学的研究和工程应用中得到广泛的认同，所以人们习惯地叫做计算思维。这只是一个名称而已，这种名称反映了人类文化发展的痕迹。 1.4 计算思维简介 例如，早期建一所房子，整个建筑的构思可能就在主持人的脑子里面；但是随着工程规模的不断扩大，这种靠记忆来设计和规划建筑的方式越来越不适应，因此需要有施工图纸。施工图纸就是关于房子的形式化的表达方式，这种方式使得人们可以相互沟通设计的思想，共同组织工程的实施。 近代的很多工程，由于留下了丰富的、符合计算思维要求的文档，因此我们（当然也包括后人）可以从工程文件中清晰地了解这些工程的施工方法和工艺。采取计算思维的模式来描述各种工程活动是人类进步的表现。 有了计算机后，借助计算机可实现从图纸到房屋模型整个过程的自动化、精确化，这就更加丰富了我们处理问题的方法和手段。 1.4 计算思维简介 计算机与计算思维的关系：计算思维本身并不是计算机科学的专属。实际上，即使没有计算机，计算思维也在逐步的发展。但是，正是计算机的出现，给计算思维的研究和发展带来了根本性的变化。由于