1、1.4 计算思维和互联网思维计算思维和互联网思维 （1）计算思维 （2）互联网思维 支持各学科研究创新的新型计算手段 Gap 计算思维/计算能力 计算机及其通用计算手段的应用 当前的非计算机专业计算机关注点 应用计算手段进行各学科研究和创新 非计算机专业学生的未来计算能力 知识/技能 计算思维 的学习和训练 1998年诺贝尔化学奖奖励给一个计算手段的研究者- John Pople 化学学科工作者利用计算手段进行学科的科学研究 各学科人才的计算思维/计算能力需求 计算思维 “看山是山，看水是水” “昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路” “看山不是山，看水不是水” “衣带渐宽终不悔，为伊销得人憔
2、悴” “看山还是山，看水还是水” “众里寻她千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处” From 王国维“人间词话”关于“境界”的阐述 贯通，看得远，才能认识准确 浮想联翩，由此及彼，才能发现 不断训练，不断理解，才能找出本质，才能创新 联想与贯通 训练与实践 概念与知识 ?“计算机”的思维: 计算机是如何工作的 ? 计算机的功能是如何越来越强大的 ? ?利用计算机的思维: 现实世界的各种事物如何利用计算机来进行控制和处理? ?计算思维(Computational Thinking)是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为，其本质是抽象和自动化-from 周以真。 计算思维 思
3、维是创新的源头，技术与知识是创新的支撑 计算思维 -本门课程学习需要注意的 知识 vs. 贯通知识的思维计算思维 本质 可实现 启发性 联想 知识 知识的贯通 -思维 计算思维 思维 (Thought/Thinking) 能力 (Ability & Capability) 知识/技能 (Technique/Skill) 计算机语言 与程序设计 数据库 数学建模 或 非数学建模 知识与视野拓展 Knowledge Expansion 大学计算机 计算机专业导论 (计算思维导论) 云计算与云服务 企业资源规划 与供应链管理 视野： 宽度-知识面宽，前沿性 深度-贯通性，深入性 技能：练习，练习，
4、思维：好奇、思考、联想、贯通 训练与掌握 Training 启发与理解Understanding 打通知识脉络，融贯各门课程，内功强化基础，外功灵活应变。 ?能力-内功(贯通的脉络 ) ?实践-锻炼,使脉络贯通 ?思维-脉络(穴位链) ?知识-穴位 知识 vs. 思维 vs. 能力 计算思维 Systems Theory AI Comp. Bio. Geometric Comp. Graphics HCI：Human Computer Interaction Distributed Systems Service Computing Hardware Robotics Database & D
5、ata mining Machine Learning Natural Language Comp. Economics Networking Security Algorithms Biology Design 学科的发展，知识的膨胀 计算思维计算思维 计算思维，计算的伟大原理 计算思维计算思维 ?Computational Thinking from CMU ，周以真（Jeannette M. Wing ），Communications of ACM, Vol.49, No.3, March 2006, Pages 33-35 ?Computational thinking is a wa
6、y of solving problems, designing systems, and understanding human behavior that draws on concepts fundamental to computer science. ?Computational thinking will be a fundamental skill used by everyone in the world by the middle of the 21st Century. Just like reading, writing, and arithmetic. Imagine
7、every person knowing how to think like a computer scientist! Computational thinking is not just for other scientists, its for everyone. Thinking like a computer scientist means more than being able to program a computer ?计算思维的本质就是抽象(Abstraction)与自动化(Automation)，即在不同层面进行抽象，以及将这些抽象“机器化”。 计算思维计算思维 ?计算思
8、维是人类应具备的第三种思维 ?实验思维: 实验 ? 观察 ? 发现、推断与总结. -观察与归纳 ?理论思维: 假设/预设 ? 定义/性质/定理 ? 证明. -推理和演绎 ?计算思维: 设计, 构造 与 计算. -设计与构造 计算思维关注的是人类思维中有关可行性、可构造性和可评价性的部分 当前环境下，理论与实验手段在面临大规模数据的情况下，不可避免地要用计算手段来辅助进行。 国内学者/专家的观点 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 计算之树的第一个维度计算技术的奠基性思维 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 ?“0 和 1” 思维-符号化?计算化?自动化 ?0和1是实现任何计算的基础；社会/
9、自然与计算融合的基本手段； 0和1是连接硬件与软件的纽带；0/1是最基本的抽象与自动化机制。 ?“ 程序”思维-千变万化复杂功能的构造、表达与执行 ?程序是基本动作(指令)的各种组合，是控制计算系统的基本手段 ?“ 递归”思维-无限事物及重复过程的表达与执行方法 ?递归是最典型的构造程序的手段；递归函数是可计算函数的精确的数学描述；递归函数是研究计算学科理论问题的基础 计算之树的第一个维度计算技术的奠基性思维 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 云计算环境 并行分布环境 个人计算机 冯.诺依曼机 计算之树的第二个维度通用计算环境的进化思维 计算思维计算思维 个人计算机 存储设施(硬盘、光盘)
10、操作系统CPU内存应用软件冯.诺依曼计算机 CPU内存程序云计算环境 实际计算节点虚拟计虚拟计实际存储设施虚拟虚拟大规模用户群(如CPU阵列 )算节点算节点(如硬盘阵列 )硬盘硬盘云存储与云计算服务-操作系统Internet SaaS 型应用软件个人计Internet User n算设备Browser大规模数据及其处理大规模协同与互操作个人计Internet User 1算设备Browser并行分布计算环境 存储设施(硬盘阵列，磁盘阵列 )多机并行 服务器型操作系统CPU内存CPUCPUCPU中间件服务器端应用软件个人计算设备广域网、局域网User1User n客户端应用软件个人计算设备客户端
11、应用软件The tools we use have a profound influence on our thinking habits, and therefore, on our thinking abilities. -from Edsger Dijkstra, 1972 Turing Awards receiver. 通用计算环境的进化思维 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 并行分布环境 个人计算环境 冯.诺依曼机 算法 系统 云计算环境 计算之树的第三个维度交替促进与共同进化的问题求解思维 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 并行分布环境 个人计算环境 冯.诺依曼机 算法 系
12、统 云计算环境 计算之树的第三个维度交替促进与共同进化的问题求解思维 ?“算法”：问题求解的一种手段构造与设计算法 ?算法是计算的灵魂；算法强调数学建模；算法考虑的是可计算性与计算复杂性；算法研究通常被认为是计算学科的理论研究。 ?“ 系统”：问题求解的另一种手段构造与设计系统 ?系统是改造自然的手段；系统还强调非数学建模；系统考虑的是如何化复杂为简单(使其能够被做出来)；系统还强调结构性、可靠性、安全性等。 系统是龙，算法是睛，画龙要点睛。 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 云计算环境 并行分布环境 个人计算环境 冯.诺依曼机 算法 系统 量子计算/光子计算 移动计算 生物计算 计算生物
13、学 计算物理学 计算化学 计算经济学 计算统计学 计算金融学 企业计算 计算工程学 服务计算 云计算 社会计算 计算广告学 媒体计算 纳米计算 智能计算 计算语言学 神经计算 计算之树的第四个维度计算与社会/自然环境的融合思维 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 云计算环境 并行分布环境 个人计算环境 冯.诺依曼机 算法 系统 社会/自然的计算化 抽象 计算/求解的自然化 自动化 量子计算/光子计算 移动计算 生物计算 计算生物学 计算物理学 计算化学 计算经济学 计算统计学 计算金融学 企业计算 计算工程学 服务计算 云计算 社会计算 计算广告学 媒体计算 纳米计算 智能计算 计算语言学
14、神经计算 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 云计算环境 并行分布环境 个人计算环境 冯.诺依曼机 算法 系统 量子计算/光子计算 移动计算 生物计算 计算生物学 计算物理学 计算化学 计算经济学 计算统计学 计算金融学 企业计算 计算工程学 服务计算 云计算 社会计算 计算广告学 媒体计算 纳米计算 智能计算 计算语言学 神经计算 社会/自然的计算化 抽象 计算/求解的自然化 自动化 模型 语言 协议 系统 编译器 编解 码器 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 云计算环境 并行分布环境 个人计算环境 冯.诺依曼机 算法 系统 局域网/广域网：机器网络 互联网：信息网络 /广义资源网络
15、物联网;知识网;服务网;社会网 事务管理 与数据库 数据分析与数据仓库 数据聚集与大数据 量子计算 /光子计算 移动计算 生物计算 计算生物学 计算物理学 计算化学 计算经济学 计算统计学 计算金融学 企业计算 计算工程学 服务计算 云计算 社会计算 计算广告学 媒体计算 纳米计算 智能计算 计算语言学 神经计算 计算之树的第五和第六个维度网络化思维和数据化思维 计算思维计算思维 递归 程序 0和1 云计算环境 并行分布环境 个人计算环境 冯.诺依曼机 算法 系统 社会/自然的计算化 计算/求解的自然化 局域网/广域网：机器网络 互联网：信息网络 /广义资源网络 物联网;知识网;服务网;社会网
16、 抽象 自动化 事务管理 与数据库 数据分析与数据仓库 数据聚集与大数据 量子计算/光子计算 移动计算 生物计算 计算生物学 计算物理学 计算化学 计算经济学 计算统计学 计算金融学 企业计算 计算工程学 服务计算 云计算 社会计算 计算广告学 媒体计算 纳米计算 智能计算 计算语言学 神经计算 计算机?计算机科学?计算科学 计算思维计算思维 ?计算思维的学习方法 （1） “知识/术语”随着“思维”的学习而展开，“思维”随着“知识”的贯通而形成，“能力”随着“思维”的理解而提高。 （2）从问题分析着手，强化如何进行抽象，如何将现实问题抽象为一个数学问题或者一个形式化问题，提高问题表述及问题求解
17、的严谨性。 （3）通过图示化方法来展现复杂的思维可以一目了然；通过规模较小的问题求解示例来理解复杂问题的求解方法；通过从社会/自然等人们身边的问题理解到计算科学家是如何进行问题求解。 （4）追求“问题”及问题的讨论，通过逐步地提出问题，使自己从一个较浅的理解层次逐步过渡到较深入的理解层次，通过不同视角和递阶的讨论，使自己理解和确定前行的方向。 （5）宽度与深度相结合，从宽度学习开始，深度学习结束，既能够使自己理解相关的思维与知识，还能够有助于建立起较为科学的研究习惯与研究方法。 （6）思维蕴含在案例中，案例蕴含着思维。 阅读书籍、阅读文献、网上搜索、梳理思路 (记笔记) 计算思维计算思维 互联网思维互联网思维 互联网思维互联网思维 互联网思维互联网思维 ? 用户思维、大数据思维贯穿整个产品价值链条的始终 ? 简约思维、极致思维、迭代思维主要体现在产品研发、生产和服务环节 ? 流量思维、社会化思维主要体现在销售和服务环节 ? 平台思维体现在战略、商业模式和组织形态层面 ? 跨界思维主要基于产业层面。
