1、计算思维基础知识2/30一、科学的概念一、科学的概念 达尔文对科学定义达尔文对科学定义：科学就是整理事实，从：科学就是整理事实，从中发现规律并做出结论。中发现规律并做出结论。达尔文的定义指出了科学达尔文的定义指出了科学的内涵，即事实与规律。的内涵，即事实与规律。科学要发现人所未知的事科学要发现人所未知的事实，并以此为依据，实事实，并以此为依据，实事求是。至于规律是指客观求是。至于规律是指客观事物之间内在的本质的必事物之间内在的本质的必然联系。然联系。计算思维基础知识3/30爱因斯坦爱因斯坦：设法将人们杂乱无章的：设法将人们杂乱无章的感觉经验加以整理，使之符合逻辑感觉经验加以整理，使之符合逻辑一
2、致的思想系统，就叫科学。一致的思想系统，就叫科学。科学作为一种存在的事物和科学作为一种存在的事物和完整的事物，是人类认知的完整的事物，是人类认知的事物中最客观的。但科学在事物中最客观的。但科学在形成过程中，作为追求的目形成过程中，作为追求的目的，却如同人类的其他认知的，却如同人类的其他认知一样，是主观的也是受心理一样，是主观的也是受心理制约的。制约的。计算思维基础知识4/30 美国美国韦伯斯特新世界词典韦伯斯特新世界词典对科学定义对科学定义：科学是从确定研究对象的性质和规律这一目的出科学是从确定研究对象的性质和规律这一目的出发，通过观察、调查和实验得到的系统知识。发，通过观察、调查和实验得到的
3、系统知识。中国中国辞海辞海对科学定义对科学定义：科学是运用范畴、：科学是运用范畴、定理和定律等思维形式反映现实世界各种现象的定理和定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和运动规律的知识体系。本质和运动规律的知识体系。科学科学：反映现实世界中各种现象及其客观规律的知：反映现实世界中各种现象及其客观规律的知识体系。科学作为人类知识的最高形式，已成为人识体系。科学作为人类知识的最高形式，已成为人类社会普遍的文化理念。类社会普遍的文化理念。计算思维基础知识5/30二、科学的分类二、科学的分类 按照研究对象的不同按照研究对象的不同 自然科学、社会科学、思维科学自然科学、社会科学、思维科学 按照与实践联
4、系的不同按照与实践联系的不同 理论科学、技术科学、应用科学理论科学、技术科学、应用科学 按照人类对自然规律利按照人类对自然规律利用的直接程度用的直接程度 自然科学、实验科学自然科学、实验科学 按照人类目标的不同按照人类目标的不同 广义的科学、狭义的科学广义的科学、狭义的科学 广义的科学广义的科学概念是自然科学、人文科学和社会科学等所有概念是自然科学、人文科学和社会科学等所有学科的总称，学科的总称，狭义的科学狭义的科学概念则专指自然科学，有时甚至概念则专指自然科学，有时甚至直指基础理论科学。直指基础理论科学。计算思维基础知识6/30自然科学自然科学Natural Science以自然界为主要研究
5、对象，运用实证、理以自然界为主要研究对象，运用实证、理性和臻美等方法，揭示自然的奥秘，获取性和臻美等方法，揭示自然的奥秘，获取自然的真知。自然的真知。人文科学人文科学humanities以人类作为主要研究对象，运用实地考察以人类作为主要研究对象，运用实地考察诠释和启示等方法，认识人、人性和人生诠释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精神素质和思想境界。的意义，提升人的精神素质和思想境界。社会科学社会科学Social Science以社会领域为主要研究对象，运用调查、以社会领域为主要研究对象，运用调查、统计和归纳等方法，把握社会规律，解决统计和归纳等方法，把握社会规律，解决社会问题，
6、促进社会进步。社会问题，促进社会进步。计算思维基础知识7/30 美国能源部发布的报告美国能源部发布的报告：高端计算目前已经与理论：高端计算目前已经与理论研究、实验手段一起，成为获得科学发现的三大支柱。研究、实验手段一起，成为获得科学发现的三大支柱。因此，理论科学、因此，理论科学、实验科学和计算科实验科学和计算科学是推动人类文明学是推动人类文明进步和科技发展的进步和科技发展的重要途径。重要途径。计算思维基础知识8/30三、计算科学与计算学科三、计算科学与计算学科 计算科学计算科学/Computational Science/Computational Science：一种与：一种与数学模型构建、
7、定量分析方法以及利用计算机来数学模型构建、定量分析方法以及利用计算机来分析和解决科学问题的研究领域。分析和解决科学问题的研究领域。(计算视角计算视角)计算科学计算科学/Computing Science/Computing Science：应用高性能：应用高性能计算能力预测和了解实际世界物质运动或复杂现计算能力预测和了解实际世界物质运动或复杂现象演化规律的科学，它包括数值模拟、工程仿真象演化规律的科学，它包括数值模拟、工程仿真高效计算机系统和应用软件等。高效计算机系统和应用软件等。(计算机视角计算机视角)计算思维基础知识9/30 19931993：高性能计算与通信：高性能计算与通信HPCCHP
8、CC计划计划 19961996：加速战略计算创新：加速战略计算创新ASCIASCI计划计划 20022002：高性能计算系统：高性能计算系统HPCSHPCS计划计划 20052005：“计算科学计算科学-确保美国竞争力确保美国竞争力”报告报告 报告建议报告建议：应将计算科学长期置于国家科：应将计算科学长期置于国家科学与技术领域中心的领导地位。学与技术领域中心的领导地位。计算思维基础知识10/30 计算学科计算学科/Computational Discipline/Computational Discipline:利利用计算科学对其他学科中的问题进行计算机模拟用计算科学对其他学科中的问题进行计算
9、机模拟或者其他形式的计算而形成的诸如计算物理、计或者其他形式的计算而形成的诸如计算物理、计算化学等学科统称为计算学科。算化学等学科统称为计算学科。(计算视角计算视角)计算学科计算学科/Computing Discipline/Computing Discipline:是对描述是对描述和变换信息的算法过程进行系统的研究，它包括和变换信息的算法过程进行系统的研究，它包括算法过程的理论、分析、设计、效率分析、实现算法过程的理论、分析、设计、效率分析、实现和应用等。和应用等。(计算机视角计算机视角)计算学科的基本问题：什么能被（有效地）自动进行。计算思维基础知识11/30 计算学科是在数学和电子科学基
10、础上发展起计算学科是在数学和电子科学基础上发展起来的一门新兴学科，它既是一门理论性很强的学来的一门新兴学科，它既是一门理论性很强的学科，又是一门实践性很强的学科。科，又是一门实践性很强的学科。计算思维基础知识12/30四、计算机科学与计算机学科四、计算机科学与计算机学科计算机科学计算机科学/Computer Science：研究计算机及其周围：研究计算机及其周围各种现象和规律的科学。各种现象和规律的科学。分类：理论计算机科学、应用计算机科学。分类：理论计算机科学、应用计算机科学。计算机学科计算机学科/Computer Discipline：研究计算机的设计：研究计算机的设计与制造和利用计算机进
11、行信息获取、表示、储存、处与制造和利用计算机进行信息获取、表示、储存、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。计算机科学侧重研究现象与揭示规律，计算机技术则计算机科学侧重研究现象与揭示规律，计算机技术则侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法和侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法和技术手段。技术手段。计算思维基础知识13/12DSDS离散结构离散结构HCHC人机交互人机交互PFPF程序设计基础程序设计基础GVGV图形学和可视化计算图形学和可视化计算ALAL算法与复杂度算法与复杂度ISIS智能系统智能系统ARAR计算机体系结构与计算机体系
12、结构与组织组织IMIM信息管理信息管理OSOS操作系统操作系统SPSP社会与职业问题社会与职业问题NCNC网络计算网络计算SESE软件工程软件工程PLPL程序设计语言程序设计语言CNCN数值计算科学数值计算科学计算思维基础知识14/12计算机基础计算机基础数学和工程基础数学和工程基础职业实践职业实践软件建模与分析软件建模与分析软件设计软件设计软件验证与确认软件验证与确认软件进化软件进化软件过程软件过程软件质量软件质量软件管理软件管理软件工程专业教育包括软件工程专业教育包括1010个知识领域个知识领域计算思维基础知识学科中的最基本的科学问题学科中的最基本的科学问题5 Deep Questions
13、 in ComputinglP=NP?lWhat is computable?lWhat is intelligence?lWhat is information?l(How)can we build complex systems simply?计算思维基础知识子曰：子曰：“骥不称其力，称其德也。骥不称其力，称其德也。”或曰：或曰：“以德报怨，何如？以德报怨，何如？”子曰：子曰：“何以报德？以直报怨，以德报德。何以报德？以直报怨，以德报德。”如何证明证明孔子的说法是正确的？请计算孔子的说法是正确的计算思维基础知识 两个罪犯准备抢劫银行，但作案前失手被擒。警方怀疑他两个罪犯准备抢劫银行，但作案
14、前失手被擒。警方怀疑他们意图抢劫，苦干证据只够起诉非法持有枪械，于是将们意图抢劫，苦干证据只够起诉非法持有枪械，于是将其分开审讯。其分开审讯。为离间双方，警方分别对两人说：为离间双方，警方分别对两人说：若都保持沉默(“合作”)，则一同入狱1年；若是互相检举(互相“背叛”)，则一同入狱5年若你认罪并检举对方(“背叛”对方)，他保持沉默，他入人狱10年，你可以获释(反之亦然)结果两人都选择了结果两人都选择了招供（最希望的结果）。招供（最希望的结果）。prisoners dilemma 计算思维基础知识 孤立地看，这是最符合个体利益的孤立地看，这是最符合个体利益的“理性理性”选择。以选择。以A A为
15、例：为例：若若B B招供，招供，A A自己招供获刑自己招供获刑5 5年，不招供获刑年，不招供获刑1010年；若年；若B B不招供，不招供，自己自己招供招供可以免刑，不招供获刑可以免刑，不招供获刑1 1年。年。两种情况下，选择两种情况下，选择招供招供都更有利，事实上却比两人都拒不招供都更有利，事实上却比两人都拒不招供的结果糟。的结果糟。由囚徒困境可知，由囚徒困境可知，公共生活中，如果每个人都从眼前利益、个公共生活中，如果每个人都从眼前利益、个人利益出发，结果会对整体的利益人利益出发，结果会对整体的利益(间接对个人的利益间接对个人的利益)造成造成伤害。伤害。计算思维基础知识 为解决为解决“囚徒困境
16、囚徒困境”难题，美国曾组织竞赛，要求参赛者根难题，美国曾组织竞赛，要求参赛者根据据“重复囚徒困境重复囚徒困境”(双方不止一次相遇，双方不止一次相遇，“背叛背叛”可能在以可能在以后遭到报复后遭到报复)来设计程序。来设计程序。将程序输入计算机反复互相博弈，以最终得分评估优劣将程序输入计算机反复互相博弈，以最终得分评估优劣(双方双方合作各得合作各得3分；双方背叛各得分；双方背叛各得1分；一方合作一方背叛，合作分；一方合作一方背叛，合作方得方得0分，背叛方得分，背叛方得5分分)；有些程序采用“随机”对策；有些采用“永远背叛”对策；有些采用“永远合作”对策；结果，加拿大多伦多大学的结果，加拿大多伦多大学
17、的阿纳托尔阿纳托尔拉帕波特拉帕波特教授的教授的“一报一报还一报还一报”策略夺得了最高分。策略夺得了最高分。计算思维基础知识 我方在第一次相遇时选择我方在第一次相遇时选择“合作合作”，之后就采取对方上一次的，之后就采取对方上一次的选择。这意味着：选择。这意味着：在对方每一次背叛后，我方就在对方每一次背叛后，我方就“以牙还牙以牙还牙”，也背叛一次；，也背叛一次；对方每一次合作后，我方就对方每一次合作后，我方就“以德报德以德报德”一次；一次；论语宪问中，有人问孔子：“以德报怨，何如?”孔子反问：“何以报德?以直报怨，以德报德。”该策略该策略有别于有别于“善良善良”的的“永远合作永远合作”或或“邪恶邪
18、恶”的的“永远背永远背叛叛”对策，及对方一旦对策，及对方一旦“不忠不忠”，我方就不再给机会，长久对，我方就不再给机会，长久对抗的策略抗的策略。计算思维基础知识 如果你选择如果你选择“永远背叛永远背叛”策略，你或许会在第一局拿到最高分，策略，你或许会在第一局拿到最高分，但之后的各局可能都只能拿到低分，最后虽然可能但之后的各局可能都只能拿到低分，最后虽然可能“战胜战胜”不少对手，但由于总分很低，最终难逃被淘汰出局的命运。不少对手，但由于总分很低，最终难逃被淘汰出局的命运。所以除非很难与对方再次相遇，不用担心其日后的反应，才可所以除非很难与对方再次相遇，不用担心其日后的反应，才可选择对抗与背叛；选择
19、对抗与背叛；而在而在长期互动、博弈长期互动、博弈的关系中，的关系中，“一报还一报一报还一报”是最佳策略：是最佳策略：它是善意的，从不首先背叛；它不迂腐，不管过去相处多好，它是善意的，从不首先背叛；它不迂腐，不管过去相处多好，仍然对背叛有反应；它是宽容的，不因一次背叛而选择玉石仍然对背叛有反应；它是宽容的，不因一次背叛而选择玉石俱焚俱焚。三字经：人之初，性本善计算思维基础知识22/30一、思维的概念一、思维的概念 1.1.思维的定义思维的定义 思维是人脑对客观事物的一种概括的、间思维是人脑对客观事物的一种概括的、间接的反映，它反映客观事物的本质和规律。接的反映，它反映客观事物的本质和规律。2.2
20、.思维的组成思维的组成 思维原料、思维主体、思维工具。思维原料、思维主体、思维工具。自然界提供思维的原料，人脑成为思维的自然界提供思维的原料，人脑成为思维的主体，认识的反映形式形成了思维的工具，三主体，认识的反映形式形成了思维的工具，三者具备才有思维活动。者具备才有思维活动。计算思维基础知识23/30 3.3.思维的特征思维的特征 概括性概括性思维是在人的感性基础上，将一类思维是在人的感性基础上，将一类事物的共同本质的特征和规律抽取事物的共同本质的特征和规律抽取出来，加以概括。出来，加以概括。间接性间接性指非直接的以其它事物做媒介来反指非直接的以其它事物做媒介来反映客观事物。映客观事物。能动性
21、能动性不仅能认识和反映世界，而且还能不仅能认识和反映世界，而且还能对客观世界进行改造。对客观世界进行改造。计算思维基础知识24/30 4.4.思维的类型思维的类型按照思维的进程方向按照思维的进程方向 横向思维、纵向思维横向思维、纵向思维发散思维、收敛思维发散思维、收敛思维 按照思维的抽象程度按照思维的抽象程度 直观行动思维直观行动思维具体形象思维具体形象思维抽象逻辑思维抽象逻辑思维 按照思维的形成和应用按照思维的形成和应用领域领域 科学思维科学思维日常思维日常思维 计算思维基础知识25/30二、科学思维二、科学思维 科学思维科学思维：指理性认识及其过程，即经过感：指理性认识及其过程，即经过感性
22、阶段获得的大量材料，通过整理和改造，形成性阶段获得的大量材料，通过整理和改造，形成概念、判断和推理，以便反映事物本质和规律。概念、判断和推理，以便反映事物本质和规律。简而言之，科学思维是大脑对科学信息的加工活动。简而言之，科学思维是大脑对科学信息的加工活动。科学思维的主要表现科学思维的主要表现：科学的理性思维科学的理性思维科学的逻辑思维科学的逻辑思维科学的系统思维科学的系统思维科学的创造性思维科学的创造性思维 计算思维基础知识26/30三、科学思维的分类三、科学思维的分类理论思维理论思维理论源于数学，理论思维支撑着所有的学科领域。理论源于数学，理论思维支撑着所有的学科领域。正如数学一样，定义是
23、理论思维的灵魂，定理和证正如数学一样，定义是理论思维的灵魂，定理和证明是其精髓，公理化方法是最重要的理论思维方法明是其精髓，公理化方法是最重要的理论思维方法实验思维实验思维实验思维的先驱是意大利科学家伽利略，被人们誉实验思维的先驱是意大利科学家伽利略，被人们誉为为“近代科学之父近代科学之父”。与理论思维不同，实验思维。与理论思维不同，实验思维往往需要借助于某些特定的设备，使用它们来获取往往需要借助于某些特定的设备，使用它们来获取数据以便进行分析。数据以便进行分析。计算思维计算思维计算思维是思维过程或功能的计算模拟方法论，其计算思维是思维过程或功能的计算模拟方法论，其研究目的是提供适当的方法，使
24、人们能借助计算机研究目的是提供适当的方法，使人们能借助计算机逐步达到人工智能的较高目标。诸如模式识别、决逐步达到人工智能的较高目标。诸如模式识别、决策、优化和自控等算法都可以属于计算思维范畴。策、优化和自控等算法都可以属于计算思维范畴。计算思维基础知识27/30 一般而论，三种科学对应着三种思维：一般而论，三种科学对应着三种思维：理论科学理论科学理论思维理论思维：理论思维又称逻辑思维，它以推理和演绎为特征，理论思维又称逻辑思维，它以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。以数学学科为代表。实验科学实验科学实验思维实验思维：实验思维又称实证思维，它以观察和总结自然规律实验思维又称实证思维，它以观察和
25、总结自然规律为特征，以物理学科为代表。为特征，以物理学科为代表。计算科学计算科学计算思维计算思维：计算思维又称构造思维，它以设计和构造为特征，计算思维又称构造思维，它以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。以计算机学科为代表。计算思维基础知识28/30一、计算思维的定义一、计算思维的定义 计算思维计算思维(Computational Thinking(Computational Thinking，CT)CT)周以真周以真：计算思维是运用计算机科学的基础：计算思维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的涵概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的涵盖了计算机科学之广度的一系列
26、思维活动。盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维基础知识29/30 针对上述定义解释如下：针对上述定义解释如下：求解问题中的计算思维求解问题中的计算思维 利用计算手段求解问题的过程是：首先要把利用计算手段求解问题的过程是：首先要把实际的应用问题转换为数学问题，可能是一组偏实际的应用问题转换为数学问题，可能是一组偏微分方程，其次将微分方程，其次将PDEPDE离散为一组代数方程组，离散为一组代数方程组，然后建立模型、设计算法和编程实现，最后在实然后建立模型、设计算法和编程实现，最后在实际的计算机中运行并求解。前两步是计算思维中际的计算机中运行并求解。前两步是计算思维中的抽象，后两步是计算思
27、维中的自动化。的抽象，后两步是计算思维中的自动化。计算思维基础知识30/30 设计系统中的计算思维设计系统中的计算思维 R.Karp R.Karp：任何自然系统和社会系统都可视为：任何自然系统和社会系统都可视为一个动态演化系统，演化伴随着物质、能量和信一个动态演化系统，演化伴随着物质、能量和信息的交换，这种交换可以映射为符号变换，使之息的交换，这种交换可以映射为符号变换，使之能用计算机进行离散的符号处理。能用计算机进行离散的符号处理。当动态演化系统抽象为离散符号系统后，就当动态演化系统抽象为离散符号系统后，就可以采用形式化的规范描述，建立模型、设计算可以采用形式化的规范描述，建立模型、设计算法
28、和开发软件来揭示演化的规律，实时控制系统法和开发软件来揭示演化的规律，实时控制系统的演化并自动执行。的演化并自动执行。计算思维基础知识31/30 理解人类行为中的计算思维理解人类行为中的计算思维 王飞跃：计算思维是基于可计算的手段，以王飞跃：计算思维是基于可计算的手段，以定量化的方式进行的思维过程。计算思维就是应定量化的方式进行的思维过程。计算思维就是应对信息时代新的社会动力学和人类动力学所要求对信息时代新的社会动力学和人类动力学所要求的思维。在人类的物理世界、精神世界和人工世的思维。在人类的物理世界、精神世界和人工世界等三个世界中，计算思维是建设人工世界需要界等三个世界中，计算思维是建设人工
29、世界需要的主要思维方式。的主要思维方式。利用计算手段来研究人类的行为，可视为社利用计算手段来研究人类的行为，可视为社会计算，即通过各种信息技术手段，设计、实施会计算，即通过各种信息技术手段，设计、实施和评估人与环境之间的交互。和评估人与环境之间的交互。计算思维基础知识32/30波普尔的三个世界观点波普尔的三个世界观点计算思维基础知识33/30二、计算思维的详细描述二、计算思维的详细描述 计算思维是通过计算思维是通过约简、嵌入、转化约简、嵌入、转化和和仿真仿真等方等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个人法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个人们知道怎样解决的问题。们知道怎样解决的问题。计算思
30、维是一种计算思维是一种递归思维递归思维，是一种，是一种并行处理并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法。是一种多维分析推广的类型检查方法。计算思维是一种采用计算思维是一种采用抽象抽象和和分解分解来控制庞杂的来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是一种任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是一种基于关注点分离的方法。基于关注点分离的方法。计算思维基础知识34/30计算思维是一种选择合适的方式去计算思维是一种选择合适的方式去陈述陈述一个问题，一个问题，或对一个问题的相关方面或对一个问题的相关方面建模建模并使其易于
31、处理的并使其易于处理的思维方法。思维方法。计算思维是按照计算思维是按照预防预防、保护保护及通过及通过冗余冗余、容错容错和和纠错纠错方式，从最坏情况进行系统恢复的一种思维方式，从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。方法。计算思维是利用计算思维是利用启发式启发式推理寻求解答，也即在不推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。计算思维是利用计算思维是利用海量数据海量数据来加快计算，在时间和来加快计算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折中空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。的思维方法。计算思维基础知识35/30
32、三、计算思维的特征三、计算思维的特征 1.1.概念化，不是程序化概念化，不是程序化 计算机科学不是计算机编程计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家那。像计算机科学家那样去思维意味着远远不仅限于计算机编程，还要求能样去思维意味着远远不仅限于计算机编程，还要求能够在抽象的多个层次上思维。计算机科学不只是关注够在抽象的多个层次上思维。计算机科学不只是关注计算机，就像音乐产业不只是关注麦克风一样。计算机，就像音乐产业不只是关注麦克风一样。2.2.根本的，不是刻板的技能根本的，不是刻板的技能 计算思维是一种根本技能，是每一个人为了在现计算思维是一种根本技能，是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握
33、的。刻板的技能意味着代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板的技能意味着简单的机械重复。简单的机械重复。计算思维基础知识36/30 3.3.是人的，不是计算机的思维是人的，不是计算机的思维 计算思维是人类求解问题的一条途径，但决非要计算思维是人类求解问题的一条途径，但决非要使人类像计算机那样地思考。计算机枯燥且沉闷，人使人类像计算机那样地思考。计算机枯燥且沉闷，人类聪颖且富有想象力。是人类赋予计算机激情。计算类聪颖且富有想象力。是人类赋予计算机激情。计算机赋予人类强大的计算能力，人类应该好好的利用这机赋予人类强大的计算能力，人类应该好好的利用这种力量去解决各种需要大量计算的问题种力量去解决各种需要大
34、量计算的问题。4.4.是思想，不是人造物是思想，不是人造物 不只是将生产的软硬件等人造物到处呈现给我们不只是将生产的软硬件等人造物到处呈现给我们的生活，更重要的是计算概念，它被人们用来问题求的生活，更重要的是计算概念，它被人们用来问题求解、日常生活的管理，以及与他人进行交流和互动。解、日常生活的管理，以及与他人进行交流和互动。计算思维基础知识37/30 5.5.数学和工程思维的互补与融合数学和工程思维的互补与融合 计算机科学在本质上源自数学思维，它的形式化基计算机科学在本质上源自数学思维，它的形式化基础建筑于数学之上。计算机科学又从本质上源自工程思础建筑于数学之上。计算机科学又从本质上源自工程
35、思维，因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统。所维，因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统。所以设计思维是数学和工程思维的互补与融合。以设计思维是数学和工程思维的互补与融合。6.6.面向所有的人，所有地方面向所有的人，所有地方 当计算思维真正融入人类活动的整体时，它作为一当计算思维真正融入人类活动的整体时，它作为一个问题解决的有效工具，人人都应当掌握，处处都会被个问题解决的有效工具，人人都应当掌握，处处都会被使用。使用。计算思维基础知识38/30四、计算思维的本质四、计算思维的本质 抽象抽象(Abstract)(Abstract)、自动化自动化(Automation)(Automation
36、)。它反映了计算的根本问题，即什么能被有效它反映了计算的根本问题，即什么能被有效的自动进行。的自动进行。计算是抽象的自动执行，自动化需要某种计计算是抽象的自动执行，自动化需要某种计算机去解释抽象。算机去解释抽象。从操作层面上讲，计算就是如何寻找一台计从操作层面上讲，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，后者象，选择合适的计算机去解释执行该抽象，后者就是自动化。就是自动化。计算思维基础知识39/30五、计算思维与计算机的关系五、计算思维与计算机的关系 计算思维虽然具有计算机的许多特征，但是计
37、算思维本身计算思维虽然具有计算机的许多特征，但是计算思维本身并不是计算机的专属。实际上，即使没有计算机，计算思维也并不是计算机的专属。实际上，即使没有计算机，计算思维也会逐步发展，甚至有些内容与计算机没有关系。但是，正是由会逐步发展，甚至有些内容与计算机没有关系。但是，正是由于计算机的出现，给计算思维的发展带来了根本性的变化。于计算机的出现，给计算思维的发展带来了根本性的变化。什么是计算？什么是可计算？什么是可行计算？计算思维什么是计算？什么是可计算？什么是可行计算？计算思维的这些性质得到了前所未有地彻底研究。由此不仅推进了计算的这些性质得到了前所未有地彻底研究。由此不仅推进了计算机的发展，也推进了计算思维本身的发展。在这个过程中，一机的发展，也推进了计算思维本身的发展。在这个过程中，一些属于计算思维的特点被逐步揭示出来，计算思维与理论思维、些属于计算思维的特点被逐步揭示出来，计算思维与理论思维、实验思维的差别越来越清晰化。实验思维的差别越来越清晰化。计算思维的几乎所有特征和内容在计算机科学里面得到充计算思维的几乎所有特征和内容在计算机科学里面得到充分体现，并且随着计算机科学的发展而同步发展。分体现，并且随着计算机科学的发展而同步发展。
