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1、计算机与计算思维,2022/12/23,网络与计算中心,2,计算与计算设备的应用与发展是人类社会文明发展的必然产物计算问题不处不在、计算机“无所不能”,2022/12/23,网络与计算中心,3,计算思维的提出,Edsger_Dijkstra我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯,从而也将深刻的影响着我们的思维能力.,人工智能四大先驱之一现代编程语言的主要贡献者之一第七位图灵奖获得者,Jeannette M. Wing 周以真卡内基-梅隆大学教授,Computational thinking will be a fundamental skill used by everyone in
2、the world by the middle of the 21st Century.,2022/12/23,网络与计算中心,4,计算思维,2006年3月，美国卡内基梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊Communications of the ACM杂志上给出，并定义的计算思维（Computational Thinking）。周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。,2022/12/23,网络与计算中心,5,5,科学方法与科学思维,科学方法实验方法、
3、理论方法、计算方法科学思维实证思维（重现、自洽、预见）实验：物理逻辑思维（公理、规则、结论）推理：数学计算思维（能行、构造、模拟）使自动：计算机,2022/12/23,网络与计算中心,6,6,科学方法与科学思维,计算思维（能行、构造、模拟）使自动：计算机运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。本质：抽象，自动化,2022/12/23,网络与计算中心,7,模拟-应用之魂,实验和理论思维无法解决的问题大量复杂问题求解、宏大系统建立、大型工程组织都可通过计算模拟核爆炸、蛋白质生成、大型飞机、舰艇设计,7,2022/12/23,网络与计
4、算中心,8,程序代码 = 细胞自动机,8,美科学家Stephen Wolfram 科学巨著:A New Kind of Science传统的科学建立在数学基础上新的科学建立在计算机程序上,2022/12/23,网络与计算中心,9,2022/12/23,9,。,计算机是工具，帮助提升人的能力,计算机能干什么？多记一些数据、多接收一些信息、算得快一些,交流更方便些。以亿次的计算,求解繁复的微分方程和方程组,描绘超乎想象的图像,模拟无法实现或耗资巨大的过程等等,网络通世界 计算晓天下存储知古今,计算机不能干什么？,人类的需要缺啥补啥！,不能替人拿主意、定方案。人机分界面恰在于思考二字,即把计算机所不
5、具备的直觉、综合、机敏,甚至艺术家的灵感留给人,由人来创造性地开发各种所需的算法、模型、方法,2022/12/23,网络与计算中心,10,计算思维的概念,计算思维的关键：用计算机模拟现实世界,可计算性：图灵机：不是一种具体的机器,而是一种思想模型,可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置,用来计算所有能想像得到的可计算函数。,什么能（有效地）自动进行什么不能（有效地）自动进行,算法问题 ：计算过程的可行操作和效率问题算法：是指解题方案准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令或步骤。,2022/12/23,网络与计算中心,11,计算思维理解,用四个字来概括： 抽象、算法用八个字来概括： 合
6、理抽象、高效算法,2022/12/23,网络与计算中心,12,计算思维对其它学科的影响,1.工程(电子/土木/机械/航天)复杂计算可以提高设计精度，节省成本，提升质量波音777完全采用计算机模拟设计和测试的，没有经过现实的风洞测试2. 经济学数据挖掘和计算智能方法在电子商务上广泛使用（广告投放，在线拍卖等）计量经济学日益受到重视，很多麻省理工学院的计算机博士在华尔街作金融分析师,2022/12/23,网络与计算中心,13,计算思维对其它学科的影响,3.医疗医疗信息系统的建设大幅提高了诊断的效率和准确性，例如远程医疗的发展可视化技术的发展使得虚拟结肠镜检查成为可能。4. 数学发现E8李群证明四色
7、定理密码学,2022/12/23,网络与计算中心,14,计算思维对其它学科的影响,5.化学用量子计算技术合成新人工化学合成物用优化和搜索算法寻找最优化学反应条件，提高产量6. 娱乐游戏电影梦工厂用hp的数据中心进行电影“怪物史莱克”特效渲染卢卡斯电影公司用一个包含200个节点的数据中心制作电影“加勒比海盗”,2022/12/23,网络与计算中心,15,计算思维对其它学科的影响,7.天文物理核试验模拟基于高性能计算机模拟飓风的形成和发展，使得科学家可以看到飓风的内部地震的游戏模拟和预测8. 生物 霰弹枪算法大大提高了人类基因组测序工作的速度蛋白质相互作者用的动力学行为可以通过计算方法模拟,2022/12/23,网络与计算中心,16,
