计算机与计算思维.ppt

实证思维实证思维起源于物理学的研究，集大成者的代表是伽利略、开普勒和牛顿。开普勒是现代科学中第一个有意识地将自然观察总结成规律，并把这种规律表示出来。伽利略建立了现代实证主义的科学体系，强调通过观察和实验（实验是把自然现象单纯化，以保证可以仔细研究其中的一个局部）获取自然规律的法则。牛顿把观察、归纳和推理完美地结合起来，形成了现代科学大厦的整体框架。*第28页，共66页，星期日，2025年，2月5日实证思维要符合三点原则：第一是可以解释以往的实验现象；第二是逻辑上自洽，即不能自相矛盾；第三是能够预见新的现象。即思维结论必须经得起实验的验证。*第29页，共66页，星期日，2025年，2月5日逻辑思维逻辑思维的研究起源于希腊时期，集大成者是苏格拉底、柏拉图、亚里士多德，他们基本构建了现代逻辑学的体系。以后又经过众多逻辑学家的贡献，例如莱布尼茨、希尔伯特等，使得逻辑学成为人类科学思维的模式和工具。*第30页，共66页，星期日，2025年，2月5日逻辑思维也要符合一些原则：第一是有作为推理基础的公理集合；第二是有一个可靠和协调的推演系统（推演规则）。任何结论都要从公理集合出发，经过推演系统的合法推理，得出结论。*第31页，共66页，星期日，2025年，2月5日计算思维计算思维是人类科学思维中，以抽象化和自动化，或者说以形式化、程序化和机械化为特征的思维形式。计算思维也是与人类思维活动同步发展的思维模式，但是计算思维概念的明确和建立却经历了较长的时期。*第32页，共66页，星期日，2025年，2月5日计算思维中的抽象化与数学（逻辑思维）的抽象化有不同的含义。计算思维的抽象化不仅表现为研究对象的形式化表示，也隐含这种表示应具备有限性、程序性和机械性。因此，可以说形式化、程序化和机械化作为计算思维的特征。*第33页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.2.2计算思维计算思维的标志是有限性，确定性和机械性。计算思维表达结论的方式必须是一种有限的形式，（回想一下，数学中表示一个极限，是用一个自变量趋向于无穷来定义一个代数式的值，这种方式在计算思维中是不允许的）；语义必须是确定的，在理解上不会出现因人而异、因环境而异的歧义性；必须是一种机械的方式，可以通过机械的步骤来实现。这三种标志是计算思维区别于其他两种思维的关键。*第34页，共66页，星期日，2025年，2月5日应用计算思维对问题的处理方法是：通过问题的形式化表示，算法的构造，对于算法的执行而得到所期望的处理结果。*第35页，共66页，星期日，2025年，2月5日例1：在一个高考成绩列表s1,s2,…,sn中查找考号学生的成绩。问题分析：如何利用计算机来完成这样一个任务？*第36页，共66页，星期日，2025年，2月5日把一个班级的学生信息存在计算机的存储器中，要求完成：用户从键盘上输入要查找的学生学屏幕显示该学生的成绩。设计一个算法完成这个查找过程，那么这个算法的思想和人工查找是基本一致的，即逐个对比s1,s2,…,sn，如果其中某一个的学号值与key配，则查找成功，结束查找过程；如果所有的学号都不与key匹配，则说明没有要找的这个学生，称为查找失败，结束查找过程。*第37页，共66页，星期日，2025年，2月5日例2：在一个按照学号升序排列的班级花名册s1,s2,…,sn中查找学号为1001的学生。分析：如果设计一个算法，在一个按照学号有序序列中完成查找指定的学号1001，设待查找的学号为key，我们仍然可以利用例1中的算法实现。然而，如果利用学生信息存储的有序性这一特点，我们可以设计一个效率更高的查找方法，称为二分查找。*第38页，共66页，星期日，2025年，2月5日描述如下：Step1：设定三个变量，i，j，m，其中，i=1，j=n，m=（i+j）/2Step2：当i≤j成立时，重复执行以下步骤Step2.1如果key=s[m].no，结束查找过程，查找成功；Step2.2如果keys[m].no，j=m-1；Step2.3如果keys[m].no，i=m+1;Step3:结束查找过程，查找失败，即无此学号的学生。*第39页，共66页，星期日，2025年，2月5日本例可以看出，算法和数据的存储是具有紧密关系的，对数据的组织方式不同，算法的设计就可能不同。*第40页，共66页，星期日，2025年，2月5日计算思维方式对解决的问题，往往需要经过问题的抽象化，问题的符号化表示，