计算思维

关于计算机的说法很多，但就计算机科学来讲，计算机科学家在用计算机解决问题时形成的特有思维方式和解决方法称为计算思维。也就是说，计算思维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些列思维活动。

计算思维基础

计算思维就是用计算的方式去解决问题

• 计算一计算就是基于规则的符号串变换

• 三大科学思维

  1.理论思维一推理思维，以推理和演绎为特征，以数学学科为代表
  2.实验思维一实证思维，以观察和总结自然规律为特征，以物理学科为代表
  3.计算思维一又称为构造思维，以设计和构造为特征，以计算机学科为代表
  

• 范式

  第一范式一实验范式，以实验为基础的科学研究模式，又称经验科学
  第二范式一理论范式，以理论研究为基础的科学研究模式，又称理论科学
  第三范式一仿真范式，即利用电子计算机对科学实验进行模拟仿真的研究模式，又称计算科学
  第四范式一数据密集型科学发现，由传统的假设驱动向基于数据分析的科学方法转变，又称数据科学
  

计算思维定义

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

计算思维本质

计算思维的本质是抽象(Abstraction)和自动化(Automation)

• 抽象

    抽象的两个要素：形式化与数学建模，抽象是自动化的前提和基础
  

• 自动化

  计算机通过程序实现自动化，而程序的核心是算法对于常见的简单问题，自动化分两步：设计算法和编写程序.计算思维的标志是有限性、确定性和机械性
  

计算思维特征

 	1.概念化，不是程序化——计算机科学并不仅仅是计算机编程2.是思想，不是人造品一计算思维不是以物理形式存在的人造物，而是设计、制造计算机软硬件中包含的思想3.属于人的，不是计算机的思维一计算思维是人类求解问题的一条途径，属于人的思维方式，不是计算机的思维方式4.可由人执行，也可由计算机执行一人和机器都可以计算，只不过人的计算速度很慢而已.5.基础的，不是机械的技能——基础的技能是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的.6.面向所有的人，所有地方一当计算思维真正融入人类活动的整体以致不再是一种显示之哲学的时候，它就将成为现实

计算思维的基本问题

计算思维的基本问题主要有三个：可计算性、计算复杂性和图灵测试**

• 可计算性

  个问题是可计算的是指可以使用计算机在有限的步骤内解决邱奇-图灵论题：一切直觉上可计算的函数都可以用图灵机计算，反之亦然并不是所有的问题都是可计算的，存在不可计算的问题
  

• 计算复杂性

    一计算复杂性就是计算机求解问题的难易程度，两个标准：时间复杂性和空间复杂性
  

• 图灵测试

  图灵在1950年提出的一种测试方法，指出了什么是人工智能以及机器应该达到的智能标准目前，图灵测试已经不再能全方位评估人工智能
  

计算思维的基本方法

从方法论的角度来说，计算思维的核心是计算思维方法

计算思维的方法有两大类：一类是来自数学和工程的方法，另一类是计算机科学独有的方法

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1.约简、嵌入、转化和仿真等方法，用来把一个看来困难的问题重新阐释成一个人们知道问题怎样解决的思维方法
2.递归方法、并行方法、把代码译成数据又能把数据译成代码的方法、多维分析推广的类型检查方法
3.抽象和分解方法，用来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计；基于关注分离的方法(SOC方法)
4.选择合适的方式去陈述一个问题的方法，对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法
5.按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法
6.启发式推理，用于在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法
7.利用海量数据加快计算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法
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计算思维的应用

计算物理学
计算化学
计算生物学
计算经济学
计算机赋能教育