烟台大学：《大学计算机基础》课程教学课件（理论讲稿）第1章 计算思维导论（主讲：马晓敏）

1.1计算机科学男1.2计算与计算思维1.3数与计算工具1.4计算理论1.5典型问题的思维与算法第1章计算思维导论1.6信息社会与知识社会29/11/2016

29/11/2016 2 1.1 计算机科学 1.2 计算与计算思维 1.3 数与计算工具 1.4 计算理论 第1章 计算思维导论 1.5 典型问题的思维与算法 1.6 信息社会与知识社会

1.1计算机科学计算机科学3个基本问题：有解吗？解决此问题复杂吗，有求解的最佳方法吗？模型或算法编程实现29/11/2016

29/11/2016 3 1.1 计算机科学 计算机科学3个基本问题： 有解吗？解决此问题复杂吗，有求解的最佳方法吗？ 模型或算法编程实现

1.1.1计算机科学著名计算机科学家EdsgerDijkstra（艾兹赫尔·韦伯戴克斯特拉）指出：计算机科学并不只是关于计算机，就像天文学并不只是关于望远镜一样。计算机科学（ComputerScience，CS）N是一门包含各种各样与计算和信息处理相关主题的系统学科。7是一门研究计算与相关理论、计算机硬件、软件及相关应用的学科。重要领域是软件工程，人工智能，计算机体系结构、计算机网络与通信，数据库系统，并行计算，分布式计算，人机交互，机器翻译，计算机图形学操作系统，以及数值和符号计算，以及不同层面的各类计算机应用。29/11/2016

1.1.1 计算机科学 29/11/2016 4  是一门包含各种各样与计算和信息处理相关主题的系统学科。  是一门研究计算与相关理论、计算机硬件、软件及相关应用的学科。  重要领域是软件工程，人工智能，计算机体系结构、计算机网络与通信， 数据库系统，并行计算，分布式计算，人机交互，机器翻译，计算机图形学， 操作系统，以及数值和符号计算，以及不同层面的各类计算机应用。 计算机科学（ComputerScience，CS） 计算机科学并不只是关于计算机，就像天文学并不只是关于 望远镜一样。 著名计算机科学家EdsgerDijkstra（艾兹赫尔·韦伯·戴克斯特拉）指出：

1.2计算与计算思维1.3数与计算工具29/11/2016

29/11/2016 5 1.2 计算与计算思维 1.3 数与计算工具

1.2.1计算的基本概念计算理论观点：计算是依据一定的法则对有关符号串进行变换的过程，即计算是从已知的符号开始，按照规则一步一步地改变符号串，经过有限的步骤，最终得到一个满足预定条件的符号串的过程。1985年图灵奖的获得者RichardM.Karp（理查德.卡普）的观点：很多自然的、人工的和社会的系统中的过程自然而然是计算的，计算就是执行信息变换。这是广义的计算，即对信息进行加工和处理。29/11/2016

1.2.1计算的基本概念 29/11/2016 6 很多自然的、人工的和社会的系统中的过程自然而然是计 算的，计算就是执行信息变换。这是广义的计算，即对信息进 行加工和处理。 1985年图灵奖的获得者Richard M. Karp（理查德.卡普）的观点： 计算是依据一定的法则对有关符号串进行变换的过程，即 计算是从已知的符号开始，按照规则一步一步地改变符号串，经 过有限的步骤，最终得到一个满足预定条件的符号串的过程。 计算理论观点：

复杂计算问题的解决方法复杂计算问题：研究简化规则。如一元二次方程解的公式。知道计算规则，但超出人的计算能力，无法获得计算结果：设计一些简单的规则，让机器通过重复执行来完成计算，也就是使用机器来代替人进行自动计算。29/11/2016

复杂计算问题的解决方法 29/11/2016 7 设计一些简单的规则，让机器通过重复执行来完成计算， 也就是使用机器来代替人进行自动计算。 知道计算规则，但超出人的计算能力，无法获得计算结果： 研究简化规则。如一元二次方程解的公式。 复杂计算问题：

利用机器进行自动计算需要思考和研究的问题：1.是不是所有的问题都可以通过自动计算来解决？可计算性理论的研究。“理发师悸论2.可计算问题的计算代价有多大？计算复杂性理论。“汉诺塔问题”3.如何实现自动计算？构建一个低成本、高效率的通用的计算系统。4.如何方便有效地利用计算系统进行计算？将问题的求解算法用程序表示，规模数据用数据库管理5.如何使计算“无所不能”“无所不在”？在计算机及网络技术的支持下，构建并行计算、分布式、云计算环境829/11/2016

利用机器进行自动计算需要思考和研究的问题： 29/11/2016 8 计算复杂性理论。 “汉诺塔问题” 2. 可计算问题的计算代价有多大？ 可计算性理论的研究。 “理发师悖论” 1. 是不是所有的问题都可以通过自动计算来解决？ 将问题的求解算法用程序表示，规模数据用数据库管理 4. 如何方便有效地利用计算系统进行计算？ 构建一个低成本、高效率的通用的计算系统。 3. 如何实现自动计算？ 在计算机及网络技术的支持下，构建并行计算、分布式、云计算环境 5. 如何使计算“无所不能”、“无所不在”？

1.3.2计算工具的探索手动式电子计算工计算机具计算工具机械式机电式计算工具计算机29/11/2016

1.3.2 计算工具的探索 29/11/2016 9 计算 工具 电子 计算机 机电式 计算机 机械式 计算工 具 手动式 计算工 具

算盘加法满五加进十加直加下五去四去九进提供了计算过程中存储数的手段下五去三二去八进三去七进下五去提供了一套计算规则（口决）四四上四四下五去四去六进五五上五五去五进六六上六六去四进六上去五进人按照规则进行计算七七上七七去三进七上二去五进八上八二进八：八去八上三去五进九：九上九九去讲九上四去五进减法二遇位减破五减上四去五还九去五银还八去五银还七I去五还六四退还五五退f六道还四六退还五去七i七退还五去还七珠算珍品八退八退还还五去九退达九退还五去四九下九开九层算盘1029/11/2016

算盘 29/11/2016 10  提供了计算过程中存储数的手段 提供了一套计算规则(口诀) 人按照规则进行计算 九层算盘 一、加法 直加 满五加 进十加 一: 一上一 一下五去四 一去九进一 二: 二上二 二下五去三 二去八进一 三: 三上三 三下五去二 三去七进一 四: 四上四 四下五去一 四去六进一 五: 五上五 五去五进一 六: 六上六 六去四进一 六上一去五进一 七: 七上七 七去三进一 七上二去五进一 八: 八上八 八去二进一 八上三去五进一 九: 九上九 九去一进一 九上四去五进一 二、减法 直减 破五减 退位减 一 一下一 一上四去五 一退一还九 二 二下二 二上三去五 二退一还八 三 三下三 三上二去五 三退一还七 四 四下四 四上一去五 四退一还六 五 五下五 五退一还五 六 六下六 六退一还四 六退一还五去一 七 七下七 七退一还三 七退一还五去二 八 八下八 八退一还二 八退一还五去三 九 九下九 九退一还一 九退一还五去四 珠算珍品

帕斯卡加法器----第一台机械计算机BlaisePascal（1623～1662），法国科学家。1642年，研制成功---帕斯卡机。齿轮传动。低位的齿轮每转动10圈，高位上的齿轮只转动1圈。可以进行8位数的加法运算。帕斯卡，B.帕斯卡：人的某些思维过程与机械过程没有差别因此可以设想用机械模拟人的思维活动。意义：首次确立了计算机器的概念，开辟了自动计算的道路。1129/11/2016

帕斯卡加法器-第一台机械计算机 29/11/2016 11  Blaise Pascal (1623～1662), 法国科学家。 1642年，研制成功-帕斯卡机。  齿轮传动。低位的齿轮每转动10圈，高位上的齿轮 只转动1圈。可以进行8位数的加法运算。 帕斯卡：人的某些思维过程与机械过程没有差别， 因此可以设想用机械模拟人的思维活动。 意义：首次确立了计算机器的概念，开辟了自动计 算的道路