大学信息技术（第三版）,2,信息技术基础,1.1,信息技术概述,1.2,计算机系统,1.3,计算思维,1.4,新一代信息技术,1.5,信息安全与信息素养,3,1.3,计算思维,1.3.1,计算,思维,概述,1.3.2,计算,思维的,本质,1.3.3,计算,思维与计算机的,关系,1.3.4,计算,思维的应用,领域,1.3.5,习题,1.3.1,计算思维,概述,“计算思维”是美国卡内基梅隆大学周以真教授提出的一种理论周以真认为：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，它涵盖了计算机科学的一系列思维活动,周以真,（英文名,Jeannette M.Wing,，），美国计算机科学家卡内基,-,梅隆大学教授美国国家自然基金会计算与信息科学工程部助理部长ACM,和,IEEE,会士1.3.1,计算,思维,概述,求解问题中的计算,思维,系统设计,问题,求解,人类行为理解,建立问题模型,选择算法,编程实现,警察抓小偷,警察局抓了,a,，,b,，,c,，,d,四名偷窃嫌疑犯，其中只有一人是小偷，审讯记录如下：,A,说：我不是小偷,B,说：,c,是小偷,C,说：小偷肯定是,d,D,说：,c,在冤枉人,四个人中，,三个人说的是真话,，,一个人说的是假话,，请问谁是小偷？,6,问题分析,1,依次假设每个人是小偷的情况,一一代入四句供词,2,依次检验“四个人中三个人说真话，一个人说假话”是否成立,3,如果成立，小偷找到,7,数学建模,将,a,b,c,d,四个人进行编号为,1,2,3,4,。
用变量,x,存放小偷的编号依次将,x=1,x=2,x=3,x=4,代入问题系统，,检验“三真一假”是否成立8,计算,1,A,说：我不是小偷,2,B,说：,c,是小偷,3,C,说：小偷肯定是,d,4,D,说：,c,在冤枉人,5,三真一假,1,X,1 1or0,2,X=3 1or0,3,X=4 1or0,4,X,4 1or0,5,3,9,编程实现,For x=1 to 4,If(x1+(x=3)+(x=4)+(x4)=3)then,Print x,Next x,10,计算机解题方法,计算机解决问题步骤：,理解,问题,，寻找解决问题的条件,；,从,问题抽象,出适当,的,数学模型,，然后,设计解决,这个数学模型的算法,；,按照,算法编写,程序,，,并调试,、,测试,、,运行,程序,，得到最终解答,问题,发现问题,分析问题,预见问题,解决问题,11,设计系统中的计算,思维,将,系统中的变换过程映射为,符号变换,形式化，然后就可以用计算机进行处理系统设计,问题求解,人类行为理解,12,1.3.1,计算,思维,概述,囚徒,困境,博弈策略,建模,囚徒,困境问题描述,警方,逮捕了,A,、,B,两名嫌疑犯，但没有足够证据指控二人有罪。
于是警方分开囚禁嫌疑犯,，并,向双方提供以下相同的选择（如,表所,示）：,（,1,）如果一人认罪,并,检控,对方,（背叛），,而对方保持沉默，则此人将获释，沉默者将判监禁,10,年2,）如果二人都保持沉默,（合作），,则二人同样判监,1,年3,）如果二人都互相检举,（背叛），,则二人同样判监,8,年,策略,A,沉默（合作）,A,认罪（背叛）,B,沉默（合作）,二人同服刑,1,年,A,即时获释；,B,服刑,10,年,B,认罪（背叛）,A,服刑,10,年；,B,即时获释,A,和,B,二人同服刑,8,年,13,囚徒,困境,博弈策略,建模,囚徒,的策略选择,困境,两名囚徒的选择,：,（,1,）若对方沉默，背叛会让我获释，所以我会选择背叛2,）若对方背叛我，我也要指控对方才能得到较低刑期，,所以选择,背叛,结,果,：两,人,都,选择背叛,，,结果,二,人服刑,8,年,如果两个囚徒合作保持沉默，,总体利益,会更高,而,两个囚徒追求个人利益,，选择,背叛时，总体利益,较低,这,就是困境所在,14,囚徒,困境,博弈策略,建模,囚徒,困境的数学建模,（,1,）策略的符号化,将囚徒各种选择获得,的,收益,和,支付,转换为数值,，获得表所示符号,表。
符号,分数,英文,中文,说明,T,5,Temptation,背叛收益,单独背叛成功所得,R,3,Reward,合作报酬,共同合作所得,P,1,Punishment,背叛惩罚,共同背叛所得,S,0,Suckers,受骗支付,被单独背叛所获,15,囚徒,困境,博弈策略,建模,（,2,）建立收益和支付矩阵,根据,以下,规则确定,博弈双方的收益和,支付,：,一人背叛，一人合作时，,背叛者得,5,分,（背叛收益），,合作者得,0,分（受骗支付）；,二人都合作时，,双方各得,3,分,（合作报酬）；,二人都背叛时，,各得,1,分,（背叛惩罚）,从表可,见,：,5310,，得出,：,TRPS,囚徒的收益和支付矩阵,以符号表示的策略,策略,A,合作,A,背叛,策略,A,合作,A,背叛,B,合作,A=3,，,B=3,A=5,，,B=0,B,合作,R,，,R,T,，,S,B,背叛,A=0,，,B=5,A=1,，,B=1,B,背叛,S,，,T,P,，,P,符号,分数,T,5,R,3,P,1,S,0,16,囚徒,困境,博弈策略,建模,（,3,）建立数学模型,A=R,，,B=R,时，,A=3,，,B=3,；,A=T,，,B=S,时，,A=5,，,B=0,；,A=S,，,B=T,时，,A=0,，,B=5,；,A=P,，,B=P,时，,A=1,，,B=1,。
17,囚徒,困境,博弈策略,建模,【,案例,】,生活中,的,“囚徒困境”现象,幼儿园小朋友互相分享玩具（,给他玩，不给他玩,）；,夫妻双方对家庭的态度（,忠诚，,背叛,）；,公共卫生的维持（,不扔垃圾，,乱,扔垃圾,）；,老板与下属的关系（,信任，不信任,）；,商场上的君子协定（,不违约，违约,）；,竞争对手,的,价格战（,不降价，降价,）；,国家,之,间的对抗（,和平，战争,）等虽然括号内的前者选择是大家想要达到的目标，,但,自私的结果,往往,是大家,要,接受后者18,人类行为中的计算,思维,计算,思维不仅能够反映人类思维活动，还能够通过计算手段来研究人类的行为系统设计,问题求解,人类行为理解,19,1.3.1,计算思维概述,例如：张女士孩子已经上大学，为改善自己的居住条件，想在某楼盘买房售楼员推荐,7,号楼的一套房子，推荐语如下：,7,号在小区“楼王”位置，景观好；距离,X,中学步行,5,分钟；经理在这栋楼共预留了,8,套，现在仅剩,2,套，且昨天已有客户意向订了一套；这套房还赠送阳台面积；价格上稍高于其他楼，这栋楼均价为,9500,元,/m,2,，其他楼有,9000,元,/m,2,、,8500,元,/m,2,。
人类行为中的计算思维,首先按照结构化程序设计中的“自顶向下，逐层分解”，利用信息的特征，将一个大问题分解为若干小问题；其次再将小问题细化，得出解决方案,人类行为中的计算思维,人类行为中的计算思维,预置和缓存,小学生早晨去学校时，她把当天需要的东西放进背包；,回推,小男孩弄丢他的手套时，你建议他沿走过的路回寻；,多服务器系统的性能模型,在超市付账时你应当去排哪个队呢？,失败的无关性和设计的冗余性,为什么停电时你的仍然可用？,22,重要理论,计算,思维的本质：,抽象、自动化（程序、算法）,计算思维能力：,建立起利用计算机技术解决问题的思路，并理解问题的可求解性问题抽象、模型建立、算法设计、,实现,抽象,自动化,23,1.3.2,计算思维的本质,1,是概念化的抽象思维而不是,程序设计,抽象,多层次思维,计算机科学不等于计算机编程所谓像计算机科学家那样去思维，其含义不仅限于计算机编程，还要求能够在抽象的多个层面上思维24,1.3.2,计算思维的本质,2,是根本的而不是刻板的,技能,现代社会每个人都必须掌握的技能,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的刻板技能意味着机械地重复计算思维是一种创新,能力。
25,1.3.2,计算思维的本质,3,是人的而不是计算机的思维,方式,人类赋予计算机以激情,创造性的使用计算机,计算思维是人类求解问题的一条途径,，人类,聪颖且富有,想象力,，,人类,赋予计算机以激情配置了计算设备,，就,能用自己的智慧去解决那些计算时代之前不敢尝试的,问题26,1.3.2,计算思维的本质,4,是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,，构建,虚拟世界的自由使我们能够超越物理世界去打造各种系统,27,1.3.2,计算思维的本质,5,是思想而不是人,造物,计算思维不仅体现在以物理形式呈现并时时刻刻触及人们生活硬件、软件等人造物上，更重要的是计算的概念，这种概念被人们用于问题求解、日常生活的管理以及与他人进行交流和互动28,1.3.2,计算思维的本质,6,面向所有人和所有地方,计算思维已真正融入人类活动的整体，而不再表现为一种显示哲学，它作为一个问题解决的有效供给，需要在所有地方、所有学校的课堂教学中都得到应用29,1.3.2,计算思维的本质,计算机促进计算思维的研究与,发展,计算机,对信息的处理,快速、,记忆力强的特点，使得原本只能理论上实现的过程，变成实际可行的实现过程,计算思维研究推动计算机的,发展,在,对计算思维的广泛、深入研究过程中，逐步揭示出一些属于计算思维的特点，计算思维与理论思维、验证思维的差异越来越明晰。
计算思维的内容得到不断的丰富与发展从,思维的角度来说，计算科学主要研究计算思维的概念、方法和内容，并发展成为解决问题的一种思维方式，极大地推动了计算思维的发展30,1.3.3,计算,思维与计算机的关系,生物学,脑科学,化学,经济学,艺术,31,1.3.4,计算思维的应用领域,32,1,简答题,（,1,）请写出在,N,个数中查找最大数的计算步骤2,）例举,2,个需要利用计算机求解的问题2,思考题,（,（,1,）计算机网络系统的设计属于设计系统中的计算思维吗？请再例举,2,个系统设计的计算思维例子2,）互联网的发展使用户数量激增，大量用户的网络使用有什么规律可循吗？怎样利用网络上的信息动态来把握商机？,1.3.5,习题,。