好課推薦-以計(jì)算機(jī)的思維看世界讽挟。
讀史使人明智,讀詩(shī)使人靈秀,數(shù)學(xué)使人周密,科學(xué)使人深刻,倫理學(xué)使人莊重,邏輯修辭之學(xué)使人善辯：凡有所學(xué),皆成性格.——培根
又是一年開學(xué)季向拆，可愛(ài)的小侄女已經(jīng)要面臨升學(xué)的壓力了产园，老哥讓我?guī)兔ψ鍪鑼?dǎo)，索性在這里聊聊專業(yè)對(duì)個(gè)人的影響好了。開篇之前，先給大家安利一本書《果殼教你選專業(yè)》里面收錄了師兄師姐們讀專業(yè)的切身感受彭羹，也繼承了果殼以往的幽默詼諧外帶點(diǎn)小毒舌卻不失專業(yè)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘L(fēng)格，對(duì)學(xué)校等相關(guān)信息的收集也都比較全面泪酱，打算轉(zhuǎn)專業(yè)或者報(bào)考學(xué)校的朋友看看應(yīng)該是不錯(cuò)的參考派殷。言歸正傳还最，今天就先聊聊計(jì)算機(jī)專業(yè)的重要思維及其對(duì)個(gè)人思考模式的影響吧。
一毡惜、個(gè)人應(yīng)當(dāng)具備的三種思維：
1拓轻、以化學(xué)學(xué)科為代表的實(shí)驗(yàn)思維（觀察與歸納）：實(shí)驗(yàn)-->觀察-->發(fā)現(xiàn)、推斷與總結(jié)
2经伙、以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表的理論思維（推理和演繹）：假設(shè)扶叉、預(yù)設(shè)-->定義、性質(zhì)帕膜、定理-->證明
3枣氧、以計(jì)算學(xué)科為代表的計(jì)算思維（設(shè)計(jì)與構(gòu)造）：設(shè)計(jì)、構(gòu)造與計(jì)算——計(jì)算思維也是一種遞歸的思維
二垮刹、計(jì)算思維的本質(zhì)：
計(jì)算機(jī)思維：計(jì)算機(jī)是如何工作的达吞？
利用計(jì)算機(jī)思維：現(xiàn)實(shí)世界的各種事物能如何利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行控制和處理？
計(jì)算思維：本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化荒典。即運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題酪劫、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為。即計(jì)算思維的學(xué)習(xí)寺董，不僅僅是會(huì)不會(huì)用計(jì)算機(jī)的問(wèn)題覆糟，而是會(huì)不會(huì)利用計(jì)算思維來(lái)解決身邊的或者社會(huì)、自然問(wèn)題的問(wèn)題遮咖。
數(shù)學(xué)學(xué)科和計(jì)算學(xué)科的區(qū)別
數(shù)學(xué)學(xué)科研究：如何用數(shù)學(xué)方法（函數(shù)）表達(dá)一種現(xiàn)象滩字，并研究出來(lái)一種計(jì)算規(guī)則將這些函數(shù)的值計(jì)算出來(lái)。主要還是人來(lái)利用規(guī)則
計(jì)算學(xué)科：利用簡(jiǎn)單計(jì)算規(guī)則求解復(fù)雜計(jì)算盯滚，主要是機(jī)器利用規(guī)則解放人踢械。
三、計(jì)算技術(shù)的奠基性思維及對(duì)個(gè)人的影響魄藕。
0和1思維 本質(zhì)：符號(hào)化--> 計(jì)算化--> 自動(dòng)化
1内列、語(yǔ)義符號(hào)化（現(xiàn)實(shí)生活可以用0和1來(lái)表示）--> 2、符號(hào)運(yùn)算化（用0和1表示后背率，這些符號(hào)可以進(jìn)行算數(shù)與邏輯運(yùn)算）-->3话瞧、運(yùn)算0、1化 -->4寝姿、 0交排、1自動(dòng)化（0和1的計(jì)算可以用電子技術(shù)如基本門電路實(shí)現(xiàn)）-->5、分層構(gòu)造化（變簡(jiǎn)單的門電路為組合邏輯電路以完成一系列復(fù)雜操作）-->6饵筑、構(gòu)造集成化
what易經(jīng)：是研究自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律的埃篓，從自然現(xiàn)象推導(dǎo)出人事現(xiàn)象及其他現(xiàn)象是否有規(guī)律的
how：將現(xiàn)象抽象為符號(hào)，進(jìn)行符號(hào)組合根资，利用符號(hào)組合表達(dá)自然現(xiàn)象架专。
符號(hào)化的關(guān)鍵：區(qū)分與命名——其術(shù)語(yǔ)體系同窘。
符號(hào)化的目的：基于符號(hào)的演算——符號(hào)組合
由“易經(jīng)”看“符號(hào)化及符號(hào)計(jì)算”：自然、社會(huì)現(xiàn)象-->（通過(guò)符號(hào)化后）-->0部脚、1及其組合-->（通過(guò)計(jì)算化后）-->0想邦、1組合變化；基于0委刘、1的計(jì)算-->（通過(guò)再語(yǔ)義化后）-->自然丧没、社會(huì)現(xiàn)象變化規(guī)律
2.3、計(jì)算0锡移、1化
轉(zhuǎn)為二進(jìn)制+編碼呕童，原碼、反碼淆珊、補(bǔ)碼拉庵。
使用補(bǔ)碼可以使減法變成加法，讓符號(hào)也參與計(jì)算套蒂。機(jī)器可以采用移位都方法進(jìn)行乘法除法運(yùn)算，左移為乘茫蛹。
2.5操刀、分層構(gòu)造化
低層電路已驗(yàn)證正確，可被封裝起來(lái)婴洼，用已封裝的驗(yàn)證的低層電路可構(gòu)造更為復(fù)雜的高層電路骨坑；如此一層一層構(gòu)造
3 程序思維 與遞歸思維
注意：程序是構(gòu)造出來(lái)的！而不是編寫出來(lái)的柬采！程序構(gòu)造的手段包括組合欢唾、抽象與遞歸
計(jì)算系統(tǒng)與程序——程序的作用和本質(zhì)
指令：對(duì)可執(zhí)行基本動(dòng)作的抽象，即控制基本動(dòng)作執(zhí)行的命令粉捻，（外界可以通過(guò)指令來(lái)調(diào)用封裝了的基本動(dòng)作）
程序：由基本動(dòng)作指令構(gòu)造的礁遣，若干指令的一個(gè)組合或一個(gè)執(zhí)行序列，用以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作肩刃。
程序執(zhí)行機(jī)構(gòu)：自動(dòng)解釋程序中的各種組合祟霍，并按次序調(diào)用指令（基本動(dòng)作）予以執(zhí)行。
計(jì)算系統(tǒng)=基本動(dòng)作+指令+程序執(zhí)行機(jī)構(gòu)
組合：對(duì)基本動(dòng)作通過(guò)一些基本的運(yùn)算盈包，進(jìn)行各種各樣的構(gòu)造
抽象：將經(jīng)常使用的沸呐、可由低層次系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一些復(fù)雜動(dòng)作，進(jìn)行命名呢燥，以作為高層次系統(tǒng)共的指令被使用崭添。
程序的本質(zhì)：組合、 抽象叛氨、構(gòu)造
遞歸（這里有點(diǎn)不熟需要再加強(qiáng)下）：不斷重復(fù)的執(zhí)行一些相似性表達(dá)呼渣。用遞歸定義棘伴，用遞歸構(gòu)造，用遞歸計(jì)算或執(zhí)行——算法設(shè)計(jì)分析的關(guān)鍵
遞歸計(jì)算：由后向前帶入徙邻，再由前向后計(jì)算排嫌。
迭代（遞推）：可以自遞歸基礎(chǔ)開始，由前向后依次計(jì)算或直接計(jì)算
遞歸：可以自遞歸基礎(chǔ)開始缰犁，由前向后依次計(jì)算或直接計(jì)算淳地；但有些，只能由后向前帶入帅容，直到遞歸基礎(chǔ)颇象，尋找一條路徑，然后再由前向后計(jì)算
遞歸是計(jì)算技術(shù)的典型特征并徘，是以有限的表達(dá)方式來(lái)表達(dá)無(wú)限對(duì)象實(shí)例或無(wú)限計(jì)算步驟的一種經(jīng)典的計(jì)算思維
遞歸函數(shù)是可計(jì)算函數(shù)的精確的數(shù)學(xué)描述---計(jì)算理論的重 計(jì)算理論的重要研究?jī)?nèi)容遣钳；
圖靈機(jī)本質(zhì)上也是遞歸：圖靈可計(jì)算函數(shù) 圖靈機(jī)本質(zhì)上也是遞歸：圖靈可計(jì)算函數(shù)與遞歸函數(shù)等價(jià)，凡可計(jì)算的函數(shù)都是一般遞歸函數(shù) 與遞歸函數(shù)等價(jià)麦乞，凡可計(jì)算的函數(shù)都是一般遞歸函數(shù)--- 丘奇-圖靈命題 圖靈命題---計(jì)算理論的重要研究?jī)?nèi)容蕴茴；
小結(jié)：計(jì)算學(xué)科的一個(gè)重要任務(wù)就是構(gòu)造計(jì)算系統(tǒng)（包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)），而構(gòu)造計(jì)算系統(tǒng)的關(guān)鍵就是程序姐直，程序是體現(xiàn)計(jì)算系統(tǒng)千變?nèi)f化的重要手段倦淀。因此我們可以說(shuō)計(jì)算系統(tǒng)就是執(zhí)行程序的系統(tǒng)。程序就是對(duì)控制系統(tǒng)基本動(dòng)作的指令声畏，進(jìn)行組合撞叽、抽象與構(gòu)造 ，以便使系統(tǒng)完成一些列的功能插龄。而組合是將一些列動(dòng)作帶入到另一個(gè)動(dòng)作中進(jìn)而構(gòu)造出復(fù)雜的動(dòng)作愿棋。eg一個(gè)復(fù)雜的表達(dá)式是由一系列簡(jiǎn)單的表達(dá)式組合起來(lái)構(gòu)成的。函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系均牢，體現(xiàn)的就是一種組合糠雨。抽象就是對(duì)已經(jīng)構(gòu)造好的組合進(jìn)行命名，然后用這個(gè)名字參與新的構(gòu)造膨处。抽象是簡(jiǎn)化構(gòu)造的一種手段见秤。
幾點(diǎn)結(jié)論 : (1) 圖靈機(jī)是一種思想模型，它由一個(gè)控制 器(有限狀態(tài)轉(zhuǎn)換器)真椿，一條可無(wú)限延伸的帶 子和一個(gè)在帶子上左右移動(dòng)的讀寫頭構(gòu)成鹃答。 (2) 程序是五元組 形式的指令集。其定義了機(jī)器在一個(gè)特定 狀態(tài) q下從方格中讀入一個(gè)特定字符 X時(shí)所采 取的動(dòng)作為在該方格中寫入符號(hào)Y, 然后向右 移一格R (或向左移一格 L或不移動(dòng)N), 同時(shí) 將機(jī)器狀態(tài)設(shè)為 p供下一條指令使用(3)圖靈機(jī)模型被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)的基本理論模型 ----計(jì)算機(jī)是使用相應(yīng)的程序來(lái)完成任何設(shè)定好的任務(wù)突硝。圖靈機(jī)是一種離散的测摔、有 窮的、構(gòu)造性的問(wèn)題求解思路，一個(gè)問(wèn)題的求解可以通過(guò)構(gòu)造其圖靈機(jī)(即程 序)來(lái)解決锋八。 ?(4)圖靈認(rèn)為：凡是能用算法方法解決的問(wèn)題也一定能用圖靈機(jī)解決; 凡是 圖靈機(jī)解決不了的問(wèn)題任何算法也解決不了----圖靈可計(jì)算性問(wèn)題浙于。
4.1 馮.諾伊曼機(jī)的基本思想 ：
? 運(yùn)算 和 存儲(chǔ) 分離：解決了程序裝載在內(nèi)存，如何被cpu執(zhí)行的問(wèn)題
? 存儲(chǔ)程序 ： 指令和數(shù)據(jù)以同等地位事先 存于存儲(chǔ)器, 可按地址尋訪, ?連續(xù)自動(dòng)執(zhí)行挟纱。指令和數(shù)據(jù)用 二進(jìn)制 表示羞酗，指令由操作碼（執(zhí)行什么樣的運(yùn)算）和地址碼（操作中的數(shù)據(jù)來(lái)源）組成
?五大部件構(gòu)成： 運(yùn)算器 、 控制器 紊服、 存儲(chǔ)器 檀轨、 輸入設(shè)備 和 輸出設(shè)備
以運(yùn)算器為中心，控制器負(fù)責(zé)解釋指令欺嗤，運(yùn)算器負(fù)責(zé)執(zhí)行指令?以運(yùn)算器為中心参萄，控制器負(fù)責(zé)解釋指令，運(yùn)算器負(fù)責(zé)執(zhí)行指令
運(yùn)算器=（數(shù)據(jù)）寄存器+算術(shù)邏輯部件
控制器=程序計(jì)數(shù)器PC（用于存儲(chǔ)下一條要執(zhí)行的指令的地址）+指令寄存器IR（用于唇齒當(dāng)前指令的內(nèi)容）+信號(hào)控制器+時(shí)鐘與信號(hào)發(fā)生器
4.2 自動(dòng)存取——存儲(chǔ)容量與地址空間和字長(zhǎng)有關(guān)煎饼。
5 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（個(gè)人計(jì)算機(jī)的本質(zhì)：也是馮諾依曼計(jì)算機(jī)讹挎，解決的了程序裝在外存如何被載入內(nèi)存）
5.1 構(gòu)成：硬件、軟件吆玖、數(shù)據(jù)筒溃、網(wǎng)絡(luò)
工作思維：存儲(chǔ)體系-->磁盤存取-->操作系統(tǒng)-->作業(yè)與進(jìn)程->程序執(zhí)行的管理與控制；資源組合利用體系化沾乘、管理分工合作協(xié)同化铡羡、外存程序內(nèi)存進(jìn)程化、硬件不足功能軟件化
5.2 存儲(chǔ)體系（核心：不同性能資源的組合優(yōu)化）
意義：解決存儲(chǔ)器的永久存儲(chǔ)問(wèn)題意鲸，存儲(chǔ)容量問(wèn)題，存儲(chǔ)速度問(wèn)題及存儲(chǔ)器價(jià)格問(wèn)題尽爆。
方式：內(nèi)存+外存
5.3 分工合作與協(xié)同管理思想——化解復(fù)雜問(wèn)題怎顾，進(jìn)行復(fù)雜問(wèn)題求解的重要思想
操作系統(tǒng)(Operating System:OS) 是控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各種資源( 硬件資源、軟件資源和信息資源) 漱贱、合理組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作流程槐雾、提供用戶與計(jì)算機(jī)之間接口以解釋用戶對(duì)機(jī)器的各種操作需求并完成這些操作的一組程序集合，是最基本幅狮、最重要的系統(tǒng)軟件募强。
操作系統(tǒng)的作用：
操作系統(tǒng)是用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口 。
操作系統(tǒng)為用戶提供了虛擬機(jī)(Virtual Machine)崇摄。 擎值。
操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者
操作系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性控制的？
1逐抑、分工：獨(dú)立管理復(fù)雜環(huán)境中的每個(gè)部件 eg：磁盤管理——管理磁盤信息的讀寫鸠儿；內(nèi)存空間館里——管理內(nèi)存空間的分配與回收；cpu管理——調(diào)度cpu去執(zhí)行哪一個(gè)程序
5.4 磁盤管理：化整為零，還零為整的思想——通過(guò)文件进每、磁盤塊汹粤、文件夾、文件分配表共同完成
文件分配表FAT：存儲(chǔ)文件在磁盤塊之間的鏈接信息
2田晚、合作：以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)嘱兼，中心任務(wù)：讓計(jì)算機(jī)（cpu）執(zhí)行存儲(chǔ)在外存上的程序。（這么些獨(dú)立管理的目的）贤徒，因此需要各部件合作完成任務(wù)芹壕，這就產(chǎn)生了任務(wù)、作業(yè)與進(jìn)城管理——管理一個(gè)程序執(zhí)行中的各項(xiàng)工作泞莉。
3哪雕、協(xié)同：當(dāng)基本的合作解決以后，關(guān)鍵就是協(xié)同鲫趁，協(xié)同體現(xiàn)了自動(dòng)化和最優(yōu)化
1斯嚎、為什么需要計(jì)算機(jī)語(yǔ)言？
進(jìn)行問(wèn)題求解挨厚，首先要有解決問(wèn)題的步驟（即算法）堡僻，而計(jì)算機(jī)能夠理解的解決問(wèn)題的步驟被稱為程序，而計(jì)算機(jī)語(yǔ)言就是算法與機(jī)器能夠理解的程序的橋梁 疫剃，他是人和計(jì)算機(jī)都能理解的語(yǔ)言
2钉疫、機(jī)器語(yǔ)言發(fā)展史（計(jì)算機(jī)能夠理解并執(zhí)行什么？）
指令系統(tǒng)（cpu中的微處理器<中央處理單元>）cpu用二進(jìn)制和編碼提供了可以解釋并執(zhí)行的命令集合
機(jī)器語(yǔ)言：（所有的程序都需要轉(zhuǎn)換成機(jī)器語(yǔ)言程序計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行）用二進(jìn)制和編碼方式提供的指令系統(tǒng)所編寫程序的語(yǔ)言
3巢价、怎樣解決機(jī)器語(yǔ)言編寫程序所存在的困難牲阁？——高級(jí)語(yǔ)言產(chǎn)生
匯編語(yǔ)言（核心：助記符）；執(zhí)行過(guò)程：用符號(hào)編寫程序（匯編語(yǔ)言源程序）-->翻譯程序（匯編程序）-->機(jī)器語(yǔ)言程序
高級(jí)語(yǔ)言：用類似自然語(yǔ)言的語(yǔ)句編寫程序（高級(jí)語(yǔ)言源程序）-->編譯程序-->匯編語(yǔ)言-->機(jī)器語(yǔ)言程序
高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的差別：與機(jī)器的相關(guān)性
用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行問(wèn)題求解的過(guò)程：（本質(zhì)還是體現(xiàn)了自動(dòng)化）
7 算法（組合優(yōu)化問(wèn)題是計(jì)算學(xué)科需要求解的典型問(wèn)題）
算法類問(wèn)題求解的一般步驟
問(wèn)題抽象及數(shù)學(xué)建模：將問(wèn)題抽象為一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題壤躲，并給出求解該數(shù)學(xué)問(wèn)題的算法模型城菊。
算法策略設(shè)計(jì)
算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算的算法。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（邏輯結(jié)構(gòu)+存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)）——如何將數(shù)學(xué)模型中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)可以存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)碉克？
控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——如何構(gòu)造和表達(dá)處理的規(guī)則凌唬，以便能夠按規(guī)則逐步計(jì)算出結(jié)果。
算法的實(shí)現(xiàn)：用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫算法實(shí)現(xiàn)的程序漏麦。
算法的分析：分析算法的正確性和復(fù)雜性客税，判斷能行性！
基本算法——排序算法
結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表的查找與統(tǒng)計(jì)：對(duì)數(shù)據(jù)集合需要多遍處理時(shí)撕贞，先排序更耻，可以減小遍歷次數(shù)。
非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（文檔類）——倒排建立索引：一個(gè)詞匯包含在哪些文檔中
聲明：本文部分內(nèi)容節(jié)選自《大學(xué)計(jì)算機(jī)—計(jì)算思維導(dǎo)論 》
課程名稱：《大學(xué)計(jì)算機(jī)—計(jì)算思維導(dǎo)論 》
授課方：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 戰(zhàn)德臣捏膨、張麗杰酥夭、聶蘭順、靳玉萍
個(gè)人聽課感受：特別棒的一門課，不拘泥于細(xì)節(jié)熬北，從系統(tǒng)和宏觀的角度來(lái)幫助理解計(jì)算機(jī)學(xué)科
課程大綱：
大學(xué)計(jì)算機(jī)課程應(yīng)圍繞著大學(xué)計(jì)算思維教育空間-計(jì)算之樹疙描，進(jìn)行內(nèi)容的組織和學(xué)習(xí)。
(I)計(jì)算與程序讶隐，主要講授計(jì)算與計(jì)算思維起胰，符號(hào)化、計(jì)算化和自動(dòng)化巫延，計(jì)算系統(tǒng)與程序構(gòu)造效五，程序構(gòu)造方法：遞歸與迭代，這些是由社會(huì)/自然到計(jì)算的炉峰、最基本的抽象和自動(dòng)化機(jī)制畏妖；
(II)計(jì)算系統(tǒng)，主要講授程序是如何被執(zhí)行的疼阔，包括內(nèi)存環(huán)境下程序的執(zhí)行和復(fù)雜環(huán)境下借助于操作系統(tǒng)管理的程序的執(zhí)行戒劫，以及如何編寫讓計(jì)算系統(tǒng)可以執(zhí)行的程序；
(III)算法思維婆廊，主要講授算法類問(wèn)題求解框架-問(wèn)題與數(shù)學(xué)建模迅细、算法策略設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)以及算法復(fù)雜性與正確性淘邻，還將以案例形式介紹由問(wèn)題到環(huán)境茵典，再到受限資源約束下的問(wèn)題求解算法，以及難解性問(wèn)題宾舅、計(jì)算和算法之間的關(guān)系等统阿；
(IV)數(shù)據(jù)化與網(wǎng)絡(luò)化思維。數(shù)據(jù)化思維即：數(shù)據(jù)獲取==>數(shù)據(jù)管理==>數(shù)據(jù)分析與運(yùn)用筹我；網(wǎng)絡(luò)化思維即：機(jī)器網(wǎng)絡(luò)==>信息網(wǎng)絡(luò)==>群體互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)==>網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)砂吞。
