三、本組對(duì)計(jì)算思維應(yīng)用的理解

1、一、本組對(duì)計(jì)算機(jī)思維的理解周以真教授關(guān)于計(jì)算思維的論述計(jì)算思維代表著一種普遍的認(rèn)識(shí)和一類普適的技能，每一個(gè)人，不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家，都應(yīng)熱心于它的學(xué)習(xí)和運(yùn)用。計(jì)算思維建立在計(jì)算過(guò)程的能力和限制之上，由人由機(jī)器執(zhí)行。計(jì)算方法和模型給了我們敢于去處理那些原本無(wú)法由任何個(gè)人獨(dú)自完成的問(wèn)題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。計(jì)算思維直面機(jī)器智能的不解之謎：什么人類能比計(jì)算機(jī)做得更好？什么計(jì)算機(jī)能比人類做得更好？最基本的是它涉及這樣的問(wèn)題：什么是可計(jì)算的？今天，我們

2、對(duì)這些問(wèn)題仍是一知半解。計(jì)算思維可以做什么？計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能，不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家。我們應(yīng)當(dāng)使每個(gè)孩子在培養(yǎng)解析能力時(shí)不僅掌握閱讀、寫(xiě)作和算術(shù)(Readingwritingarithmetic3R)還要學(xué)會(huì)計(jì)算思維。正如印刷出版促進(jìn)了3R的普及，計(jì)算和計(jì)算機(jī)也以類似的正反饋促進(jìn)了計(jì)算思維的傳播。計(jì)算思維涉及運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。當(dāng)我們必須求

3、解一個(gè)特定的問(wèn)題時(shí)，首先會(huì)問(wèn)：解決這個(gè)問(wèn)題有多么困難？怎樣才是最佳的解決方法計(jì)算機(jī)科學(xué)根據(jù)堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)來(lái)準(zhǔn)確地回答這些問(wèn)題。表述問(wèn)題的難度就工具的基本能力。必須考慮的因素包括機(jī)器的指令系統(tǒng)、資源約束和操作環(huán)境。為了有效地求解一個(gè)問(wèn)題，我們可能要進(jìn)一步問(wèn)：一個(gè)近似解是否就足夠了，是否可以利用一下隨機(jī)化，以及是否允許誤報(bào)(falsepostive)和漏報(bào)(falsenegative)計(jì)算思維就通過(guò)約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來(lái)困

4、難的問(wèn)題重新闡釋成一個(gè)我們知道怎樣解決的問(wèn)題。計(jì)算思維是一種遞歸思維。它是并行處理。它是把代碼譯成數(shù)據(jù)又把數(shù)據(jù)譯成代碼。它是由廣義量綱分析進(jìn)行的類型檢查。對(duì)于別名或賦予人與物多個(gè)名字的做法，它既知道其益處又了解其害處。對(duì)于間接尋址和程序調(diào)用的做法，它既知道其威力又了解其代價(jià)。它評(píng)價(jià)一個(gè)程序時(shí)，不僅僅根據(jù)其準(zhǔn)確性和效率，還有美學(xué)的考量，而對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還考慮簡(jiǎn)潔和優(yōu)雅。計(jì)算思維采用了抽象和分解來(lái)迎戰(zhàn)龐大的任務(wù)或者設(shè)計(jì)巨大復(fù)雜的系統(tǒng)。它關(guān)

5、注的是分離(SOC方法)。它是選擇合適的方式去陳述一個(gè)問(wèn)題，或者是選擇合適的方式對(duì)一個(gè)問(wèn)題的相關(guān)方面建模使其易于處理。它是利用不變量簡(jiǎn)明扼要且表述性地刻畫(huà)系統(tǒng)的行為。它是我們?cè)诓槐乩斫饷恳粋€(gè)細(xì)節(jié)的情況下就能夠安全地使用、調(diào)整和影響一個(gè)大型復(fù)雜系統(tǒng)(黑箱方法——原編者注)的信心。它就是為預(yù)期的多個(gè)用戶而進(jìn)行的模塊化，它就是為預(yù)期的未來(lái)應(yīng)用而進(jìn)行的預(yù)置和緩存(預(yù)測(cè)執(zhí)行——原編者注)。計(jì)算思維是按照預(yù)防、保護(hù)及通過(guò)冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式從最壞

6、情形恢復(fù)的一種思維。它稱堵塞為“死鎖”，稱約定為“界面”。計(jì)算思維就是學(xué)習(xí)在同步相互會(huì)合時(shí)如何避“只有想不到，沒(méi)有做不到”的境界。數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合。計(jì)算機(jī)科學(xué)在本質(zhì)上源自數(shù)學(xué)思維，因?yàn)橄袼械目茖W(xué)一樣，其形式化解析基礎(chǔ)建筑于數(shù)學(xué)之上。計(jì)算機(jī)科學(xué)又從本質(zhì)上源自工程思維，因?yàn)槲覀兘ㄔ斓氖悄軌蚺c實(shí)際世界互動(dòng)的系統(tǒng)，基本計(jì)算設(shè)備的限制迫使計(jì)算機(jī)學(xué)家必須計(jì)算性地思考，不能只是數(shù)學(xué)性地思考。構(gòu)建虛擬世界的自由使我們能夠設(shè)計(jì)超越物理世界的各

7、種系統(tǒng)。是思想，不是人造物。不只是我們生產(chǎn)的軟件硬件等人造物將以物理形式到處呈現(xiàn)并時(shí)時(shí)刻刻觸及我們的生活，更重要的是還將有我們用以接近和求解問(wèn)題、管理日常生活、與他人交流和互動(dòng)的計(jì)算概念；而且，面向所有的人，所有地方。當(dāng)計(jì)算思維真正融入人類活動(dòng)的整體以致不再表現(xiàn)為一種顯式之哲學(xué)的時(shí)候，它就將成為一種現(xiàn)實(shí)。許多人將計(jì)算機(jī)科學(xué)等同于計(jì)算機(jī)編程。有些家長(zhǎng)為他們主修計(jì)算機(jī)科學(xué)的孩子看到的只是一個(gè)狹窄的就業(yè)范圍。許多人認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)研究已經(jīng)

8、完成，剩下的只是工程問(wèn)題。當(dāng)我們行動(dòng)起來(lái)去改變這一領(lǐng)域的社會(huì)形象時(shí)，計(jì)算思維就是一個(gè)引導(dǎo)著計(jì)算機(jī)教育家、研究者和實(shí)踐者的宏大愿景。我們特別需要走進(jìn)大學(xué)之前的聽(tīng)眾，包括老師、父母、學(xué)生，向他們傳送下面兩個(gè)主要信息：智力上的挑戰(zhàn)和引人入勝的科學(xué)問(wèn)題依舊亟待理解和解決。這些問(wèn)題和解答僅僅受限于我們的好奇心和創(chuàng)造力；同時(shí)一個(gè)人可以主修計(jì)算機(jī)科學(xué)而從事任何行業(yè)。一個(gè)人可以主修英語(yǔ)或者數(shù)學(xué)，接著從事各種各樣的職業(yè)。計(jì)算機(jī)科學(xué)也一樣。一個(gè)人可以主修計(jì)

9、算機(jī)科學(xué)，接著從事醫(yī)學(xué)、法律、商業(yè)、政治，以及任何類型的科學(xué)和工程，甚至藝術(shù)工作。計(jì)算機(jī)科學(xué)的教授應(yīng)當(dāng)為大學(xué)新生開(kāi)一門(mén)稱為“怎么像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思維”的課程，面向所有專業(yè)，而不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生。我們應(yīng)當(dāng)使入大學(xué)之前的學(xué)生接觸計(jì)算的方法和模型。我們應(yīng)當(dāng)設(shè)法激發(fā)公眾對(duì)于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的科學(xué)探索之興趣，而不是悲嘆對(duì)其興趣的衰落或者哀泣其研究經(jīng)費(fèi)的下降。所以，我們應(yīng)當(dāng)傳播計(jì)算機(jī)科學(xué)的快樂(lè)、崇高和力量，致力于使計(jì)算思維成為常識(shí)。個(gè)人體會(huì)