计算思维与人工智能基础电子课件完整版).pptx

计算思维与人工智能基础第1章计算机技术与计算思维基础1.11.2计算机技术计算思维基础了解计算机的发展、分类及应用掌握计算机的特点了解计算思维基本概念学习目标 计算机计算机(电脑电脑)是一种能够是一种能够接收接收信息，并按照存储在其信息，并按照存储在其内部的程序对输入信息进行内部的程序对输入信息进行处理处理，并产生，并产生输出输出结果的高度自动结果的高度自动化的数字电子设备化的数字电子设备第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础1.1计算机技术计算机的诞生计算机的诞生 (1)(1)(1)(1)ENIAC ENIAC（埃尼阿克）（埃尼阿克）世界上第一台电子计算机诞生于世界上第一台电子计算机诞生于世界上第一台电子计算机诞生于世界上第一台电子计算机诞生于19461946年年，美国宾夕法尼亚大学，美国宾夕法尼亚大学，美国宾夕法尼亚大学，美国宾夕法尼亚大学；(2)(2)(2)(2)规模规模规模规模 18000180001800018000多个电子管，多个电子管，多个电子管，多个电子管，170170170170平方米，平方米，平方米，平方米，30303030吨吨吨吨,功率功率功率功率140140140140千瓦；千瓦；千瓦；千瓦；(3)(3)(3)(3)速度速度速度速度 5000500050005000次次次次/秒。

秒1.1计算机技术1.1.1 计算机的发展第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础 70707070多年来发展速度之快大大超出人们的预料：多年来发展速度之快大大超出人们的预料：多年来发展速度之快大大超出人们的预料：多年来发展速度之快大大超出人们的预料：性能、体积、价格、性能、体积、价格、性能、体积、价格、性能、体积、价格、应用领域应用领域应用领域应用领域软件技术和软件产品软件技术和软件产品软件技术和软件产品软件技术和软件产品1.1计算机技术1.1.1 计算机的发展问题：问题：问题：问题：70707070多年来没变的是什么？多年来没变的是什么？多年来没变的是什么？多年来没变的是什么？基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础按照采用的按照采用的按照采用的按照采用的物理元器件物理元器件物理元器件物理元器件,分为四代分为四代分为四代分为四代:（1 1 1 1）第）第）第）第1 1 1 1代（代（代（代（1946194619461946年年年年-1958-1958-1958-1958年）年）年）年）CPU:CPU:电子管电子管电子管电子管 机器语言机器语言机器语言机器语言和和和和汇编语言汇编语言汇编语言汇编语言程序程序程序程序 速度速度速度速度几千几千几千几千次到次到次到次到几万几万几万几万次次次次/秒秒秒秒 应用范围：应用范围：应用范围：应用范围：科学计算科学计算科学计算科学计算1.1计算机技术1.1.1 计算机的发展计算机的分代计算机的分代第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础（2 2）第）第2 2代代（19591959年年-1964-1964年）年）CPU:CPU:晶体管晶体管晶体管晶体管 高级语言（高级语言（高级语言（高级语言（FortranFortran）体积小体积小体积小体积小 速度速度速度速度几十万几十万几十万几十万次次次次/秒秒秒秒 应用范围扩大：应用范围扩大：应用范围扩大：应用范围扩大：科学计算、科学计算、科学计算、科学计算、数据处理数据处理数据处理数据处理1.1计算机技术1.1.1 计算机的发展计算机的分代计算机的分代第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础（3 3）第）第3 3代（代（19651965年年-1970-1970年）年）CPU:SSI、MSI（小、中规模集成电路）小、中规模集成电路）体积更体积更小小 速度速度几十万几十万次次/秒秒几百万几百万次次/秒秒 出现了出现了操作系统操作系统和和数据库管理系统数据库管理系统 应用范围扩大：应用范围扩大：科学计算、数据处理科学计算、数据处理、辅助设计辅助设计、工业控制工业控制等等1.1计算机技术1.1.1 计算机的发展计算机的分代计算机的分代第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础（4 4）第）第4 4代代 （19711971年至今）年至今）CPU：LSI、VLSI（大规模、超大规模集成电路）（大规模、超大规模集成电路）体积体积更小更小 速度速度上千万上千万次次/秒秒数亿亿数亿亿次次/秒秒 软件丰富软件丰富 应用范围扩大：应用范围扩大：各个领域各个领域1.1计算机技术1.1.1 计算机的发展计算机的分代计算机的分代第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础1.处理速度理速度快快2.存存储能力能力强3.自自动处理理 例如：写程序例如：写程序求求1100的和的和4.具有具有逻辑判断判断能力能力 例如：例如：23 or False5.计算精度算精度高高 能能进行行天文数据的天文数据的计算算等等6.通用性通用性强（数数值型型数据和数据和非数非数值型型数据）数据）1.1计算机技术1.1.2 计算机的特点第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础1.1.巨型机巨型机 即超级计算机，采用即超级计算机，采用并行处理并行处理的的体系结构，体系结构，数以万计的数以万计的CPUCPU组成，处组成，处理速度达到每秒理速度达到每秒亿亿次亿亿次以上。

以上按照计算机的性能、作用和价格分为：按照计算机的性能、作用和价格分为：1.1计算机技术1.1.3 计算机的分类如：如：“神威神威太湖之光太湖之光”达达9.39.3亿亿亿亿次次第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础 2.2.大型计算机大型计算机 其其特点特点：通用性强：通用性强、运算速度快、存储容量大、可靠性和安全、运算速度快、存储容量大、可靠性和安全性好、软件丰富等性好、软件丰富等应用应用于：科学计算、银行业务、大型企业管理等于：科学计算、银行业务、大型企业管理等1.1计算机技术1.1.3 计算机的分类第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础3.3.个人计算机个人计算机(微机）微机）台式机台式机和和便携式便携式（笔记本、平板、智能）（笔记本、平板、智能）其特点：其特点：体积小、价格便宜、使用方便、软件丰富等体积小、价格便宜、使用方便、软件丰富等1.1计算机技术1.1.3 计算机的分类第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础4.4.服务器服务器 具有较强计算能力、高速的网络通信和良好的具有较强计算能力、高速的网络通信和良好的多任务多任务处理处理功能。

如：功能如：文件服务器、邮件服务器文件服务器、邮件服务器等等5.5.嵌入式计算机嵌入式计算机 是为特定应用而量身打造的是为特定应用而量身打造的专用计算机专用计算机是将系统和功能软件集成于计算机硬件系统中，即是将系统和功能软件集成于计算机硬件系统中，即把软件固把软件固化在芯片上化在芯片上，其内部的程序一般不能被改动其内部的程序一般不能被改动如：家用电器、汽车的一键启动等如：家用电器、汽车的一键启动等智能化功能智能化功能都是由嵌入式都是由嵌入式计算机完成的计算机完成的1.1计算机技术1.1.3 计算机的分类第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础1.1.科学计算科学计算2.2.数据处理数据处理3.3.生产过程控制生产过程控制4.4.人工智能人工智能 利用计算机模拟人类的智能活动，利用计算机模拟人类的智能活动，机器人就是人工智能研究的综合产物机器人就是人工智能研究的综合产物5.5.计算机辅助系统计算机辅助系统 CADCAD、CAMCAM、CAICAI、CMICMI6.6.通信与网络通信与网络 无机不在网，无网机难存无机不在网，无网机难存7.7.电子商务电子商务8.8.多媒体技术多媒体技术1.1计算机技术1.1.4 计算机的应用第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础 科学思维是人类思维中运用于是人类思维中运用于科学认识活动科学认识活动的部分，是对的部分，是对感性认识材料进行感性认识材料进行加工处理加工处理的方式与途径的理论体系；是对的方式与途径的理论体系；是对各各种科学的思维方法种科学的思维方法的有机整合，是人类的有机整合，是人类实践活动的产物实践活动的产物。

1.2.1 计算思维的定义1.2计算思维基础第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础1.科学思维 1.科学思维 从人类认识世界和改造世界的思维方式出发，科学思维分为：理论思维 以推理和演绎为特征，以数学学科为代表；实验思维 以观察和总结自然规律为特征，以物理学科为代表；计算思维 以设计和构造为特征，以计算机学科为代表1.2.1 计算思维的定义1.2计算思维基础第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础强调推理强调推理强调归纳强调归纳希望自动求解希望自动求解 计计算算思思维维的的研研究究目目的的是是：提提供供适适当当的的方方法法，使使人人们们借借助助现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高目标现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高目标2.计算思维 周以真教授2006年提出的计算思维概念，得到国际广泛认可和使用计算思维计算思维是运用计算机科学的基础概念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一系列思维活动列思维活动计算思维目的：计算思维目的：求解问题求解问题、设计系统设计系统、理解人类行为理解人类行为；第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础1.2.1 计算思维的定义1.2计算思维基础使用的方法：使用的方法：计算机科学的方法。

计算机科学的方法3.3.简单实例简单实例【例例1-11-1】求阶乘（求阶乘（n!n!）计算机中计算机中求求n!n!的方法：的方法：递归递归和和迭代迭代例例 】求求f(x)f(x)在在a,ba,b区间上的积分区间上的积分高等数学中，用高等数学中，用牛顿牛顿-莱布尼兹莱布尼兹公式，公式，计算机中计算机中，使用，使用黎曼积分黎曼积分，计算小区间的面积计算小区间的面积第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础1.2.1 计算思维的定义1.2计算思维基础计算思维是计算思维是概念化思维概念化思维，不是，不是程序化思维程序化思维计算思维是计算思维是根本的技能根本的技能，不是，不是刻板的技能刻板的技能计算思维属于计算思维属于人的思维方式人的思维方式，不是，不是计算机的思维方式计算机的思维方式计算思维是计算思维是思想思想，不是，不是人造物人造物计算思维是计算思维是数学思维和工程思维的互补与融合数学思维和工程思维的互补与融合计算思维面向计算思维面向所有的人、所有的领域所有的人、所有的领域第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础1.2.2 计算思维的特征 （需要在后续的学习过程中慢慢体会和运用）1.2计算思维基础抽抽 象象建模建模（忽略细节），（忽略细节），用符号表示用符号表示自动化自动化模拟模拟（机械地一步一步自动执行抽象出来的模型）（机械地一步一步自动执行抽象出来的模型）【例例1-21-2】哥尼斯堡七桥问题。

哥尼斯堡七桥问题第第1 1章章 计算机技术与计算思维基础计算机技术与计算思维基础1.2.3 计算思维的本质1.2计算思维基础ABDC 计算思维的核心计算思维的核心是是计算思维方法计算思维方法计算思维方法很多，计算思维方法很多，周以真教授具体阐述了以下七大类方法周以真教授具体阐述了以下七大类方法1 1）约简、嵌入、转化和仿真等方法，用来把一个看似困）约简、嵌入、转化和仿真等方法，用来把一个看似困难的问题重新阐释成一个人们。