第1章-基于计算机的问题求解.ppt

,大学计算机,课程基本要求,拓宽学生计算机的基础知识面,掌握计算机基本使用技能,提高计算机应用能力,理解算法和程序设计在解决问题过程中的作用，并能实现用算法解决问题,了解,计算思维,的概念，领悟,计算思维,的理念，掌握,计算思维,的方法。,最终目标是培养学生在各专业领域中应用计算机解决问题的意识和能力,2,实验基本要求,对计算机基本理论和概念加深理解,掌握并提高计算机基本应用能力（网络技术基础实验、数据库基础实验）,通过实验和课外操作，掌握计算机基本使用技能,Windows,操作系统的使用,Office,办公软件的使用,3,通过学习和实验，使大家了解计算机、计算机科学和计算机技术的基本概念及应用，培养,计算思维,，学会用计算思维的理念和能力解决问题。,学习内容,计算思维,(Computational Thinking),：,运用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列思维活动。以,表示的形式化,和,执行的机械化,为特点，,抽象,(Abstraction),和,自动化,(Automation),是其本质内容。,关于课程,学习内容,第一章,基于计算机的问题求解,（,2,学时）,第二章,计算机信息数字化基础,（,3,学时,+2,）,第三章,计算机的工作原理与硬件体系结构,（,3,学时,+1,）,第四章,计算机软件平台,（,3,学时,+2,）,第五章,计算机网络平台,（,3,学时,+2,）,第六章,数据处理与数据库,（,3,学时,+2,）,第七章,关于计算,（,1,学时）,第八章,算法与程序设计,（,2,学时,+1,）,第九章,实用软件,（自学,+2,）,第十章,计算机科学前沿技术,（自学）,关于我们的课程,学时：,总学时数：,32,学时,讲授：,20,学时,实验教学：,12+12,（课外）学时,考核：,期末笔试,4,0%,大作业,1,0,%,平时作业,+,考勤,10,%,实验,20,%,(8,个,),Mooc,成绩,20%,7,关于我们的课程,课件做指南，教材做参考,课前预习，确定自己的难点,适当做笔记，不是做复印机,课后做练习，要求真会并思考,多用参考资料（,会找，会看,）,先“跟我来”，再自主,一点建议,学会在于会学,成长在于思考,大学计算机基础,第一章,基于计算机的问题求解,第二章,计算机信息数字化基础,第三章,计算机的工作原理与硬件体系结构,第四章,计算机软件平台,第五章,计算机网络平台,第六章,数据处理与数据库,第七章,关于计算,第八章,算法与程序设计,第九章,实用软件,第十章,计算机科学前沿技术,因特网梅森素数大搜索,梅森素数,：形如,2,n,-1,的素数（记为,Mn,）。,1772,年，瑞士数学大师欧拉通过心算证明了,M31,是素数。通过人工方式找到了,12,个梅森素数。,1952,年，美国数学家鲁滨逊等人通过计算机程序找到了,5,个梅森素数。,1963,年，通过大型计算机找到了第,23,个梅森素数。美国,ABC,广播公司中断节目发布了该消息。,1996,年，美国数学家和程序设计师沃特曼利用网格技术编制了梅森素数计算程序，并发布在网页上供数学家和数学爱好者免费试用，即著名的,GIMPS,项目,。,因特网梅森素数大搜索,GIMPS,项目,世界上有,160,多个国家和地区的近,16,万人参加了该项目，利用,30,多万台计算机联网进行网格计算,该项目的计算能力超过当今世界上任何一台最先进的超级矢量计算机的计算能力，运算速度超过,350,万亿次,2008,年，通过该项目发现了第,46,个梅森素数，该就被评为“,08,年度,50,项最佳发明,”，排名第,29,位。,迄今为止，人类发现了第,48,个梅森素数，最大的梅森素数是,M57885161,，由密苏里大学发现，数字位数超过,1700,万,1.1,问题描述与抽象,1.1.1,问题描述,排课系统、指纹会议签到系统等,社交网络平台（,Twitter,Facebook,微信等）,谷歌搜索引擎、百度搜索引擎,财务管理系统、铁路售票系统、航空售票系统等,不仅是靠计算机技术，而更重要的是靠分析问题、解决问题的能力，本课程我们强调的是,计算思维的能力,科学方法包含了理论方法、实验方法和计算方法。相对应的是科学思维，包括了理论思维、实验思维和计算思维。,1.1,问题描述与抽象,1.1.2,问题抽象,1.,抽象的概念,2.,实际问题的抽象实例,抽象就是把事物的特点从具体实例里面抽取出来，形成一套适合所有实例的框架。,住宅小区在两个楼前面建一个小型花坛，两个楼横向之间的间距为,80,米，从花坛到两个楼之间铺两条小路，请问小路要铺多长？,建立抽象描述方法,建立具体的概念模型,80m,花坛,实际问题的求解方法,若已知,MA,小路的角度是,45,度，,MB,小路的角度是,30,度，那么,30,度所对的直角边为,x,，则,45,度所对直角边为,80-,x,，根据直角三角形的边角关系可得到解。,80m,A,B,M,1.1,问题描述与抽象,问题描述,鸡兔同笼,大约在,1500,年前，我国古代数学名著,孙子算经,有如下问题，今有鸡兔同笼，上有,35,头，下有,94,足，问,鸡兔各几何？,1.1.3,建模与求解,1.1,问题描述与抽象,1.1.3,建模与求解,抽象过程,鸡,x,兔,y,数学模型,分析问题和抽象方法不同，求解的途径就不同,方法：二元一次方程组、假设与置换法等,1.1,问题描述与抽象,1.1.4,面向计算机的问题分析,（,1,）面向计算机的问题抽象,计算机抽象包括：,过程抽象、数据抽象,过程抽象是针对对象的行为特征,例如，操作“鼠标双击、关闭窗口”可抽象为方法,数据抽象就是针对对象的属性,例如，兔子的数据抽象包括,具管状长耳（耳长大于耳宽数倍）、簇状短尾等,1.1,问题描述与抽象,1.1.4,面向计算机的问题分析,（,2,）鸡兔同笼问题的计算机求解,面向计算机的问题分析,-,问题所涉及的参数,-,答案要满足的条件,计算机求解过程,鸡兔数量为,整数，,鸡兔总数为,35,，,鸡兔总脚数为,94,？,根据这个流程图，说明用计算机解决该问题与人的思维解决该问题，有哪些相同与不同之处？,图,1-2,1.1,问题描述与抽象,1.1.4,面向计算机的问题分析,情景问题,1-1,要对,n,阶方程组求解，理论上是可以用行列式的方法求解得，需要计算,n+1,个,n,阶行列式的值，要做的乘法运算是,(,n,！,)(,n-l,)(,n+1,),次。假如,n,取值为,20,，你认为计算机可以做吗？人可以做吗？,思考与练习,1-1,请分析图,1-2,中的“判断是否符合条件”这项操作计算机需要做多少次？,1.1,问题描述与抽象,1.2,基于计算机的问题求解方法,1.3,计算机科学学科的知识领域,第,1,章 基于计算机的问题求解,1.2,基于计算机的问题求解方法,1.2.1,基于计算机软件的问题求解,问题描述,软件名称,问题描述,软件名称,文件与信息下载,讯雷下载,视频制作,影视屏王,文档浏览,HedEx Lite,压缩软件,WinRAR,图像浏览,ACDSee,计算机安全使用,360,杀毒,音频浏览,酷狗音乐播放器,硬盘检测工具,HD Tune Pro,视频浏览,超级解霸,数,学,建,模,Mathematica,图像制作,美图秀秀,电路设计,Protel,三维动画制作,3DS max,机械制图,AutoCAD,，,Pro/E,表,1-1,通用问题与求解问题的相应软件,1.2,基于计算机的问题求解方法,问题：计算机软件能否解决所有问题？,计算机软件不能解决的问题,求梅森素数,鸡兔同笼问题,线性方程组求解问题,平面分割问题,微积分求解问题,1.2,基于计算机的问题求解方法,1.2.2,基于计算机程序的问题求解,1.,求解问题的程序方法,程序主要包含如下两方面信息：,（,1,）对程序中操作的描述,（,2,）对程序中数据的描述,计算机程序求解的关键问题,?,（,1,）可计算，即能够形式化描述；,（,2,）,有限步骤，即,执行有限步之后必须终止,1.2,基于计算机的问题求解方法,1.2.2,基于计算机程序的问题求解,2.,求正弦曲线并打印输出,问题描述,：编写程序，对于,0,到,2,一组确定的,x,值，输出如图所示的,sin(x),函数结果，并以图形的形式打印到计算机屏幕上。,图,1-3,计算机程序方式打印的正弦曲线,2.,求正弦曲线并打印输出,分析问题,（,1,）对于给定的,x,值，调用语言自带的函数，就可得到,sin,x,的结果。,（,2,）问题在输出方式上，计算机屏幕显示的默认位置是从最左边最上行开始，只能进行从上到下，从左到右的行扫描，而且按一个字符站一个位置的方式输出。,求解问题,（,1,）输出图形的形态应该以,x,为行控制，,（,2,）将,x,轴的,0,点定位在屏幕的中间列位置，展开正负函数值；,（,3,）函数值在,-11,之间，需放大一定倍数，从而能显性地表示正弦曲线的振幅。,2.,求正弦曲线并打印输出,程序方案求解问题,（,1,）整个输出图形向右旋转,90,度；,（,2,）由于屏幕列宽为,80,，将函数值为,0,时对应的屏幕选择位置为第,40,列；,（,3,）将函数值的振幅放大,30,倍。,2.,求正弦曲线并打印输出,#define PAI 3.14159,#include,#include,#include,void main()double x;,int y,i,yy;,for(i=1;i80;i+)/*,打印图形的第一行,*/,if(i=40)printf(*);/*i,控制打印的列位置,*/,else printf(-);,printf(n);,for(x=10.0;xy?40:y;/*,下一行要打印的字符总数,*/,for(i=1;i=yy;i+)/*,控制输出图形中的一行,*/,if(i=y)printf(*);/*i,控制打印的列位置,*/,else if(i=40)printf(|);/*,打印中心的竖线,*/,else printf();,printf(n);,getch();,1.2,基于计算机的问题求解方法,1.2.2,基于计算机程序的问题求解,3.,用程序方法求素数,(a),算法描述,(b),求解结果,图,1-4,求素数的计算机程序算法与求解结果,1.2,基于计算机的问题求解方法,问题：计算机软件和计算机程序能否解决所有问题？,计算机软件和程序不能解决的问题,求梅森素数,大规模问题、复杂问题的求解需要多种系统平台支持（硬件、软件、网络等）,1.3,基于,系统的工程,问题求解方法,基于系统的工程问题求解过程分为,5,个必须的步骤：,清晰的陈述问题,描述输入、输出和接口信息,对于多个简单的数据集抽象地解答问题,设计解决方案并将其转换成计算机程序,利用多种方案和数据测试该答案,应用案例：天气预报系统,1.3,基于,系统的工程,问题求解方法,解决思路,天气预报系统采用了,网格计算的方案,。,求解方案,系统包括,5,个模块：卫星接收系统、,WindowsNT/UNIX,服务器、资源网络、应用服务器、客户端。,从计算机的角度看，问题分为三大类：,计算机软件求解的问题,计算机程序求解的问题,计算机系统求解的问题,1.2,基于计算机的问题求解方法,1.3,基于,系统的工程,问题求解方法,思考与练习,1-2,请从网上查找解你所学专业领域的计算机应用系统实例，了解其用途，把这个系统的组成及各部分的功能作简单描述。并思考这个解决的是该领域的什么问题。,1.1,问题描述与抽象,1.2,基于计算机的问题求解方法,1.3,计算机科学学科的知识领域,第,1,章 基于计算机的问题求解,1.3,计算机,科学,的,知识领域,1.,计算机科学,计算机及其周围各种现象和规律的科学,，即研究,计算机系统结构、程序系统（即软件）、人工智能以及计算本身的性质和问题的学科,。,计算机科学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，从抽象的算法分析、形式化语法等等，到更具体的主题，如编程语言、程序设计、软件和硬件等。,地理科学、生命科学、生物科学、历史科学、医学科学,1.3,计算机,科学,的,知识领域,2.,计算机学科,计算机学科就是指计算机科学与技术,，是研究计算机的设计，制造和利用进行信息获取，表示，存储，处理控制等的理论、原则、方法和技术的学科。,计算机学科包括科学和技术两个方面,，计算机科学侧重于研究现象揭示规律；计算机技术则侧重于研制计算机和研究使用计算机进行处理的方法和技术手段。,学术分类,电子信息类：光电信息科学与工程,计算机学科,计算机学科的三大研究方向,计算机系统结构方向,计算机应用方向,计算机软件与理论方向,1.3,计算机,科学,的,知识领域,3.,计算机科学与技术专业的知识领域,计算机科学与技术学科的知识领域,(IEEE/ACM-CCCS),01.,离散结构,(Discrete Structures-DS),02.,程序设计基础,(Programming Fundamentals-PF),03.,算法和复杂性,(Algorithms&Complexity-AL),04.,程序设计语言,(Programming Languages-PL),05.,计算机结构与组织,(Architecture&Organization-AR),06.,操作系统,(Operating Systems-OS),07.,人,-,机交互,(Human-Computer Interaction-HC),08.,图形学与可视计算,(Graphics&Visual Computing-GR),09.,智能系统,(Intelligent Systems-IS),10.,信息管理,(Information Management-IM),11.,以网络为中心的计算,(Net-Centric Computing-NC),12.,软件工程,(Software Engineering-SE),13.,数值计算科学,(Computational Science-CN),14.,社会道德和职业问题,(Social&Professional Issues-SP),1.3,计算机,科学,的,知识领域,3.,计算机科学与技术专业的知识领域,思考与练习,1-3,查阅你本科课程设置，了解与计算机科学与技术知识领域相关的课程有哪些？,实验,实验,1,计算机硬件系统虚拟拆装实验,小结,什么是抽象，如何进行问题抽象？,从计算机的角度看，问题可以分为哪三类？,什么是计算机科学？与计算机学科有何不同？,计算机科学与技术专业的知识领域中哪些内容与我们课程相关？,END OF CHAPTER 1,