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  • 如何用计算机思维解决问题

    千次阅读 2017-12-30 16:42:29
    清华大学计算机系的史元春教授谈了她对计算机思维的理解:  史教授讲,计算机思维是在学习和应用计算机科学理论和技能的过程中,所体验和获得的思想方法和做事方法。  它分为三层次:  首先是宏观层面,包括对...

    清华大学计算机系的史元春教授谈了她对计算机思维的理解:

        史教授讲,计算机思维是在学习和应用计算机科学理论和技能的过程中,所体验和获得的思想方法和做事方法。

        它分为三层次:

        首先是宏观层面,包括对“可计算”这个思想的理解,也就是如何使用计算机这个工具,将虚拟世界处理问题的方法变成解决现实生活中的各种实际问题的方法。换句话说,计算机思维需要你针对现实生活中的问题找到计算机的解决策略

        无论是Google让计算机下围棋,还是实现计算机开车,都首先要将现实生活中的问题和虚拟世界的问题对应。

       

        接下来是“中观”层面,在有限资源的情况下做到全局最优。要理解中观,一个很好的例子就是计算机的操作系统。

        任何操作系统都要求按照各项任务的优先级和可使用的资源,设计出调配资源、让计算机各部分协同工作的方法,并且对于各种任务进行整体优化。一个好的操作系统,不是做某一件事特别好,而是在资源有限的情况下整体上让人感觉特别流畅,比如苹果系统就是如此。(个人:其实这和数据仓库或数据平台很类似,在有限的资源下,如何优化调度,协同任务,最后达到资源的最优利用。)

      

         第三层是微观,合理组织和利用资源,凡事留有余地。这才涉及到具体技能,但还不是简单的编程等技能,而是这样几个方面:

        a)设计出计算机内部整理和查找信息的技能。

              计算机内外的各种资料都要合理地编号存储,然后根据编号来访问,要有合理的编号方案,以及与其配合的高效率访问算法,这是实现计算机各种应用好坏的关键。(个人理解:这其实就是构建一个好的框架总的思路)

        b)缓存。凡事要留有余量,很多时候要预先准备好数据和程序,这就是缓存。


        至于编号程序,史教授认为这是计算机从业者所必须掌握的,属于“雕虫小技”。

      


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  • 计算机思维

    千次阅读 2019-03-19 15:33:30
    它分为三个层次:首先是宏观层面,包括“可计算”这个思想的理解,也就是如何使用计算机这个工具,将虚拟世界处理问题的方法变成解决现实生活中的各种实际问题的方法。换句话说,计算机思维需要你针对现实生活中的...

    计算机思维是在学习和应用计算机学科理论和技能的过程中,所体验和获得的思想方法和做事方法。
    它分为三个层次:
    首先是宏观层面,包括对“可计算”这个思想的理解,也就是如何使用计算机这个工具,将虚拟世界处理问题的方法变成解决现实生活中的各种实际问题的方法。换句话说,计算机思维需要你针对现实生活中的问题找到计算机的解决策略。
    无论是 Google 让计算机下围棋,还是实现计算机开车,都首先要将现实生活中的问题和虚拟世界的问题对应。《数学之美》一书中讲的内容,都在这个层面。
    接下来是“中观”层面,“中观”这个词是史元春教授发明的。要理解中观,一个很好的例子就是计算机的操作系统。
    任何操作系统都要求按照各项任务的优先级和可使用的资源,设计出调配资源、让计算机各部分协同工作的方法,并且对于各种任务进行整体优化。一个好的操作系统,不是做某一件事特别好,而是在资源有限的情况下整体上让人感觉特别流畅,比如苹果的操作系统就是如此。
    接下来,举一个比较学术化的例子,就是计算机科学中的递归原理。它将大事分解、从小事做起,步步干净利落、自顶向下设计,再自下而上回归,非常具有美感。
    为了便于你理解递归,我不妨举这样一个例子。如果想管理好一个公司该怎么做?这家公司的 CEO 只要管理好手下几个副总裁就可以了。
    那么副总裁该怎么做?只要用同样的方法管理好自己事业部下面几个总监就可以了,类似地,总监管理好经理,经理管理好一线员工。CEO 不必操心怎样管每一个员工。我个人也觉得,递归是计算机科学的精髓所在。
    第三个层面是微观。这才涉及到具体技能,但还不是简单的编程等技能,而是这样几个方面:
    a)设计出计算机内部整理和查找信息的技能(addressing)。
    计算机内外的各种资源都要合理地编号存储,然后根据编号来访问,要有合理的编号方案,以及与其配合的高效率访问算法,这是实现计算机各种应用好坏的关键。在生活中,它等同于我们处理各种事情的条理性。
    b)缓存。凡事要留有余量,很多时候要预先准备好数据和程序,这就是缓存。这样当大事当前时,能有所准备,有空间回旋。
    至于编好程序,这是计算机从业者所必需掌握的,属于“雕虫小技”。
    总结一下,就是这样三句话:
    1. 宏观:找到现实世界和虚拟世界的对应;
    2. 中观:在有限资源的情况下做到全局最优;
    3. 微观:合理组织和利用资源,凡事留有余地。

     

    计算机思维是全方位的,不太可能用一两句话概括。简单地讲,需要处理好这样七对关系:
    1. 大和小

    2. 快和慢
    人的进化是很慢的,每个世纪只有百分之几,总体来讲经济和社会的发展也是比较慢的,每年最多几个百分点。因此,人本身并不适应非常快速的发展变化。但是,计算机本身的发展是18个月翻一番,大约相当于10年增加100倍,在智能时代,人的思维要适应这种快速变化。
    3. 多维度和单一维度
    从总体上来讲,人脑是线性处理事务的,看问题常常是一个角度,也没有能力把很多角度综合起来。但是,计算机有这个能力,因此占到了多维度的便宜。
    4. 网络和个体
    人的思维是个体行为,作决定彼此不干扰。这有好的一面,但是也难以集中很多人的智慧,产生叠加的效果。事实上,群体智慧的简单叠加甚至不如个人的智慧。但是人工智能是建立在网络效应基础上的,它是通过很多彼此联系的计算机共同协作工作而产生的。
    5. 自顶向下和自底向上
    自顶向下做事这一点是计算机的精髓,而人更适合自底向上。在一个组织内,自底向上的做事方式更容易激发群体的积极性,但是容易造成资源的浪费。这一点以后我会专门举例说明。
    6. 全局和局部
    人做事情时,限于自己的认知,通常得到的是局部最佳,失去对全局的优化的可能性。由于计算机有处理大数的能力,以及是自顶向下的做事方式,更容易得到全局最佳。这一点在 AlphaGo 和人对弈时表现得淋漓尽致。
    7. 成本和表现
    人很多时候喜欢强调对错,喜欢追求绝对的公平,喜欢要求最好的结果。但是,从工程的角度讲,好和坏,只是在固定成本下相对的表现。计算机里面无论是软件设计,还是硬件设计,都是在平衡性能和成本的关系。
    此外,掌握计算机思维,还需要理解下面两个原则:
    一、等价性原则
    很多时候,一个较难的问题 A 和相对容易的问题 B 是等价的。但是人类常常容易给什么问题就解决什么问题,给了 A 就解决 A,尽管它很难。而计算机则会试图解决等价,但是却更简单的问题。
    二、模块化原则
    我们在生活中,做一个桌子,或者一个椅子,会直接去做。而在计算机的世界里,永远是先制作几个非常简单,能够大量复制的乐高积木块,然后用很多这样简单的模块,搭出复杂的桌子和椅子。

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  • ❞首先应用层要有个大概了解,「思维导图」是个不错工具,废话不说,上图!网络应用模型网络应用程序运行在处于网络边缘不同端系统上,在各种端系统上组织方式和他们之间关系。目前流行有两种:客户/...

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    应用层

    已同步微信公众号:乐享Coding,期待你的关注!

    ❝ 应用层是计算机网络体系结构的「最顶层」,是设计和建立计算机网络的最终目的,也是计算机网络中发展最快的部分。

    首先对应用层要有个大概了解,「思维导图」是个不错的工具,废话不说,上图

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    网络应用模型

    网络应用程序运行在处于网络边缘的不同的端系统上,在各种端系统上的组织方式和他们之间的关系。目前流行的有两种:

    客户/服务器(C/S)方式

    应用 :万维网www,电子邮件,文件传输FTP等。

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    服务器:提供计算服务的设备

    • 永久提供服务
    • 固定的IP地址,端口号(http 80)
    • 永久性访问地址域名

    客户端:请求服务的主机

    • 与服务器通信,使用服务器提供的服务
    • 间歇性接入网络
    • 可能使用动态IP

    对等(peer-to-peer,P2P)方式

    在P2P方式中,没有「固定」的服务请求和服务提供者,分布在两端的应用进程是对等的,称为对等方,对等方相互之间直接通信。

    应用:P2P文件共享,即时通信,P2P流媒体

    DNS域名系统

    由于IP地址「难以记住」,因此采用域名的方式方便记忆,因特网采用「层次树状结构」的域名结构,分为「顶级域名TLD」「二级级域名」「三级域名」,「(四级域名)」

    http://www.baidu.com 从右到左为顶级域名,二级域名,三级域名,中间以点 . 隔开!

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    根域的 DNS 服务器信息保存在互联网中所有的 DNS 服务器中。这样⼀来,任何 DNS 服务器就都可以找到并访问根域 DNS 服务器了。 因此,客户端只要能够找到任意⼀台 DNS 服务器,就可以通过它找到根域 DNS 服务器,然后再⼀路顺藤摸瓜找到位于下层的某台⽬标 DNS 服务器。

    DNS域名解析

    • 「主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。」

    递归查询简单来说是「指路加带路」,问一个人路,他不知道会亲自找上一级,上一级不知道会亲自找上上一级,直到返回结果。

    • 「本地域名服务器向根域名服务器的查询的迭代查询。」

    迭代查询简单来讲「只指路不带路」,问一个人路,问一个人路,他不知道会通知你找他的上一级,上一级不知道会通知你找他的上上一级,直到返回结果。

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    Email电子邮件

    电子邮件是因特网上最早流行的一种应用,系统采用「C/S」方式,主要由三部分构成:

    「用户代理」:用户与电子邮件的接口,电子邮件客户端的软件!

    「邮件服务器」:因特网上所有的ISP都是邮件服务器,其功能是发送和接收邮件,同时负责维护用户的邮箱。

    「邮件传输协议」:邮件传输所遵循的协议如SMTP.

    图解电子邮件的整个过程:

    7d2d946f502dd453f9ebd821db3e82fe.png

    SMTP的局限性:只能传输ASCII码文本数据。图片视频音频这些超文本和中文日文等都不能传输。因此提出了MIME.

    「图解如下:」

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    「邮件读取协议」

    • POP3(110) :只允许用户下载并保留和下载并删除邮件,并不能在线管理邮件。(如分类邮件,创建文件夹)
    • IMAP4(143):用户可以操控邮件服务器的邮箱,实现了在邮件服务器管理邮件。

    目前,一般常用的是基于web的电子邮件

    图解如下:

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    WWW万维网

    万维网是一个「大规模的、联机式」的信息储藏所,是运行在因特网上的分布式应用。万维网利用网页之间的「超链接」将不同网站的网页链接成一张逻辑的信息网。

    *URL(统一资源定位符URL)*来指明因特网上任何种类“资源”的位置。

    组成:<协议>://<主机>:<端口号></路径>

    举例https://www.baidu.com:443/index.html

    文档:HTML,CSS,JAVASCRIPT

    HTTP协议:

    ❝ 定义了浏览器(客户端进程)怎么向万维网服务器请求万维网文档,以及万维网服务器如何把万维网文档传给浏览器,是因特网上应用最为广泛的一种网络传输协议。

    图解如下:

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    「HTTP/1.0」:采用非持续连接的方式,每次浏览器请求一个文件都要与服务器建立TCP连接,当收到响应后关闭连接。这当然会造成请求多个对象(如图片)就会连接多次,每一次都会花费2RTT的时间。

    「HTTP/1.1」:采用持续连接的方式,服务器在发送响应报文后仍保持连接,只要文档在同一浏览器,就只需建立一次连接。除此之外,又采用了流水线方式,即浏览器收到服务器的响应报文后可一次发多个请求报文。

    「报文格式」:HTTP是「面向文本」的,其中报文中每一个字段都是「ASCII码串」,并且每个字段的长度都是「不确定」的。

    请求报文实例

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    响应报文实例

    HTTP/1.1  200  OK
    Keep-Alive:timeout=10,max=500
    Connection:keep-alive
    Content-Type: text/html; charset=utf-8
    

    两种报文基本格式

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    1efef620d1276ad8746a328c65ce5299.png

    响应报文状态码

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    请求方法

    最常用的是GETPOST方法

    「Get ⽅法」:请求从服务器获取资源,这个资源可以是静态的⽂本、⻚⾯、图⽚视频等。这种请求方式是「安全幂等」的,即不会改变服务器的文档内存。

    「幂等的含义」:多次执⾏相同的操作,结果都是相同的。

    「POST⽅法」则是相反操作,它向 URI 指定的资源提交数据,数据就放在报⽂的 body ⾥。例如留言功能,需要添加数据,所以是「不安全且不幂等」

    根据 HTTP 标准,HTTP 请求可以使用多种请求方法。

    • HTTP1.0定义了三种请求方法:GET, POST和 HEAD方法。
    • HTTP1.1新增了六种请求方法:OPTIONS、PUT、PATCH、DELETE、TRACE和CONNECT方法。

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    HTTP缺点:

    • 无状态(即不会保存数据在服务器,无法记录用户数据)
    • 不安全(因为是面向报文,明文传输,很容易别识别,因此推出了https,进行了加密)

    万维网利用服务器Cookie封装用户信息附加在响应报文中,弥补HTTP的缺点,但因为是保存在客户端,因此会产生安全问题,这里不在延申。Cookie只是最简单的解决无状态的一种方法。

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    FTP文件传送协议

    FTP是因特网上使用的最广泛的「文件传送协议」。(尤其用于批量传输文件)

    其优势是屏蔽了各计算机系统的细节适用于异构网络中「任意计算机之间传送文件」

    Windows系统可下载第三方FTP服务器将主机作为FTP服务器,客户端可使用第三方的FIP客户工具软件,无需记住FTP客户端工具命令,操作简便!

    图解FTP过程:

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  • 理解的计算思维

    2018-07-01 12:32:42
    通过这些天阅读美国卡内基-梅隆大学(CMU )周以真(Jeannette M.Wing)教授所撰写的《计算思维(Computational Thinking)》、中科院王跃飞教授所...我计算思维有了一定的了解,同时也有了自己对于计算思维的理解
  • 传统大学计算机公共课程强调计算机“工具性”,旨在提高学生操作技能和解决生活中特定问题能力。... 研究表明,针对计算机思维能力培养计算机基础课程提高学生创新能力和综合素质具有重要作用。
  • 计算思维的一些认识

    千次阅读 2018-07-11 13:28:00
    计算思维的本质是抽象...计算思维是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。 2.计算思维的本质 从操作层面上讲,计算就是如何寻找一台计...

    计算思维的本质是抽象(Abstract)和自动化(Automation)。它反映了计算的根本问题,即什么能被有效的自动进行。计算是抽象的自动执行,自动化需要某种计算机去解释抽象。

     

    1. 计算思维的定义

    计算思维是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。

     

    2计算思维的本质

    从操作层面上讲,计算就是如何寻找一台计算机去求解问题,隐含地说就是要确定合适的抽象,选择合适的计算机去解释执行该抽象,后者就是自动化。

    计算思维中的抽象完全超越物理的时空观,可以完全用符号来表示,其中,数字抽象只是一类特例。与数学相比,计算思维中的抽象显得更为丰富,也更为复杂。数学抽象 的特点是抛开现实事物的物理、化学和生物等特性,仅保留其量的关系和空间的形式,而计算思维中的抽象却不仅仅如此。堆栈是计算学科中常见的一种抽象数据类型,这种数据类型就不可能像数学中的整数那样进行简单的相“加”。算法也是一种抽象,也不能将两个算法简单地放在一起实现一种并行算法。

    抽象层次是计算思维中的一个重要概念,它使人们可以根据不同的抽象层次,进而有选择的忽视某些细节,最终控制系统的复杂性。在分析问题时,计算思维要求将注意力集中在感兴趣的抽象层次或其上下层,还应当了解各抽象层次之间的关系。

    计算思维中的抽象最终是要能够机械的一步一步自动执行。为了确保机械的自动化,就需要在抽象过程中进行精确和严格的符号标记和建模,同时也要求计算机系统或软件系统生产厂家能够向公众提供各种不同抽象层次之间的翻译工具。

    计算思维建立在计算过程的能力和限制之上,由人由机器执行。计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由个人独立完成的问题求解和系统设计。

     

    3.计算思维的关键内容

    当我们必须求解一个特定的问题时,首先会问:解决这个问题有多么困难?怎样才是最佳的解决方法?当我们以计算机解决问题的视角来看待这个问题,我们需要根据计算机科学坚实的理论基础来准确地回答这些问题。同时,我们还要考虑工具的基本能力,考虑机器的指令系统、资源约束和操作环境等问题。
     
    为了有效地求解一个问题,我们可能要进一步问:一个近似解是否就够了,是否有更简便的方法,是否允许误报和漏报?计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法,把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问题。
     
    计算思维是一种递归思维,是一种并行处理。它可以把代码译成数据又把数据译成代码。它是由广义量纲分析进行的类型检查。例如,对于别名或赋予人与物多个名字的做法,它既知道其益处又了解其害处;对于间接寻址和程序调用的方法,它既知道其威力又了解其代价;它评价一个程序时,不仅仅根据其准确性和效率,还有美学的考量,而对于系统的设计,还考虑简洁和优雅。计算思维是一种多维分析推广的类型检查方法。
     
    计算思维采用了抽象分解来迎接庞杂的任务或者设计巨大复杂的系统,它是一种基于关注点分离的方法(Separation of Concerns,简称SOC方法)。例如,它选择合适的方式去陈述一个问题,或者选择合适的方式对一个问题的相关方面建模使其易于处理;它是利用不变量简明扼要且表述性地刻画系统的行为;它是我们在不必理解每一个细节的情况下就能够安全地使用、调整和影响一个大型复杂系统的信息;它就是为预期的未来应用而进行数据的预取和缓存的设计。
     
    计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维。例如,对于“死锁”,计算思维就是学习探讨在同步相互会合时如何避免“竞争条件”的情形。
    计算思维利用启发式的推理来寻求解答,它可以在不确定的情况下规划、学习和调度。例如,它采用各种搜索策略来解决实际问题。计算思维利用海量数据来加快计算,在时间和空间之间,在处理能力和存储容量之间进行权衡。例如,它在内存和外存的使用上进行了巧妙的设计;它在数据压缩与解压缩过程中平衡时间和空间的开销。
     
    计算思维与生活密切相关:
        当你早晨上学时,把当天所需要的东西放进背包,这就是“预置和缓存”;当有人丢失自己的物品,你建议他沿着走过的路线去寻找,这就叫“回推”;在对自己租房还是买房做出决策时,这就是“在线算法”;在超市付费时,决定排哪个队,这就是“多服务器系统”的性能模型;为什么停电时你的电话还可以使用,这就是“失败无关性”和“设计冗余性”。由此可见,计算思维与人们的工作与生活密切相关,计算思维应当成为人类不可或缺的一种生存能力。
     
    计算机科学是计算的学问,它研究什么是可计算的,怎样去计算。计算机科学不是计算机编程,像计算机科学家那样去思维意味着远不止能为计算机编程,还要求能够在抽象的多个层次上思维。
     
     
    4. 计算思维的期望
     计算思维是每个人的基本技能,不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术(Reading, wRiting, and aRithmetic--3R),还要学会计算思维。
     
     
     
     
     *****************************
     *** Keep learning and growing. ***
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    转载于:https://www.cnblogs.com/gangle/p/9293997.html

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  • 全国计算机二级C语言思维导图,C语言结构及各部分关系进行了较详细整理,有助于C语言相关知识系统理解
  • 表格思维理解对象

    2019-08-27 10:22:38
      数据是指客观事件进行记录并可以鉴别符号,是客观事物性质、状态以及相互关系等进行记载物理符号或这些物理符号组合。它是可识别、抽象符号。   在计算机科学中,数据是指所有能输入到计算机...
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  • 编译原理的理解

    2019-10-04 08:40:53
    1.编译原理是什么?在我看来这是在计算机学科中重要一门专业课,这编译器方面产生原理以及技术能力,...这不仅可以开阔我们的思维,而且以后工作有一定帮助。 转载于:https://www.cnblogs.com/04JC/p/58...
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  • C++面向对象的编程的理解

    千次阅读 2019-01-16 18:05:06
    面向对象方法历经了30多年研究和...长期以来,人与计算机之间仍存在着较大隔阂,人认识问题时认识空间和计算机处理问题时方法空间不一致,而面向对象技术有助于减小这一隔阂、并使这两个空间尽量趋于一致...
  • 面向对象的理解

    2012-06-04 15:46:39
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空空如也

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对计算机思维的理解