计算思维及分析

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1、计算思维　　2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（JeannetteM.Wing）教授在美国计算机权威期刊《CommunicationsoftheACM》杂志上给出，并定义的计算思维（ComputationalThinking）。周教授认为：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。　　以上是关于计算思维的一个总定义，周教授为了让人们更易于理解，又将它更进一步地定义为：通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问

2、题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法；是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法；是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法（SoC方法）；是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；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方法；是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；是利用海量数据来加快

3、计算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法。　　计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。　　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。　　计算思维最根本的内容，即其本质（Essence）是抽象（Abstraction）和自动化（Automation）。计算思维中的抽象完全超越物理

4、的时空观，并完全用符号来表示，其中，数字抽象只是一类特例。　　与数学和物理科学相比，计算思维中的抽象显得更为丰富，也更为复杂。数学抽象的最大特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性，而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。王飞跃：计算思维与计算文化　　去年3月刚读过卡内基梅隆大学（CMU）Wing教授的《计算思维》（ComputationalThinking）时，一丝共鸣在脑中闪过，但没引起太多的思索。年初去西交大软件学院商谈教学工作时，认为应引入一门面向新生的计算与软件的通识课。讨论

5、中我突然想起“计算思维”，故建议设计一门讲座课，就叫《计算思维与计算文化》。　　这一时的闪念迫使我回头细究Wing的文章，开始感到“计算思维”关系到我们对计算机科学转型与发展的基本认识，意义重大。到了3月，CMU已与微软联合成立“计算思维中心”，而Wing也被聘为美国基金会计算机和信息科学与工程部主任。　　计算机作为一种计算工具出现到今天，已逾半个世纪，如何进一步发展，是我们必须考虑的问题。对此，可在两个层面上思考：一是基本和哲学的，二是需求和现实的。　　在第一个方面，不妨回忆一下计算大师Dijkstra的一句话

6、：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯,从而也将深刻地影响着我们的思维能力。”电动机的出现引发了自动化的思维，计算机的出现催生了智能化的思维。Wing更是把计算机这一从工具到思维的发展提升到与“读、写、算”同等的基础重要性，成为适合于每一个人的“一种普遍的认识和一类普适的技能”。一定程度上，这也意味着计算机科学从前沿高端到基础普及的转型。　　在第二个方面，涉及计算机的发展，看法只能“发散”了，但还是可以再借鉴电动机的例子，说明计算机的问题。一定程度上，电机可视为计算机的“近祖”，因此，一定意义上，其历

7、史和命运之轨迹，也会折射出计算机的历史和命运之轨迹。明天之计算机，是不是就是今日之电机？甚至还不如？因为计算机将更加普遍和普通。明天之计算机系，是不是就是今日之电机系？甚至还不如？因为想教能教计算方法和应用的系远比想教能教电机的系多得多。催生大学计算机系的IBM早已开始鼓吹今天的系将“消失”,并被服务科学系取而代之。此话尽管危言耸听，但发人深省。刚刚兴起的万维学更是希望将人文社会等“软”科学融入计算机科学，利用社会计算，在“虚”的万维空间里开拓出新且有价值的“实”疆域。显然，这将促进实现Wing的目标：“一个人可

8、以主修计算机科学，接着从事医学、法律、商业、政治，以及任何类型的科学和工程，甚至艺术工作。而且，当我们行动起来去改变计算机的社会形象时，计算思维就是一个引导着计算机教育家、研究者和实践者的宏大愿景。”　　两种考虑的结合，或许表明了计算机科学将发生“涅槃”般的重生，而计算思维的提出，就是未来升华的前奏？　　并不是所有学者都认同对计算思维的这种认识。以研发Algol60著名的