计算思维

Ying2026-05-12techscience

计算机专业导论笔记,计算机学科处处体现小技巧,但我要学的是一种大思维,如何去设计、构造和应用,而不仅仅是一种编程和算法。

从小白鼠试毒引出计算思维

问题

小白鼠实毒:有1000瓶水,小白鼠只要尝一点带毒的水24小时内就会死亡,至少需要多少只小白鼠才能在24小时内鉴别出哪瓶水有毒?

一些启发:这里觉得难是因为充斥了太多的变量:死或不死、喝或不喝、有毒无毒,变量多的问题就像一团乱麻,生活里一些难题也是这样,甚至更难。因为现实中一些事和人不是0和1,不是非黑即白的,也因此我更喜欢计算机的世界。简单直接,代码写错了,就是run不动,泾渭分明。

背后的思维模式

  • 1000瓶水编号:0-999(这是十进制,无法继续)使用转换思维 :转换成二进制
  • 确立十位二进制的方式表达:运用了递推思维
  • 多种含义用01串表达,这是0和1的思维
  • 同样一串数字可以表达不同的含义,这是理解计算机思维的关键

计算思维是运用科学计算的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。(周以真)本博客在2025年也提到过《computational thinking》

  • 此外,这道题如果用二分法求解,时间不够,因为这是串行使用,如果是并行使用二分法,完全可以。(串行并行也是一种计算机思维))
  • 这里也涉及到符号变换、逻辑推理思维。

计算机的理论模型:图灵机

图灵和图灵机

Alan Turningopen in new window 于1937年发表论文,提出图灵机模型概念;后来冯诺伊曼根据此概念设计出世界上第一台电子计算机;

1950年,Turning 发表了划时代文章《机器能思考吗》,成为人工智能的开山之作;

1966年,计算机界设计最高荣誉奖:图灵奖。

图灵机基本操作 & 计算概念

什么是计算?图灵的观点

计算是计算者(人或机器)对一条两端可无限延长的纸带上的一串0或1,执行指令,一步一步地改变纸带上的0或1,经过有限步骤最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程

以上,也是关于数据、指令、程序及程序/指令自动执行的基本思想。

基本操作如下: