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计算机学科概论第02章认识计算机学科资料

第2章 认识计算机学科 2.1 什么是计算机学科 2.2 计算机学科的科学问题 2.3 计算机学科的经典问题 2.4 计算机学科的知识体系 什么是计算 从字源上考察&＃xff1a; 计&＃xff1a;从言从十&＃xff0c;有数数或计数的含义&＃xff1b; 算&＃xff1a;从竹从具&＃xff0c;指计算工具。 《现代汉语词典》对计算的定义&＃xff1a; 根据已知数通过数学方法求得未知数。 什么是计算 直观的计算&＃xff1a;数的加减乘除&＃xff1b;函数的微分、积分&＃xff1b;微分方程的求解&＃xff1b;定理的证明推导等等。 计算的实质&＃xff1a;从一个符号串 f(输入)得出另一个符号串 g(输出)。 数学概念 →普适概念 计算的例子 从符号串“12&＃43;3”变换成符号串“15”——加法计算 符号串“x2”变换成符号串“2x”——微分&＃xff1b; f 表示一组公理和推导规则&＃xff0c;g 是一个定理&＃xff0c;那么从 f 到 g 的一系列变换——定理g的证明&＃xff1b; 符号串 f 代表一个英文句子&＃xff0c;符号串 g 为含义相同的中文句子&＃xff0c;那么从 f 到 g 的变换——英文翻译成中文&＃xff1b; 图灵与巨人计算机 图灵模型 图灵模型 图灵模型 计算与可计算 用图灵模型来计算 构造一个识别符号串ω&＃xff1d;anbn(n≥1)的图灵机 基本思想&＃xff1a;使读写头往返移动&＃xff0c;每往返移动一次&＃xff0c;就成对地对输入符号串ω左端的一个a和右端的一个b匹配并做标记x。如果恰好把输入符号串ω的所有符号都做了标记&＃xff0c;说明左端的符号a和右端的符号b的个数相等&＃xff1b;否则&＃xff0c;说明左端的符号a和右端的符号b的个数不相等&＃xff0c;或者符号a和b交替出现。 用图灵模型来计算 假定n&＃xff1d;2&＃xff0c;输入符号串ω&＃xff1d;aabb 用图灵模型来计算 字母表&＃xff1a;{a, b, B} 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 用图灵模型来计算 从图灵机我们看到了什么&＃xff1f; 图灵机在一定程度上反映了人类最基本的、最原始的计算能力&＃xff0c;它的基本动作非常简单、机械、确定。因此&＃xff0c;有条件用真正的机器来实现图灵机。 程序并非必须顺序执行&＃xff0c;指令中关于下一状态的指定&＃xff0c;实际上表明指令可以不按程序中所表示的顺序执行。这意味着&＃xff0c;虽然程序只能按线性顺序来表示指令序列&＃xff0c;但程序的实际执行可以与表示的顺序不同。 计算的对象、中间结果和最终结果都在带上&＃xff0c;程序则在控制器中。这意味着什么&＃xff1f; 科学与学科 科学是关于自然、社会和思维的发展与变化规律的知识体系&＃xff0c;是由人类在生产活动和社会活动中产生和发展的&＃xff0c;是人类实践经验的结晶。 (1)科学是逐步发展起来的 (2)科学的发展需要某种特殊的方法 (3)科学在不断超越中永无止境地发展 科学与学科 学科本身具有二重含义&＃xff1a; (1)指知识体系或学术分类&＃xff0c;含义较广&＃xff1b; (2)指为培养人才而设立的教学科目。 科学与学科 科学研究是以问题为基础的&＃xff0c;学科是在科学发展中不断分化和整合而形成和发展的&＃xff0c;是科学研究发展成熟的产物。 科学研究发展成熟而成为一个独立学科的标志是&＃xff1a;必须有独立的研究内容、成熟的研究方法、规范的学科体制。 计算机学科的定义 计算机学科是对描述和变换信息的算法过程&＃xff0c;包括对其理论、分析、设计、效率、实现和应用等进行的系统研究。它来源于对算法理论、数理逻辑、计算模型、自动计算机器的研究&＃xff0c;并与存储式电子计算机的发明一起形成于20世纪40年代初期。 计算机学科的特点 计算机学科包括科学和技术两个方面。 科学侧重于研究现象、揭示规律&＃xff1b; 技术则侧重于研制计算机、研究使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。 科学是技术的依据&＃xff0c;技术是科学的体现。 二者高度融合是计算机科学与技术学科的突出特点。 计算机学科是一门科学性与工程性并重的学科&＃xff0c;表现为理论和实践紧密结合的特征。 计算机学科的特点 计算机学科的根本问题 计算机学科的根本问题是&＃xff1a;什么能被(有效地)自动计算。 计算机学科所有分支领域的根本任务就是进行计算&＃xff0c;其实质就是字符串的变换。 计算机学科的符号化特征 计算机学科与其他学科的关系 计算机学科是在数学和电子学基础上发展起来的。 计算机学科的发展也必然受制于其它学科的发展。 计算机学科可以在几乎所有的学科领域&＃xff0c;甚至我们日常生活的各个方面找到应用。 什么是科学问题 科学问题是指一定时代的科学认识主体&＃xff0c;在已完成的科学知识和科学实践的基础上&＃xff0c;提出的需要解决且有可能解决的问题&＃xff0c;它包含一定的求解目标和应答域&＃xff0c;但尚无确定的答案。科学问题具有如下主要特征&＃xff1a; (1)时代性 (2)混沌性 (3)可解决性 (4)可变异性 (5)可待解性 科学问题的提出和解决是任何一个学科持续发展的动力。 计算机学科的科学问