1.1.3　計(jì)算思維概述

人類有三大普適技能：閱讀、寫作、計(jì)算，其中，計(jì)算是人類一直在研究發(fā)展的課題，包括前面介紹的各種計(jì)算工具。但是人的計(jì)算能力是有限的，對(duì)于一些復(fù)雜的問題，人力計(jì)算將花費(fèi)很大的代價(jià)，利用機(jī)器來快速解決計(jì)算問題會(huì)方便很多。計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，使得利用機(jī)器進(jìn)行計(jì)算有了本質(zhì)的變化，從而誕生了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，使得科學(xué)家在計(jì)算思維上進(jìn)行進(jìn)一步研究。

運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想、方法和技術(shù)進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解等一系列思維活動(dòng)就是計(jì)算思維。計(jì)算思維的核心是算法，即為利用計(jì)算機(jī)解決問題而采取的方法和步驟。

例如，一個(gè)農(nóng)夫帶著一只狼、一只羊和一顆白菜，現(xiàn)需要渡河。但是渡河的船只能搭載一個(gè)人和一件物品，只有農(nóng)夫能撐船。不能單獨(dú)留下狼和羊，否則狼會(huì)吃羊，也不能單獨(dú)留下羊和白菜，羊會(huì)吃白菜。請(qǐng)問如何解決？

方法1：　　方法2：

先把羊帶過河　　先把羊帶過河

農(nóng)夫自己返回　　農(nóng)夫自己返回

再把白菜帶過去　　再把狼帶過去

將羊再帶回去　　將羊再帶回去

再把狼帶過去　　再把白菜帶過去

農(nóng)夫自己返回　　農(nóng)夫自己返回

再把羊帶過去　　再把羊帶過去

以上解決問題的方法就是算法。

再例如。求n！。這個(gè)問題我們分析如下：

n！=n×（n-1）！，這實(shí)際上變成了求（n-1）！的問題，依次類推

（n-1）！=（n-1）×（n-2）！

……

2！=2×1！

最后變成了求1！的問題，而1！等于1，反推回去，就可以求出n！問題。

這就是計(jì)算機(jī)解決問題的一個(gè)很有名的算法——遞歸算法?？梢?，計(jì)算機(jī)在解決問題的過程中，往往是將復(fù)雜的問題化為簡(jiǎn)單的問題。

計(jì)算正逐步滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，正在改變科學(xué)家的思考方式。

●計(jì)算生物學(xué)改變生物學(xué)家的思考方式：應(yīng)用數(shù)據(jù)分析及理論的方法、數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來研究生物學(xué)、行為學(xué)，如圖1-18所示。

●計(jì)算博弈理論改變著經(jīng)濟(jì)學(xué)家的思考方式：應(yīng)用計(jì)算技術(shù)分析，建模、決策等方式來研究經(jīng)濟(jì)問題，如圖1-19所示。近年，諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)中70％的獎(jiǎng)項(xiàng)應(yīng)用了計(jì)算思想。

●計(jì)算機(jī)考古學(xué)改變了考古學(xué)家的思考方式，如圖1-20所示。

●計(jì)算改變工作方式：

如數(shù)字化會(huì)議，數(shù)字化辦公，如圖1-21所示。

●納米計(jì)算改變化學(xué)家的思考方式。

●計(jì)算物理學(xué)改變物理學(xué)家的思考方式。

●數(shù)學(xué)機(jī)械化改變數(shù)學(xué)家的思考方式。

●社會(huì)計(jì)算改變社會(huì)學(xué)家的思考方式。

●數(shù)字化醫(yī)療改變了醫(yī)療的診病和治療方式，如圖1-22所示。

●數(shù)字化制造正改變制造業(yè)的制造方式，如圖1-23所示。