1.4 计算思维概述思维是指人脑对客观事物本质属性和内部规律的间接或概括的反映过程。科学思维通常是指理性认识及其过程，即经过感性阶段获得的大量材料，通过整理和改造，形成概念、判断和推理，以便反映事物的本质和规律。人们在科学研究过程中采取的各种手段和途径叫科学方法。科学界一般认为，科学方法分为理论、实验和计算三大类。理论科学、实验科学和计算科学作为科学发现三大支柱， 正推动着人类文明进步和科技发展，该说法已被科学文献广泛引用。与三大科学方法相对应的是人类认识世界和改造世界的三大科学思维，即理论思维、 实验思维和计算思维， 这三种思维基本涵盖了目前为止科学思维的全部内容，见表1.6 。表 1. 6 科学思维的分类科学思维类别说明理论思维又称逻辑思维，以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。理论思维支撑着所有的学科领域，定义是灵魂，定理和证明是精髓，公理化方法是思维方法。实验思维又称实证思维，以观察和总结自然规律为特征，以物理学科为代表。实验思维往往需要借助于特定设备获取数据以供分析。计算思维又称构造思维，以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。计算思维研究的目的是提供适当的方法，使人们借助现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高目标。诸如模式识别、决策、优化和自控等算法都属于计算思维范畴。(1) 计算思维概念2006 年 3 月，美国卡内基· 梅隆大学计算机科学系周以真教授提出：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。计算思维强调的抽象和构造、 可解，强调用自动方式逐步求解。对于上述定义需要强调以下三点。① 求解问题中的计算思维利用计算手段求解问题的过程是：首先要把实际的应用问题转换为数学问题，然后建立模型、设计算法和编程实现，最后在实际的计算机中运行并求解。前两步是计算思维中的抽象，后两步是计算思维中的自动化。② 设计系统中的计算思维任何自然系统和社会系统都可视为一个动态演化系统，演化伴随着物质、 能量和信息的交换， 这种交换可以映射为符号变换， 使之能用计算机实现离散的符号处理。当动态演化系统抽象为离散符号系统后，就可以采用形式化的规范来描述，通过建立模型、 设计算法和开发软件来揭示演化的规律，实时控制系统的演化并自动执行。③ 理解人类行为中的计算思维计算思维是基于可计算的手段， 以定量化的方式进行的思维过...
