计算思维概念(部分)

1.折中
折中思维是指在时间和空间之间、在处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。

典例:微内核操作系统能有效地支持多处理机运行,故非常适用于分布式系统环境。如果将操作系统的所有功能都加进内核却会导致模块性和扩展性变差。但如果把太多的功能移出内核,作为用户线程提供,又会导致操作系统性能的下降。MINIX创始人Andrew S. Tanenbaum 博士谈到,目前所谓的微内核操作系统实际上都是将性能的考虑和设计的优雅性折中得到的产物。
折中思维是培养一种综合各种因素影响,最终达到最好效果的思维能力。在遇到二者或多者不可兼得的情况时,应利用联想、发现,使用折中思维创造性的解决问题。操作系统在设计时,参数选择、算法设计和使用的环境等都需要寻求折中点。观察世界上的著名建筑也会发现,它们大都采用取众家之长的方式创造自己独一无二的风格,这是一种高水平折中。学生在利用联想、发现培养得到的折中思维创造性解决问题的同时,会深刻理解折中思维的内涵。
2.协议
电信、通信协议是一个系统的规则,它允许两个或两个以上的实体通过任何通信系统传输信息变化的物理量。
协议可以实现硬件、软件或两者的组合来实现。
通信系统使用良好定义的格式(协议)用于消息的交换。通信协议必须由当事人约定。协议达成后,有可能发展成为一种技术标准。
一种编程语言描述相同的计算,所以协议和编程语言之间有着类似的比喻:协议是用来通信的,正如编程语言是用来计算。(A programming language describes the same for computations, so there is a close analogy between protocols and programming languages: protocols are to communications as programming languages are to computations.)
3.服务
计算学科一直是面向市场和社会并用最先进的计算机产品服务于市场和社会。

计算学科为服务的工程化、信息化和智能化提供技术和工具以及产品(软件、硬件或集成系统)服务。
计算服务包括与计算技术、计算工程、计算工具中的服务、信息系统服务、e服务等相关的服务和维护。
计算服务思维是人们在接受或从事计算服务中的思考过程以及产生的想法和见解。
4.抽象
抽象思维的本质是运用分析、判断、推理、比较等方式抽取事物本质或共性的思维。
典例:对计算机系统资源的抽象,使用户不必了解下层实现细节。抽象模型层次越高,系统功能就越强。
5.计算模型
计算模型思维是利用计算机等手段刻画计算的抽象的形式化系统或数学系统的思维方式。
在计算科学中,计算模型是指具有状态转换特征,能够对所处理的对象或信息进行表示、加工、变换和输出的数学机器。
典例:图灵机。图灵机是一种十分简单但是运算能力很强的理想计算装置,它描述了一种假想的可实现通用计算的机器。
6.算法
算法(Algorithm)是指解题方案的准确而完整的描述,是一系列解决问题的清晰指令,算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。
也就是说,能够对一定规范的输入,在有限时间内获得所要求的输出。如果一个算法有缺陷,或不适用于某个问题,执行这个算法将不会解决这个问题。不同的算法可能用不同的时间、空间或效率来完成同样的任务。一个算法的优劣可以用空间复杂度与时间复杂度来衡量。
算法也是一种抽象。
7.程序
程序(Program)是为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的命令序列的集合。为实现预期目的而进行操作的一系列语句和指令。
程序也是一种抽象。
8.分解
分解思维是指在项目设计初期对项目整体任务进行自顶向下、逐步求精的思维方式,是进行项目管理有效的方法之一。

计算思维采用了抽象和分解来迎战浩大复杂的任务或者设计巨大复杂的系统。它是关注的分离。它是选择合适的方式去陈述一个问题,或者是选择合适的方式对一个问题的相关方面建模使其易于处理。它是利用不变量简明扼要且表述性地刻画系统的行为。它是我们在不必理解每一个细节的情况下就能够安全地使用、调整和影响一个大型复杂系统的信心。它就是为预期的多个用户而进行的模块化,它就是为预期的未来应用而进行的预置和缓存。
9.重用性
这是软件工程中的一个概念。软件开发的全生命周期都有可重用的价值,包括项目的组织、软件需求、设计、文档、实现、测试方法和测试用例都是可以被重复利用或借鉴的有效资源,可重用性要求做到利用标准化的软件模块快速构建特定的应用系统。

重用性思维,指的是在项目研发中,一方面考虑到该部分为后续项目服务的可能,另一方面复用之前项目中可用的部分,减少工作量,提高工作效率。
10.关联
关联是现象之间的一种联系,只关心现象之间的空间关系和时间关系。
关联研究现象出现的关系主要有两种:一种是空间关系,研究现象之间的位置关系;另一种是时间关系,研究现象之间的次序关系。
关联关系是统计意义上的,一个事件A与另一个事件B关联,是在统计意义上说的。因此当A发生时,未必一定发生B,而是在一定程度上会发生B,这是关联关系与因果关系和逻辑关系最大的区别。

关联思维,即关注事物、现象之间的数据关系以及空间和时间关系。
11.连接
连接思维是指可以利用网络等方式将不同空间的物体连接在一起的思维方法。

12.可视化
1. 可视化(Visualization)是利用计算机图形学和图像处理技术,将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域,成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。目前正在飞速发展的虚拟现实技术也是以图形图像的可视化技术为依托的。
2. 引导技术中,可视化又称为“可视思考/视觉化思考”,是将声音转化为可视的图或文字,便于简化复杂性,以增强研讨过程中的思考。可视化可改善:理解、对话、探索和交流。

可视化思维是利用计算机图形学和图像处理技术等手段,将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来,是数据更加鲜活利于人阅读的思维方式。
13.整合(集成)
整合就是把一些零散的东西通过某种方式而彼此衔接,从而实现信息系统的资源共享和协同工作。其主要的精髓在于将零散的要素组合在一起,并最终形成有价值有效率的一个整体。

集成(integration)就是一些孤立的事物或元素通过某种方式改变原有的分散状态集中在一起,产生联系,从而构成一个有机整体的过程。

应用:EpicCare

14.并行/并发
并行处理思维是一种最大化合理利用资源的思维。
并发处理是并行处理思维的产物,它的出现是不可避免的。

应用:工作中为提高效率,需要在最短的时间内完成所有工作。当一个工作做到中途需要等待时,可先去做其他工作,直至这个工作可继续执行。

另附

计算思维概念:
教指委原始概念(40种):

信息及其表示、编码与解码、校验与纠错、同步、并发、并行、事件、局部性与缓存、折中、协议、服务、抽象、概念模型、实现模型、计算模型、可靠性、安全性、瓶颈、冗余、容错、可计算性、计算复杂性、算法、程序、迭代、递归、数据类型、数据结构、数据组织、分解、复合、重用性、评价指标与基准、检索与索引、信息量(熵)、信息压缩、信息加密、启发式策略、随机策略、性能仿真

我们提出的概念:
关联、连接、可视化、整合(集成)

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About 叶世杰

本科生3年级,在学网络后端,喜欢机器学习。
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