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Video课程教案、知识点、字幕

大家好

这一节我们介绍

人类求解问题之过程

面对客观世界中

需要求解的各种问题

在没有计算机之前

或者不借助于计算机

人类是如何求解问题的呢

有了计算机以后

又是如何解决问题的

我们应该对这两种问题求解方法

进行分析与比较

了解各自的特点和差异

以领会计算思维之方法学

本节先归纳总结

人类是怎么求解问题的

问题求解

是一个非常复杂的思维活动过程

不但包括了整个认识活动

而且也渗透了

许多非智力因素的作用

在过程阶段的划分上

存在着不同的观点

但基本上倾向于划分为

这么四个阶段

一 发现问题

正如苏格拉底所说

问题是接生婆

它能帮助新思想的诞生

只有我们意识到问题的存在

产生了解决问题的主观愿望

靠旧的方法手段不能奏效时

人们才能进入解决问题的思维过程

也就是说

发现和提出问题

是解决问题的开端和前提

并能产生巨大的动力

激励和推动人们

投入解决问题的活动之中

历史上

许多重大的发明和创造

都是从发现问题开始的

客观世界的问题五花八门

能否发现和提出重大的

有社会价值的问题

取决于多种因素

比如

你的兴趣爱好

责任感

好奇心

求知欲

知识面

体验和阅历等等

比如

您对天文很感兴趣

想知道宇宙的奥秘

宇宙是怎么起源的

宇宙是怎么构成的

外星球上是否有类人的生物

等等

类似地

您也许想弄明白人类自身的奥秘

比如

智能的机理是什么

人类的寿命如何延长

等等

再比如

你在生产过程中

发现某一个生产环节

特别的耗时费力

也就是生产效率特别低

有没有什么办法可提高生产效率

面对工作

生活和学习

您会发现并提出各种各样的问题来

那么

接下来如何解决这些问题呢

二 明确问题

所谓明确问题就是分析问题

抓住关键

找出主要矛盾

确定问题的范围

明确解决问题方向的过程

一般来说

我们最初遇到的问题

往往是混乱

笼统

不确定的

包括许多局部的和具体的方面

要顺利解决问题

就必须对问题所涉及的方方面面

进行具体分析

以充分揭露矛盾

区分出主要矛盾和次要矛盾

使问题症结具体化

明朗化

比如

要设计制造超高音速飞行器

也就是若干倍的音速

就需要新型冲压发动机

以及高强度

耐高温的新型材料

还需要更先进的控制系统等等

单就发动机而言

又涉及使用什么样的燃料

发动机的工作机理

发动机的输出功率

等等问题

这些问题都需要一一确定下来

三 提出假设

解决问题的关键是

找出解决问题的方案

也就是解决问题的原则

途径和方法

但这些方案常常不是简单地

能够立即找到和确定下来的

而是先以假设的形式产生和出现

科学理论正是在假设的基础上

通过不断地实践发展和完善起来的

提出假设就是根据已有知识

来推测问题成因

或解决的可能途径

假设的提出是从分析问题开始的

在分析问题的基础上

人们进行概略地推测

预想和推论

然后再有指向

有选择地提出解决问题的建议和方案

提出假设就为解决问题

搭起了从已知到未知的桥梁

在这儿

已有的知识经验

直观的感性材料

尝试性的实际操作

创造性的构想等等

都对假设的提出会产生重要的影响

比如

您曾经解决过类似的问题

你就会想

能不能用类似的方法

或者技术来解决这个问题

或者

您凭直觉和灵感

觉得可以用某个方法

和技术来解决这个问题

当然

解决问题的方案有可能不止一种

那么

在若干种方案里面

你优先选用哪一种方案呢

或者说

哪一种方案效果更好呢

这些问题都需要凭借个人

或者团队的知识

能力和经验去做出评估和判断

四 检验假设

所提出的假设是否切实可行

还需要进一步地检验

方法主要有两种

一是实践检验

也就是按照假设去解决问题

再依据结果判断假设的真伪

如果问题得到解决

就证明假设是正确的

否则

假设就是无效的

例如

科学家做科学实验

来检验自己的设想是否正确

人们常到实际生活中去做调查

了解情况

检验自己的设想是否符合实际

这种检验是最根本

最可靠的手段

另一种间接验证的方法

是根据个人掌握的科学知识

通过智力活动来进行检验

也就是根据公认的科学原理

方法进行推理论证

从而在理论上分析

推断自己所设立的假设是否正确

在不能用实际行动

来检验假设的情况下

用这种方法来检验

起着非常重要的作用

比如军事战略部署

证明

对弈

学习等智力活动

常用这种方法来证明假设

当然

任何假设的正确与否

最终还需要接受实践的检验

上面概括了

问题求解过程的四个阶段

我们还可以进一步进行细化

整个过程可用这么一个图来表示

针对这么一个过程

我们略做进一步的说明

一 发现问题

问题可以自己去发现

也可能是别人发现

请您或您的团队来解决

二 定义问题

尽你所能去详细

准确地定义这个问题是什么

它的本质是什么

对于一个复杂的问题

发现它的本质是什么

能够帮助你去找到

最有效的解决方案

三 寻找方案

在一个团队里面

这一步常常需要

以头脑风暴会议的方式来进行

作为个人

你还可以去向别人求助

在寻找方案的同时

对它们进行评估

择优选择几个最优的方案

四 选择决定

评估某个方案被投入实践

会产生的可能结果

选择并确定

一个能产出最佳结果的方案

五 试探实践

采取行动

尝试着去解决问题

以使选定的方案

尽早落实并得到结果

六 检验评估

成功与失败都有可能

如果失败了

就应该重新选择问题的求解方案

如果成功了

也应该评估得到的结果

并获取相关信息

讲了这么些

不妨看一个“实际”一点的例子

面对一个病人

中西医在临床治疗的思维方法上

是不一样的

中医讲究的是人与自然和谐的理念

天人合一

共存于世

注重整体思想

触一物而思全体

比如上病下治

外病内治等等

在治疗过程中

中医注重

病人的实际感受和表现体征

通过望闻问切

对患者给予辩证论治

从而确定治疗方案

并遣方处药

复诊时

临症加减用药

根据病程的转归也可改方给药

即中医在微观上是不断变化的

特别是在一些

疑难杂症和慢性病方面

由于历经千年的校正和验证

形成了很多经方和验方

这就是中医

求解“治病”问题的方法学

如果您感兴趣

您也可以总结一下

西医求解“治病”问题的方法学

这一节就讲到这

谢谢大家

计算思维导论课程列表:

第一单元

-1.1 计算思维及其教育

--Video

第二单元

-2.1 计算是什么

--Video

-2.2 计算与自动计算

--Video

-2.3 计算机及其计算本质特征(I)

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-2.4 计算机及计算的本质特征(II)

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第三单元

-3.1 数的表示与模拟计算

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-3.2 数的表示与数字计算

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-3.3 二进制加法运算的机器化

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-3.4 “九九归一”的加法运算

--Video

-3.5 二进制之优越性及问题与代价

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第四单元

-4.1 从数学危机到图灵机

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-4.2 图灵机的计算能力

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-4.3 什么问题都能计算吗?

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-4.4 冯•诺依曼机及其发展与演化

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-4.5 从算盘到图灵机——机械计算的本质

--Video

-4.6 电子计算机——透过现象看本质

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第五单元

-5.1 思维可机械计算吗(I)

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-5.2 思维可机械计算吗(II)

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第六单元

-6.1 量子理论

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-6.2 量子计算机

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第七单元

-7.1 人类求解问题之过程

--Video

-7.2 基于计算(机)的问题求解过程

--Video

-7.3 面向过程的结构化设计方法学

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-7.4 面向对象之方法学

--Video

-7.5 面向对象技术

--Video

-7.6 抽象

--Video

-7.7 计算学科中的抽象

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-7.8 时间与空间及其相互转换

--Video

-7.9 技术层面的其他方法学

--Video

-7.10 认知层面的其他方法学

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第八单元

-8.1 算法与程序

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-8.2 算法设计方法——枚举

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-8.3 算法设计方法——递推

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-8.4 算法设计方法——递归

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-8.5 算法设计方法——分治

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-8.6 算法设计方法——仿生

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第九单元

-9.1 机器间的通信方式

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-9.2 数据转发方法

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-9.3 网络分层体系结构

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-9.4 有趣的对称加密技术

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-9.5 难解的非对称加密技术

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-9.6 数字签名及其应用

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-9.7 从自然智能到人工智能

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-9.8 符号主义的基本思想

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-9.9 连接主义Ⅰ

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-9.10 连接主义Ⅱ

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-9.11 行为主义的基本思想

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-9.12 机器翻译的愿景与困难

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-9.13 峰回路转的自然语言处理

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-9.14 信息传输中的问题与挑战

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-9.15 重复传输与冗余编码

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-9.16 校验与校验和

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-9.18 自纠错技术及应用

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-9.19 两种简单的数据压缩方法

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-9.20 哈夫曼编码

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-9.21 数据压缩极限与LZ压缩方法

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-9.22 大海捞针的搜索引擎

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-9.23 网页排序方法(PageRank)

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第十单元

-10.1 计算文化

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期末考试

-期末考试--作业

Video笔记与讨论

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