数据结构与算法（Python）| Part 01

数据结构与算法（Python）

课程简介

MOOC课程：

北京大学地球与空间科学学院（陈斌）
2019

课程视频-B站

参考资料：

• 纸质教材：
  《Python数据结构与算法分析 第2版》
  [美] 布拉德利·米勒（Bradley N.Miller），戴维·拉努姆（David L.Ranum） 著，
  吕能，刁寿钧 译，
  人民邮电出版社，2019 。

• 电子资料：
  数据结构与算法Python-中文版-内部教材
  在线英文版教材
  Python3官方中文版文档
  Python3烹饪书
  在线Python代码规范

随堂笔记

概述：数据时代

对应视频-课程章节：P1-1.1

多方位感受科研、生产、生活中的数据。

• 图书：
  《未来简史》 尤瓦尔·赫拉利
  将生命活动理解为数据流传输及处理算法，人类智慧和自由意识也无法例外。

• 电影：
  《Contact》
  导演: Robert Zemeckis
  上映日期: 1997-07-11
  豆瓣评分 8.4

问题求解的计算之道

对应视频-课程章节：P2-1.2

问题：
what why How

问题的解决之道：
感觉、经验
占卜、求神
逻辑、数学、实验
工程、计算
模型、模拟、仿真
哲学

数学：
在人类漫长的发展历史中，数学逐渐成为解决问题的终极工具。人们把已解决的问题逐渐表述为数学命题与模型。
尚未解决的问题：试图通过数学建模，用数学工具解决。
无法解决的问题：试图转换表述、明晰问题来部分解决。

Why？为什么是数学？
数学具有清晰明确的符号表述体系，严密确定的推理系统。
但数学也不是万能的，
有些问题天然无法明确表述（主观、价值观、意识形态、哲学问题等），
有些可明确表述的问题仍然无法解决（留后待述）。

Mathematics is the alphabet in Which God has written the universe. 数学是上帝书写宇宙的文字。

Galileo,Italian astronomer,mathematician and philosopher(1564-1642)

抽象的“计算”概念提出

“能否找到一种基于有穷观点的能行方法，来判定任何一个数学命题的真假”

为解决数学本身的可检验性问题，20世纪20年代，由数学家希尔伯特提出。

基于有穷观点的能行方法

• 由有限数量的明确有限指令构成。
• 指令执行在有限步骤后终止。
• 指令每次执行都总能得到唯一结果。
• 原则上可以由人单独采用纸笔完成，而不依靠其它辅助。
• 每条指令可以机械地被精确执行，而不需要智慧和灵感。

20世纪30年代，关于“计算"的数学模型

• 哥德尔和克莱尼的递归数模型
• 丘奇的Lambda演算模型
• 波斯特的post机模型
• 图灵的图灵机模型

研究证明，这几个“基于有穷观点的能行方法"的计算模型都是等价的。

虽然希尔伯特的计划最终被证明无法实现，因为总有无法证明真假的数学命题。但 能行可计算 的概念成为计算理论的基础。其中的一些数学模型（如图灵机）也成为现代计算机的理论基础。

图灵机计算模型

对应视频-课程章节：P3-1.3

图灵机 TuringMachine

1936年，Alan Turing提出的一种抽象计算模型。

图灵

Alan Mathison Turing(1912.06.23－1954.06.07)
英国数学家、逻辑学家，被称为计算机科学之父，人工智能之父。
第二次世界大战期间曾协助军方破解德国的著名密码系统Enigma，帮助盟军取得二战胜利。
1950年发表论文《计算机器与智能》（ Computing Machinery and Intelligence），为后来的人工智能科学提供了开创性的构思。
提出著名的“图灵测试”，指出如果第三者无法辨别人类与人工智能机器反应的差别， 则可以论断该机器具备人工智能。

电影：
The.Imitation.Game.2014 模仿游戏

图灵机模拟器：Visual Turing