深入学习《大学计算机》系列之第1章 1.1节——基于计算机的问题求解

一.欢迎来到我的酒馆

        第1章 1.1节，基于计算机的问题求解。

二.本章导学

        这是一个系列教程，主要向大家介绍《大学计算机》这门课的内容。最近有时间，决定把计算机的基础知识地毯式地扫一遍，一来巩固自己的计算机基本功，二来扩展自己的计算机知识吧。。。博主在网上看视频教学，然后根据自己的理解整理出了这个系列教程。零基础也可以学习，如果你学过一定的初级计算机知识，或者掌握一些计算机的基本操作和应用技能，将有助于深入理解。
        深入学习。。。算是一个标题党吧。。。现在的技术博客，书籍在开头动不动就加上深入浅出。。。深入学习。。。一文秒懂。。。博主也借用这些标题，整理出一套计算机基础知识。内容讲的深不深姑且先放在一边，重点加深对计算机基础知识的理解，为后面的开发工作带来便利。如果我们做开发工作，直接学习开发语言的话不是更快？想做前端开发就学习html+css+javascript，想做后端开发学习php，java，python 等，为什么非得去研究计算机的基础？？其实，无论是在校老师，还是技术大牛一般都会强调基础学习。而且技术大牛都有一个共同的特点，那就是他们的基础知识都很扎实，对技术既有广度，也有深度的理解。包括在一般的技术面试都会问道一些基础问题。所以，我们应当重视理论基础学习。
        《大学计算机》这门课程是我们刚上大学就会接触到的一门计算机通识课程，类似的还有《大学计算机基础》、《计算机应用基础》、《计算机文化基础》和《信息技术基础》等课程。大学计算机是学习计算机的入门课程，重点介绍了计算机的基础知识，还可以帮助我们了解计算机的工作原理，理解计算思维。大学计算机更强调 “概念、系统和计算”，而不是传统 “应用基础” 课程中的工具软件。

1.现如今计算机的应用领域

        在如今的信息时代，计算机应用五花八门，计算机技术在现实生活中的应用变得越来越广泛。特别是在数字信息时代的背景下，人们的生活点滴和工作都对计算机有着巨大的依赖。下面，是我找的一组关于计算机应用的图片：

• 普适计算。普适计算也叫遍布式计算、泛在计算，最早起源于1988年，它使得人们可以随时随地的获取信息和服务。普适计算是一个涉及研究范围很广的课题，包括分布式计算、移动计算、人机交互、人工智能、嵌入式系统、感知网络以及信息融合等多方面的技术融合。
  

• 高性能计算。高性能计算是指将多个计算节点组织起来，通过网络连接，进行协同工作，组成一台性能更强大的计算机。通常指具有极快运算速度、极大存储容量、极高通信带宽的一类计算机。高性能计算能够让整个计算机集群为同一个任务工作，以更快的速度来解决一个复杂问题。
  

• 云计算。云计算（Cloud computing）是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享软硬件资源或信息资源，然后按需的提供这些资源给其它设备。通俗的说，云计算是一种模式，它可以使得我们使用计算机资源就像使用水、电、煤气等资源一样按照使用量付费的一种模式。这种模式可以让我们更快捷、更方便的使用计算机资源。
  

• 大数据。大数据（Big data）指规模庞大且复杂的数据集合。随着科技的发展和互联网的普及，我们每天都在产生海量的数据，这些数据来自各个领域，包括社交媒体、电子商务、医疗健康、金融等等。大数据的兴起带来了巨大的机遇和挑战，大数据的意义在于它能够帮助我们从庞杂的数据中提取有价值的信息和洞见。
  

• 可穿戴计算。可穿戴计算（Wearable computing）和普适计算是一脉相承的，可穿戴计算正将普适计算的理念 “穿戴” 在我们身上。可以这么理解，普适计算包含了可穿戴计算。如果说大数据、云计算这些应用看不见、也摸不着，那可穿戴设备不可能视而不见，如谷歌眼镜，智能手表，可穿戴健康监测设备等，这些可穿戴设备正改变着我们的生活。可穿戴设备的特点是可直接穿戴在身上，优点是具有很好的便携性。
  

2.学什么

        介绍了这么多关于计算机的应用，那么《大学计算机》这么课程主要学什么呢？下面是总结的内容：
        （1）原理概念
        （2）支撑平台
        （3）信息处理
        （4）计算文化

3.怎么学

        《大学计算机》第1章讲的是基于计算机的问题求解，不需要刻意去背什么，只需要了解计算机科学的概貌，了解计算机与你的关联是什么。本章主要是一些基本概念，建议的学习方法：
        （1）阅读。结合应用背景查阅大量资料并认真阅读。
        （2）扩展学习。问题导入、推荐读物实验书中练习与思考、综合应用。
        （3）实验驱动。完成实验，了解图灵模型，并逐步了解计算机科学与自己的关联。

三.基于计算机的问题求解方法

        看了这么多的计算机应用，相信大家都已经迫不及待地想要开始学习计算机这门课程。无论将来我们从事什么样的工作岗位，学习计算机都会给我们带来巨大的收获。

1.基于计算机软件的问题求解方法

        当我们使用计算机的时候，遇到了这样一些问题：

• 计算机上有病毒了。。。
• 磁盘的碎片太多了。。。
• 计算机启动太慢了。。。

        遇到上面的计算机问题，我们可以在网上找找看，根据问题描述，有没有相应的工具。这里一个启发思维，在软件开发领域，流传着这样一句话，叫做不要重复造轮子，意思是有别人开发好的项目框架，我们拿来用。例如有好的软件，我们直接拿来用就好了，提升我们解决计算机问题的能力。

        根据上面的问题，如计算机上有病毒了，我们可以在网上找杀毒软件；磁盘碎片太多了，我们可以找磁盘整理软件；计算机启动太慢了，原因并不是单一的，解决的方法也会有许多种，如果你的机器是因为加载了一些不需要运行的程序而拖慢了启动时间，我们就可以找msconfig，这是一个系统实用配置程序，它可以加快你的电脑运行。从上面提到的这些案例，我们不难发现，在解决一些计算机问题的时候，我们首先想到的是找软件，而不是编程序。 面对计算机问题的时候，强调的解决方法是使用软件的方式解决。
        在比如生活中，我们同样可以使用计算机软件来解决问题。如修图，我们会想到使用Photoshop；制作一张求职简历，我们使用Office；需要统计学生的成绩单，我们可以使用Excel。可以看到，在生活中的方方面面，我们都可以使用计算机软件的方式来解决问题。当然，解决这些问题可以不使用计算机，但是一旦离开了计算机，解决问题的过程就没这么简单。
        在现在，应用于各专业的软件非常丰富，并且功能强大。在面对一些计算机问题的时候，我们强调的是软件，用软件解决问题。用计算机解决一些问题的时候，软件是一种最直接的方式。这些软件有你知道的Windows，Office，还有很多服务于基础学科的软件，也有面向专业问题研究的软件。无论你从事什么样的专业，层出不穷的计算机软件都会为你带来更多的方便。所以，大家需要具备学习的能力，来应对新技术的跟进。最后，留下一个问题，所有计算机可解的问题都有可用的软件吗？

2.基于计算机程序的问题求解方法

        接着上面的问题，所有计算机可解的问题都有可用的软件吗？下面通过一个实际例子来回答这个问题。我们知道中国印舞动的北京，这幅图大家一定很熟悉吧，例如有这样一个需求：按照中国印舞动的北京这幅图，用2008个人排列成这个图案，图案上每个红点就是用人去填充，组成一个中国印的图案。问题是如何排列才能均匀且逼真？按照我们上一节讲的内容，在解决计算机问题的时候，我们可以找软件解决。这里，对于想出来的创意，不会有已经做好的软件。
        具体思路是这样，我们可以先对原始素材进行图像分析，确定图像边界，取出需要的图像，按照图像进行排列。如何排列呢？可以按照这样，计算这张图片的总面积，计算总面积我们可以用像素点，一个小方格就是一个像素点，然后在和2008个人求每个人的面积，也就是每个人的间距。之后，再用红点填充，调整，经过若干次的计算每个小红点占用的面积，填充，调整，得到的图案逼真吗 ？不行就继续计算，填充，调整，直到满意为止。

        通过上面这个例子，我们可以知道用程序的方式实现计算与控制。用计算机程序解决问题是必不可少的方法。无论计算机软件功能多么的强大，基于计算机的问题求解，编写程序是必须的。 无论我们学习什么专业，基于计算机的问题求解，我们可以编写程序解决专门的问题。这里的程序，博主的理解是思路，就是我们在解决一个问题的时候，思路是什么，通过什么样的方法来解决基于计算机的问题。通过分析问题，我们可以一步一步的找出事物发展的脉络，然后找到解决方法，期间不断地调整，直到解决问题。简单的概括，基于计算机的问题求解，编写程序从大方面将就是解决问题的思路，从小方面讲就是用什么语言编写程序。

3.基于系统的工程问题求解方法

        这里的系统是什么？工程是什么？因为这一章我们都在讨论基于计算机的问题求解，这里的系统指的是计算机系统，工程指的是相对来说比较大的计算问题，就是一台PC机不足以解决的问题。基于计算机的问题求解方法这个主题，我们可以提取出3个关键词：计算机、问题求解和方法。问题求解是计算科学的根本目的，支持计算是计算机科学的动力，问题永远是层出不穷的，当还没有计算机的时候，计算科学就在问题的牵引下不断地发展，是问题驱动了一些列地解决方案。有了计算机之后，解决问题的方式就发生了根本性的变化。
        我们要学习的就是第3个关键词：方法。方法是任何一个领域中它的行为方式。 我们要关注的是，基于计算机求解各个专业、各个学科、各个问题的时候，我们应该有怎样的思维方式？这就是我们的主题。

        如上图，天气预报网格计算系统，大家可以看到有许多的计算机设备，这不是用一台PC机就可以解决的问题。上面的天气预报网格计算系统可以分成5个部分：卫星接收系统、Windows服务器、信息处理服务器、信息发布与查询客户端以及资源网络；通过网格技术整合为一个计算平台，实现超级计算机的海量数据计算处理功能。它是一个由多平台、多软件、多资源整合的系统，这是当代计算机的重要应用。
        有许多问题不是计算机软件能够解决，也不是单纯的靠计算机程序能够解决的。大规模问题、复杂问题的求解是一个系统级的问题，需要多种系统平台支持（硬件、软件、网络、并行等），它是系统工程。

四.总结

        本章的主题是基于计算机的问题求解方法，主要介绍了基于计算机问题的时候，我们应该具备什么样的思维方式，以及解决问题的方法。重点在学习方法。下面是博主总结的各个小节的核心内容：
(1) 基于计算机软件的问题求解方法：
     主要内容：解决一些计算机问题的时候，我们强调的是软件，首先想到的是找软件解决问题。
(2) 基于计算机程序的问题求解方法：
     主要内容：无论计算机软件的功能多么强大，基于计算机的问题求解，编写程序是必须的。
(3) 基于系统的工程问题求解方法：
     主要内容：不是所有的问题都能够用一台PC机解决，有的问题需要构建一个复杂的平台环境。