1.1 思維

思維是跟大腦有關的。思維是高級的心理活動，是認識的高級形式，是人腦對現實事物進行概括、加工并揭露其本質特征的活動。人腦對信息的處理包括分析、抽象、綜合、概括等。

1.1.1 思維的定義

思維是人腦對客觀事物的間接的、概括的反映。思維以感知為基礎又超越感知的界限。通常意義上的思維涉及所有的認知或智力活動，旨在探索與發(fā)現事物的內部本質聯(lián)系和規(guī)律性，是認識過程的高級階段。

思維的間接性是指通過其他媒介作用認識客觀事物，即借助已有的知識和經驗、已知的條件來推測未知事物，而不是直接通過感官來認識事物。例如，內科醫(yī)生不能直接看到病人體內各種臟器的病變，卻能通過聽診、化驗、切脈、量體溫、量血壓等方式，經過思維加工間接地做出判斷。

思維的概括性表現在能將某一類事物具有的一般的、共同的、本質的屬性特征結合起來，不僅能概括該類事物所具有的本質屬性和規(guī)律，還可以反映事物的內部聯(lián)系。例如古人通過每次看到月暈就要刮風、每次發(fā)現礎石潮濕就要下雨，得出了“月暈而風，礎潤而雨”的結論。

思維有它固有的形式和規(guī)律，這些規(guī)律不是主觀的產物，而是客觀事物、現象間的關系在人們頭腦中的反映。思維的形式有概念、判斷、推理、證明、假說等。

1.1.2 科學和科學研究

science（科學）來源于拉丁文scienta，意思是知識、學問。

達爾文曾經給科學下過一個定義：“科學就是整理事實，從中發(fā)現規(guī)律，做出結論。”《辭海》（1987年版）把科學定義為：“科學是關于自然、社會和思維體系的知識體系。”科學的重要性在于，它具有一種內在動力，推動著人類文明的進步和科技的發(fā)展。

科學研究一般是指在發(fā)現問題后，經過分析找到可能解決問題的方法，包括為找到相關問題的內在本質和規(guī)律而進行的調查研究、實驗、計算、分析等一系列活動。科學研究可為創(chuàng)造發(fā)明新產品和新技術提供理論依據，或獲得新發(fā)明、新技術、新產品。科學研究的基本任務就是探索、認識未知和創(chuàng)新。

科學研究的過程是一個從事實到進一步事實的整體循環(huán)過程，使用歸納的方法，在各種事實現象中總結出一般性的理論，然后通過演繹的方法從理論中得到假設，例如，如果怎么樣、就會怎么樣的假設，再通過實驗來驗證假設。圖1-1給出科學研究的一般過程。

科學研究的目標是收集經驗性的證據或通過實驗支持理論，可分為描述、解釋和預測三個層次。第一個層次描述是對研究對象的現狀進行描述和說明，分類和概念性的歸納是基本的描述性研究。例如，描述人疲勞駕駛是什么樣的狀態(tài)。第二個層次解釋是分析對象的活動過程和特點，以及各要素之間的關系。例如，為什么會疲勞駕駛？這可能與駕車時間、身體狀況、車況、路況等各種因素有關。第三個層次預測是在一定條件下預測研究對象的變化和發(fā)展趨勢。例如，推斷疲勞駕駛的時間、地點等。

1.1.3 從科學思維到計算思維

科學思維是大腦對信息的加工活動，是對感性階段獲取的大量材料進行整理和改造，形成概念、判斷和推理，從而反映事物的本質和規(guī)律的認識過程。科學思維的重要性在于反映的是事物的本質和規(guī)律。在科學認識活動中，科學思維必須遵守三個基本原則：1）在邏輯上要求嚴密的邏輯性，達到歸納和演繹的統(tǒng)一；2）在方法上要求辯證地分析和綜合各種思維方法；3）在體系上實現邏輯與歷史的一致，達到理論與實踐的具體的、歷史的統(tǒng)一。

科學思維包括理論思維、實驗思維和計算思維。

理論思維又稱推理思維，是指以科學的原理、概念為基礎來解決問題的思維活動。理論思維以推理和演繹為特征，以數學學科為代表。理論思維要求用于推理的公理系統(tǒng)盡可能簡化。

實驗思維又稱實證思維，以觀察和總結自然規(guī)律為特征，以物理學科為代表。實驗思維最重要的是建立理想的實驗環(huán)境。

計算思維又稱構造思維，以設計和構造為特征，以計算機學科為代表。計算思維的根本問題是什么能被有效地自動執(zhí)行。

1.1.4 從計算機科學到計算思維

計算機科學是研究計算機與其相關領域的現象和規(guī)律的科學，也是研究計算機如何計算的科學。

作為一個學科，計算機科學涵蓋了從算法理論和計算極限研究到如何通過硬件和軟件實現計算系統(tǒng)的眾多方面。由ACM（Association for Computing Machinery）和IEEE-CS（IEEE Computer Society）的代表組成的CSAB（Computing Sciences Accreditation Board），確立了計算機科學學科的四個主要領域：計算理論、算法與數據結構、編程方法與編程語言，以及計算機元素與架構。CSAB還確立了計算機科學其他的一些重要領域，如軟件工程、人工智能、計算機網絡與通信、數據庫系統(tǒng)、并行計算、分布式計算、人機交互、機器翻譯、計算機圖形學、操作系統(tǒng)，以及數值和符號計算。

很多應用在計算機科學研究或實踐中的思想對人們解決實際生活中的問題具有越來越深刻和普適的指導意義，這些思想總結起來就是計算思維。