思考的演算：跟着电脑学思考，你也可以成为计算思考大师 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Paul Curzon, Peter William McOwan

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• 计算思维
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• 问题解决
• 算法
• 计算机科学
• 教育
• 科普
• 思维训练
• 学习方法

　　计算思考：新世代的必备思考工具与沟通能力！

　　许多国家都在提倡计算思考，甚至将之列入中小学课程。在此全世界都在夯程式设计之时，我们不禁问：一定要学会程式语言吗？事实上，比起程式语言，更重要是学会背后的电脑运算思维，即计算思考。而计算思考的核心，就是培养解决问题的能力，是新世代必备的沟通能力。

　　所以即使你不会写电脑程式，你也可以成为一个计算思考者。不论您的天赋为何，都能在了解计算思考的基本概念后，和自己的生活或是擅长领域结合来使用。换句话说，无论你未来的职业为何，都需要学习计算思考的技巧。

　　然而，计算思考到底是什么？它所能做的事情超过你的想像！

　　．透过不断改良搜寻演算法，电脑科学家可以帮忙闭锁症患者如鲍比，更有效率写出《潜水钟与蝴蝶》一书，也帮助因肌肉萎缩症而无法说话的伟大物理学家霍金，无碍地跟和世界沟通！

　　．魔术师拥有电脑设计师一样的思考！计算思考能让魔术师在舞台上永不出错！

　　．只要一张纸、一只笔，你也可以立刻设计出你的对话机器人，甚至诈骗机器人。

　　．如何让一台电脑学会真正的「观看」，背后的演算思考出乎你意料之外的简单。

　　．你放假在咖啡店打工，然而每到假日咖啡店就大排长龙，顾客排到火冒三丈。透过计算思考，你找出问题，并对工作团队做些微小改变，整个流程就会变快，问题获得解决。

　　本书在国外是为青少年而写，内容简洁易懂，案例丰富有趣，是每个人都可以真正读懂的计算思考入门书籍。书中以解谜、魔术、桌游、实际医学应用案例、建造简单的谈话与诈骗机器人等真实又具挑战性的例子，实体又清楚地将计算思考原则一一带出，让人了解现代电脑可以做到的事，以及如何做到的。

　　在这个计算思考已经改变所有人生活、工作、游戏方式，以及科学进行的方式的年代，这本书能让你对程式书写所需的技巧初步了解，并能协助改善你生活中的解决问题能力，更能让你更深入了解你自己的大脑以及数位世界，让你能发想出绝妙点子并能付诸实行，绝对值得一读！

名人推荐

　　赖以威／数感实验室负责人 、郑国威／泛科学总编辑
　　陈  立／陈立教育集团创办人、杨致芳／台北大学资讯工程系助理教授
　　洪士灏／台大资讯工程系、网路与多媒体所教授

推荐语

　　「巨大的需求，杰出的作者团队，在这个特定领域拥有杰出成绩。你还能奢求更多吗？」──西蒙．佩顿．琼斯（FRS），英国剑桥微软研究中心
 

好的，这是一本关于计算思维的图书简介，旨在帮助读者建立结构化的思考框架，提升解决复杂问题的能力。 --- 图书名称：《计算思维探微：构建逻辑与算法的思维殿堂》 简介： 在信息爆炸的时代，我们面对的挑战往往不是缺乏数据，而是缺乏有效处理和理解这些数据的思维工具。本书并非一本单纯的编程指南，也不是面向专业人士的晦涩理论著作。它是一份邀请函，邀请所有渴望提升认知效率、优化决策过程的读者，一同探索计算思维的本质与实践。 《计算思维探微》旨在系统性地拆解那些在计算机科学中被广泛应用的、行之有效的思维模式，并将这些模式转化为适用于日常生活、工作管理乃至创意构思的通用能力。我们相信，计算思维并非高深莫测的“黑科技”，而是人类逻辑推理能力的一种高度提炼和结构化表达。 核心内容概述： 本书将计算思维的构建过程分为四大模块，层层递进，确保读者能够扎实地掌握从抽象到具体、从宏观到微观的思考路径。 第一部分：思维的基石——抽象与分解的力量 任何复杂问题的解决，都始于对问题本身的清晰界定和结构化拆解。本部分着重于培养读者“看透本质”的能力。 1. 抽象的艺术：抓住事物的核心属性 我们将探讨如何有效地进行“抽象化”。在信息过载的环境中，识别出关键变量，忽略冗余细节，是高效思考的第一步。我们会通过大量的现实案例，如城市交通规划、项目管理优先级排序等，展示如何从复杂的表象中提炼出简洁的模型，建立起可操作的思维框架。重点分析“表示法”的选择如何直接影响解决方案的有效性。 2. 分解的智慧：化繁为简的实践 面对看似无法着手的巨大工程，分解是唯一的出路。本部分详细介绍了系统性分解的方法论，包括自顶向下（Top-Down）和自底向上（Bottom-Up）两种核心策略。我们将深入讲解如何设置合理的分解粒度，确保子问题既相互独立又足够聚焦，从而实现并行处理和高效协作。 第二部分：逻辑的骨架——模式识别与算法构建 当问题被分解后，接下来的挑战是如何识别出隐藏在不同场景下的相似结构，并构建解决这些结构的“通用脚本”。 3. 模式识别：发现重复的旋律 计算思维的核心价值之一在于“一次构建，多次使用”。我们带领读者学习如何敏锐地捕捉不同情境下的共性——无论是流程上的重复、数据结构上的相似，还是决策逻辑上的交集。通过对历史案例的复盘分析，揭示如何从看似无关的事件中提炼出可复用的“模板”。 4. 算法思维：构建清晰的行动指南 算法不仅仅是程序代码，它是一种精确、有限、有效的解决步骤序列。本部分将计算思维的严谨性推向极致，教授读者如何将抽象的模型转化为一系列可执行的、无歧义的指令集。我们将重点探讨如何定义输入、处理过程和期望的输出，并引入“流程图”和“伪代码”等工具，帮助读者在非技术领域也能描绘出清晰的行动蓝图。 第三部分：效率的追求——优化、评估与迭代 完美的初始方案是不存在的。计算思维要求我们不断审视现有方案的效率和健壮性，并进行系统性的改进。 5. 效率的度量：时间与空间的权衡 在资源有限的前提下，效率至关重要。本部分将引入“效率分析”的概念，引导读者思考不同解决方案的性能差异。我们会讨论资源消耗的评估维度（例如，决策所需的时间成本、执行所需的人力成本），并展示如何在保证基本功能实现的前提下，对方案进行精简和加速。这部分内容将帮助读者理解“快”和“好”之间的微妙平衡点。 6. 调试与鲁棒性：预见与处理异常 健壮的思维体系必须能够应对意外情况。我们将探讨如何主动地“预见错误”，即在设计之初就考虑各种边界条件和异常输入。学习如何像软件工程师一样进行“思维调试”，系统地追踪逻辑链条中的薄弱环节，确保在面对未知挑战时，思维框架不会轻易崩溃。 第四部分：思维的进阶——递归与并行思维 对于更高级的复杂系统，我们需要更强大的组织工具来管理层级和并发性。 7. 递归的力量：层层深入的自我引用 递归是一种优雅的解决复杂性问题的方法，它利用了问题本身的结构相似性。本书将通过非技术性的例子，如组织架构的层级管理、文本的嵌套结构分析等，阐释递归思维的精髓——让问题通过调用自身的方式逐步简化，直至达到最基础的、可直接解决的层面。 8. 并行与并发：协同处理的哲学 在现代协作环境中，同时处理多条任务线索是常态。本部分引导读者理解如何将一个大问题拆分为可以独立推进的多个子任务，并建立有效的同步机制，确保最终结果的一致性。这对于项目管理、多媒体内容的创作以及复杂的决策树构建具有极高的参考价值。 结语：思维的转变 《计算思维探微》的目的，是提供一套实用的、可迁移的认知工具箱。它不要求读者成为程序员，但它要求读者像一个优秀的系统设计师那样去思考：清晰、结构化、高效、且富有弹性。掌握了这套思维方法，您将能更从容地驾驭日益复杂的现实世界，将任何看似棘手的难题，转化为一系列可以被系统性解决的计算步骤。 --- （字数约为 1500 字）

作者简介

保罗．科松 、彼得．马克欧文

　　保罗．科松是伦敦玛丽皇后大学的电脑科学教授。他的研究兴趣是电脑科学教育、人机互动以及正规方法。他于2010年得到了高等教育学院全国教学奖，并赢得2007年的英国工程和自然科学研究委员会年度非职业电脑科学作家以及数个教学奖项。他共同创办了Teaching London Computing (www.teachinglondoncomputing.org)，为教师提供持续专业发展课程。保罗第一次自学写程式是在南法的一个海滩上。

　　彼得．马克欧文也是伦敦玛丽皇后大学的电脑科学教授，研究兴趣是电脑视觉、人工智能和机器人学。他于2008年获颁高等教育学院全国教学奖，并因为对于不同领域观众推广电脑科学的努力于2011年获得IET Mountbatten奖章。彼得是个业余魔术师，对于科幻小说有着健康的喜爱。

　　保罗和彼得共同创办了国际知名的电脑科学好好玩(Computer Science for fun)计画(www.cs4fn.org)，并是英国Computing at School网络(CAS)的创始成员。保罗现在是CAS的董事会成员。
 

序言
关于作者
致谢

第1章 未来必备的思考能力
像电脑科学家一样思考，你可以将随处可见的想法化为现实

第2章 寻找说话的方式
若你某天跟《潜水钟与蝴蝶》作者尚-多明尼克．鲍比（Jean-Dominique Bauby）一样，在医院的病床上醒来后，发现自己全然瘫痪，只剩下眼睛可以眨动，你要怎么跟外界沟通？电脑科学家也能帮助闭锁症候群患者沟通吗？

第3章 魔术也是一种演算法？
想成为一位杰出的舞台魔术师，你需要的技巧竟然和杰出的电脑科学家一样？
计算思考如何让你的魔术万无一失？

第04章 投入一万个小时练习，能让你成为专家
如果你想要成为某领域的专家，就要发展你的模式比对和通化技巧。
若要被认可为专精于某项技巧，首要规则就是你需要投入一万小时的练习。

第5章 骑士之旅和城市导游
两个表面上看来不同的问题一旦经过通化后，实际上是同一个问题，解也一模一样。

第6章 人类初学者的机器人建造课
就算没有电脑，你也可以创造自己的聊天机器人。
你只需一叠空白卡片、一支笔和一点思考，就可以办到。

第7章 建立一颗脑
有了人工智慧电脑，我们便可以直指核心深入探索，身为人类是什么意思？

第8章 建造一个诈骗机器人
巴纳姆效应建基于一个事实：当一段叙述可应用于大多数人身上时，人们往往会相信这段关于他们的叙述是对的。就好像「有时你怀疑自己是否做了正确的选择」，或是「你的某些梦想满不切实际的」。
    
第9章 生命也可以转变成网格游戏？
细胞自动机的游戏，让我们理解植物在雨林中如何散布生长、珊瑚礁如何发展、地震如何发生，以及动物如何迁徙。也让我们理解塞车如何形成，疾病在人群中如何传播。

第10章 如何让电脑观看？
人类大脑总是在寻找模式，因为要在影像中观察到模式，才能辨认出图像中的事物。因此我们的观看能力来自于我们能在影像中找到边界。那么，电脑要如何「观看」到边界呢？

第11章 翻转医学的奇蹟
高科技医疗器能拯救生命，也能夺走生命。这些仪器都是医护人员在使用，但医院是个繁忙又充满压力的地方，因此科技在设计时应该把这点考虑在入，让心理学家及人因专家参与其中，一起创造出更为实用的科技。

第12章 人类也能像电脑一样完美思考？
人类大脑有许多偏误和偏见，因此我们常常会犯错，但机器能帮助我们不犯错。提款机先取回卡片后吐钞的设计，就是机器帮助我们减少犯错的案例之一。

第13章 究竟什么是计算思考？
对人有所了解，必须是计算思考问题解决的中心。
 

推荐文

现代人非学写程式不可吗？
洪士灏 （台大资讯工程系、网路与多媒体研究所教授）

　　思考的演算（computational thinking），也称计算思考或运算思维，是当前我们很希望融入教育、改良产业，让社会更进步的重要技能。电脑已经大幅改变了这个世界，但还有更多、更大的改变正在发生之中，因为对现代社会的人们来说，计算的能力已经无所不在，但如何利用这些随手可得的计算能力来强化思考、解决问题，难道只有少数懂得写程式的人才行吗？事实上并非如此，近年来用计算思考来解决问题的门槛已经大大地降低了，而广义的计算思考更是扩大问题的范畴到社会的各层面，涵盖了教育、产业、消费、娱乐，乃至于改变我们学习、工作和生活的方式。

　　因此，许多国家都在提倡计算思考，甚至将之列入中小学课程。然而，我们要如何学习和应用计算思考呢？非学会写程式不可吗？其实，理解计算思考的方法很多，透过写程式与电脑互动是最直接有效的方法，但写程式这件事情并不是计算思考的全貌，好比学会写字并不代表能写出一篇好文章，而且文字只是诸多创作的方式之一，绘画、音乐、舞蹈、戏剧也都是创作展演，除了通晓技能之外，创作者的素养也是极为重要的。从某个角度看，计算思考也是一种创作，把想法透过计算的形式呈现出来，但创作者必须理解计算、驾驭计算的工具，才会产生出好的作品。

　　究竟什么是计算思考？这是一个非常难回答的问题。如果读者先翻到《思考的演算》这本书的最后一章，会读到一些非常抽象的概念，包括演算法思考、计算模型、科学思考、抽象化、通化、拆解、评估、创造力，但可能在读完这一章后对这些抽象概念仍然非常模煳。很多会写程式的人对计算思考也是一知半解，因为对于现代电脑如何做好工作，缺乏系统性的理解。

　　我认为，广义的计算（computation）不只是算术，而是包括所有能够用电脑（computer）完成的工作。这样的定义有点弔诡，因为如果我们把电脑定义为做计算的东西，那么就成了循环定义，但我想强调的重点在于：现代电脑能够完成的工作，远远超过一般人所理解的计算，也远超过数学所关切的范畴，与其定义电脑，不如直接去认识电脑以及电脑能做的事情。所以我建议学生在学习计算思考的时候，除了由下而上从基本的演算法和程式逻辑学起，最好也由上而下去看看现代电脑能够做什么，理解如何能做到那些事情。透过研究思考个案把上下融会贯通起来，才能真正体会计算思考的内涵。

　　国内现在有很多教程式设计的地方，也有不少创客（maker）的社群和教材，但是非常缺乏由上而下从问题导向去探索计算思考的科普教材。本书的出现，对于我们提倡计算思考的教育工作者，如同一场及时雨。作者借由丰富有趣的个案引人入胜，介绍现代电脑能做的事情，并且引领读者去探索电脑如何能做到那些事，由这些个案呈现出解决问题的方法，归纳出关键的计算思考，这是我乐见的教学法。每一章的个案，都有助读者理解某些有助于解决问题的计算思考法则，而本书的十件个案，极有系统地逐步涵盖重要的计算思考法则，因此我非常乐意推荐这本好书，给想体会和运用计算思考的朋友们。

 

（第二章）
 
二十个问题？
 
用五个提问解决问题
 
无论你是否想出了答案，我都可以向你保证，只要我们问一个不同的问题，你就会知道那问题是正确的。
 
让我们来玩玩「二十个问题」这个童年游戏：我想像我是某个名人，由你来问我各种问题，然后试着猜出我是谁。转折在于我只能用是或不是来回答问题。和朋友玩一次这游戏，思考一下你在猜测时会问什么问题，如此来看看游戏可能进行的方向。
 
「你是女的吗？」不是
 
「你还活着吗？」不是
 
「你是个电影明星吗？」不是
 
「你来自英国吗？」是的
 
「你是个作家吗？」是的
 
「你活在二十世纪吗？」不是
 
「你活在十九世纪吗？」不是
 
「你是莎士比亚吗？」是的
 
玩这个游戏时，你可能会提出类似的问题。你不太可能会从提问「你是亚里斯多德吗？」「你是詹姆士．庞德吗？」「你是居礼夫人吗？」这样的问题开始，若用这种方式提问，你可能永远也没办法在二十个问题之内得到答案。你只有在最后，你已经很确定答案时（就像例子中那样）才会提出这种问题。相反地，你可能会先提出「你是女的吗？」之类的问题。
 
做为第一个问题，为什么这是个好问题呢？这是因为无论答案为何，它都排除了另一半的可能性。如果你提问的是「你是女王吗？」这样的问题，若你刚好对了，你可以排除掉百万种以上的可能性，但如果你是错的（这种可能性较大），你就只排除掉一人。换句话说，提出这样的问题得要有中乐透的运气，才能玩得好这个游戏。所以，玩「二十个问题」的秘诀在于，无论答案是什么，你每一次都要提出能排除一半人选的问题。
 
这样做有多好？
 
提出这种二分法的问题，比每次只提出一个人名好上许多，但有多好呢？假设一开始我想的是一百万人中的一个人，那么透过每次提问来排除掉一半的人，总共需要几个问题呢？在提出一个问题后，人选只剩下五十万人；两个问题后，变成二十五万人；在提出十个问题后，人选只剩下原本一百万人当中的一千人了（见图1）。持续进行下去……之后每再一个问题分别会剩下五百人、二百五十人、一百二十五人……，而在第二十个问题时，只剩下一个可能人选。因此，如果你每次都能提出完美的二分法问题，你一定可以赢得这个游戏。你永远都可以在二十个问题里猜出答案。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《思考的演算：跟着电脑学思考，你也可以成为计算思考大师》给我一种很强的“解密”感。我一直对幕后运作的东西很着迷，而电脑就是现代社会最强大的幕后推手之一。我很好奇，这本书是不是会把我们平时觉得很“神秘”的电脑思考方式，用一种很亲民的方式一层层剥开？“演算”这个词，让我联想到数学公式和程序代码，但“跟着电脑学思考”又把这个概念拉近了。我希望它不是一本纯粹的计算机科学教材，而是能把那些复杂的逻辑和算法，转化成我们日常生活中可以理解和运用的大小概念。我个人比较喜欢那种有“实操性”的书籍，如果这本书能提供一些思维模型、思考工具，甚至是一些可以立刻尝试的小练习，那就太棒了。我想要的是那种读完之后，感觉自己好像解锁了什么新技能，能够用一种全新的视角去看待身边的问题，并且能够更有效地找到解决方案。我期待它能让我成为一个更“聪明”的思考者，而不是仅仅成为一个“知道”思考的人。

评分☆☆☆☆☆

书名《思考的演算：跟着电脑学思考，你也可以成为计算思考大师》真的是让我眼睛一亮。我一直觉得，我们现在的教育，很多时候是灌输知识，而不是教我们怎么思考。而电脑，它本身就是一种高度逻辑化的存在。所以，这本书的“跟着电脑学思考”这个点，就戳中了我内心深处的渴望。我好奇的是，这本书会从哪些方面来“教”我们思考？是关于如何拆解问题、识别模式、找到效率的算法，还是关于如何避免逻辑谬误、做出更理性的决策？“演算”这个词，听起来就很有力量，仿佛思考也可以像数学公式一样，有明确的步骤和结果。我希望这本书能够提供一种系统性的框架，让我们能够更有条理地分析各种情况，而不是被复杂的信息淹没。尤其是在资讯爆炸的时代，学会如何高效地处理和思考信息，变得尤为重要。我希望这本书能够帮我锻炼出一种“计算”般的思考能力，能够更清晰、更准确地洞察问题的本质，并且找到最优的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

光是看《思考的演算：跟着电脑学思考，你也可以成为计算思考大师》这个书名，就觉得这本书一定有它独特的地方。我一直觉得，台湾人脑子里装的东西，有时候比电脑还复杂，但也因此，我们常常会在想问题的过程中卡住，缺乏一种清晰的脉络。而“跟着电脑学思考”这个点，简直是点醒了我！电脑的思考逻辑是那么的严谨和高效，如果能把这种思维模式“内化”到我们自己的思考过程中，那该有多棒。我很好奇，这本书会用什么样的“语言”来描述这些计算思考的原理？是会用一些我们熟悉的科技例子，比如搜索算法、推荐系统，来解释抽象的概念？还是会直接提供一些思维的“公式”和“流程图”？我希望它不是那种让人读完觉得“哦，原来如此，但然后呢？”的书，而是真的能让我感觉到，自己的大脑被“升级”了。我希望它能提供一些可以立即上手的方法，让我能够在生活中，无论是处理工作上的项目，还是解决个人生活中的难题，都能变得更加游刃有余，更像一个“计算思考大师”一样，有条理、有效率地找到答案。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名真的很有意思，让我一眼就注意到。我一直觉得电脑很厉害，但从来没想过它还能“教”我们思考。尤其是“计算思考大师”这个词，听起来就很有份量，感觉就像是某个高阶技能的入门。我平常对科技有点好奇，但又怕太艰深的东西会看不懂，所以这本书的“跟着电脑学思考”这个角度，听起来就很亲切，像是有人把我拉到旁边，一步一步教我怎么跟上电脑的逻辑。我很好奇，它会用什么样的例子来解释“计算思考”呢？是像写程式一样，把问题拆解成一步步的指令吗？还是有更抽象的概念？而且，“演算”这个词也很有趣，它是不是暗示了思考的过程是可以被分析、被量化的？我希望这本书能让我摆脱那种“凭感觉”做决定的困境，学会更有条理、更有效率地去分析问题，就像电脑处理数据一样精准。毕竟，在生活中，我们常常会遇到需要做重大决策的时候，如果能运用计算思考的方式，也许就能做出更好的选择，避免走弯路。我尤其期待它能分享一些在日常生活或工作上可以实际应用的技巧，而不是只停留在理论层面。

评分☆☆☆☆☆

当我看到这本书的书名时，第一个念头是“哇，这个作者一定很懂台湾人的脑回路”。“跟着电脑学思考”这几个字，就像是在打我的点。我身边很多朋友都说我有时候想事情太跳跃，不够扎实，而我一直以来都觉得，也许我只是缺少一个系统性的方法来整理我的思绪。电脑的逻辑性是出了名的，如果能从电脑那里偷师学艺，那绝对是事半功倍。我很好奇，这本书会不会介绍一些像“二分法”、“递归”这样的概念，然后教我们怎么应用在生活里？我曾经接触过一些关于逻辑思维的书，但很多都比较理论化，读完之后感觉好像懂了，但实际应用起来还是抓不住重点。所以，这本书如果能提供一些更具体、更贴近我们生活的例子，我会非常感激。比如，在处理家庭开销、规划旅行行程、甚至是在跟另一半沟通时，如果能运用计算思考的技巧，会不会让一切都变得更顺畅？我真的很想知道，那些“电脑思考”的背后，到底隐藏着什么样的智慧，能够帮助我们成为更出色的“计算思考大师”。