Đang tải... (xem toàn văn)
tư duy máy tính năng lực tư duy quan trọng nhất của khoa học máy tính tư duy máy tính năng lực tư duy quan trọng nhất của khoa học máy tính tư duy máy tính năng lực tư duy quan trọng nhất của khoa học máy tính tư duy máy tính năng lực tư duy quan trọng nhất của khoa học máy tính
Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI BÀI GIẢNG TƯ DUY MÁY TÍNH CHƯƠNG - TƯ DUY MÁY TÍNH TS NGUYỄN ĐÌNH DƯƠNG BỘ MÔN KHMT - KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Email: duongnd@utc.edu.vn Ngày 03/07/2022 TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Nội dung Tư máy tính 1.1 Giới thiệu 1.1 Phân rã (decomposition) 1.2 Nhận dạng mẫu (patterns regconition) 1.3 Trừu tượng hoá (abstraction) 1.4 Tư thuật tốn Trao đổi TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI Nội dung Tư máy tính 1.1 Giới thiệu 1.1 Phân rã (decomposition) 1.2 Nhận dạng mẫu (patterns regconition) 1.3 Trừu tượng hoá (abstraction) 1.4 Tư thuật toán Trao đổi TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Tư máy tính 1 Giới thiệu • Bốn chữ C kỷ 21 Giao tiếp (Communication), Tư phản biện (Critical thinking), Hợp tác (Collaboration) Sáng tạo (Creativity) • Chữ C thứ Tư máy tính hay Tư tính tốn (Computational thinking) địi hỏi khả giải vấn đề theo thuật tốn logic • Lịch sử: Seymour Papert (29/2/1928 - 31/7/2016) - giáo sư toán đại học MIT; GS Jeannette Wing TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI Tư máy tính 1 Giới thiệu Tư máy tính gì? • GS Jeannette Wing (2014): ’Tư tính tốn q trình suy nghĩ liên quan đến việc hình thành vấn đề thể giải pháp theo cách mà người máy tính thực cách hiệu quả.’ • Yadav cộng sự, 2014: ’Hoạt động trí óc để trừu tượng hóa vấn đề xây dựng giải pháp tự động hóa.’ • Furber, 2012: ’Q trình nhận biết khía cạnh máy tính giới xung quanh chúng ta, đồng thời áp dụng công cụ kỹ thuật từ Khoa học máy tính để hiểu suy luận quy trình (hệ thống) tự nhiên nhân tạo.’ nhiên nhân tạo.’ • Tư máy tính trình nhận thức thực thao tác trí tuệ (thought) liên quan đến lập luận logic (logical reasoning) để giải vấn đề đặt (Xem Simon Humphreys (2015), “Computational thinking - A guide for teacher”, Copyright 2015 Computing At School, UK) TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Tư máy tính 1 Giới thiệu Tư máy tính gì? • Trong CT GDPT mơn Tin học (26/12/2018), Tư tính tốn hay Tư máy tính (Computational Thinking - CT) tập hợp phương pháp giải vấn đề (liên quan đến việc diễn đạt vấn đề giải pháp chúng) theo cách mà máy tính thực • Tư máy tính sử dụng phương pháp trừu tượng hoá, cách phân rã nhiệm vụ, thiết kế lớn phức tạp thành vấn đề nhỏ, đơn giản để đưa thuật tốn giải chúng Tư máy tính bóc tách mối quan hệ để trích chọn đặc trưng, biểu đạt ngắn gọn vấn đề mơ hình hố khía cạnh quan trọng vấn đề, làm cho vấn đề dễ khai báo xử lí TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Tư máy tính 1 Giới thiệu Ví dụ 1.1 Tính tổng S = + + + · · · + 200 TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Tư máy tính 1 Giới thiệu Ví dụ 1.1 Tính tổng S = + + + · · · + 200 Giải TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Tư máy tính 1 Giới thiệu Ví dụ 1.1 Tính tổng S = + + + · · · + 200 Giải • Phân rã: chia tốn phức tạp thành toán phần dễ quản lý TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Tư máy tính 1 Giới thiệu Ví dụ 1.1 Tính tổng S = + + + · · · + 200 Giải • Phân rã: chia tốn phức tạp thành toán phần dễ quản lý 1+2 = TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI Tư máy tính Trừu tượng hố (abstraction) From generalisation to abstraction • Phân rã: tốn lớn, phức tạp chia thành toán nhỏ hơn, đơn giản → việc giải vấn đề đơn giản dễ dàng giải vấn đề phức tạp • Khái qt hóa: xác định mẫu vấn đề đơn giản, riêng lẻ đơn giản hóa chúng → làm cho giải pháp tổng thể dễ quản lý áp dụng rộng rãi Trong ví dụ vẽ smiley: từ cách vẽ hình dạng (đường thẳng, hình tròn, ) đến vẽ mắt với kích thước cụ thể, cuối vẽ mắt kích thước • Theo nghĩa đó, khái qt hóa gần giống với việc che giấu chi tiết Trong ví dụ trên, xuất phát từ yếu tố cấu thành (hai vịng trịn đồng tâm, vịng tơ đen) đến mắt tổng quát ví dụ trừu tượng Trừu tượng: cách thể ý tưởng bối cảnh cụ thể đồng TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 30 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI Trừu tượng hố (abstraction) • Các đường hầm khơng phải tất thẳng góc 45 độ với Các điểm dừng dọc theo đường khơng cách TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 31 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Trừu tượng hố (abstraction) • Các đường hầm tất thẳng góc 45 độ với Các điểm dừng dọc theo đường khơng cách • Quan trọng: thứ tự trạm, chúng nằm tuyến nút giao tuyến → dễ sử dụng TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 31 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Trừu tượng hố (abstraction) • Các đường hầm khơng phải tất thẳng góc 45 độ với Các điểm dừng dọc theo đường khơng cách • Quan trọng: thứ tự trạm, chúng nằm tuyến nút giao tuyến → dễ sử dụng • Bản đồ tàu điện ngầm trừu tượng TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 31 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Trừu tượng hố (abstraction) Ví dụ 1.6 Một công ty cho thuê xe xây dựng hệ thống quản lý hàng kho • Đầu tiên, sử dụng kĩ thuật phân rã nhận dạng mẫu (xác định hãng xe, cũ/mới, chức thuộc tính chúng), nhà thiết kế chia nhỏ nhiệm vụ chọn chức cần xây dựng hệ thống • Tuy nhiên, cơng ty có nhiều loại xe (cars, vans, motorcycles, ) nhiều thao tác thực ngày (đặt xe, nhận xe, trả xe, vệ sinh, test đường, ) nên chức hệ thống phụ thuộc vào mức độ trừu tượng mà công ty đặt TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 32 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Trừu tượng hố (abstraction) Ví dụ 1.6 (tiếp ) • Nếu cơng ty cung cấp dịch vụ thuê xe ô tô mà không cần phân biệt chủng loại, thương hiệu, cũ-mới tất xe ô tô nhóm lại thành lớp trừu tượng: ’car’ • Ngồi ra, họ muốn cho khách hàng nhiều lựa chọn hơn, họ phân nhóm xe theo hộp số, thành ’xe số sàn’ ’xe số tự động’ • Các xe tải phân loại theo sức chứa, tạo nhóm ’xe tải nhỏ’ ’xe tải lớn’ • Nếu cần lấy danh sách đầy đủ tất xe website, không cần phân biệt ô tô, xe tải, xe máy → ’vehicle’ (phương tiện) • TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 33 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI Trừu tượng hố (abstraction) • Về chất gần giống với trình nhận diện xu hướng (pattern generalise), nhiên xác định điểm chung thuộc tính, khơng phải q trình • Nó q trình loại bỏ chi tiết vật lý, không gian, thời gian thuộc tính riêng lẻ đối tượng hệ thống, giữ lại đặc điểm chung để hướng đến việc miêu tả cách khái quát • Tìm ngun nhân tổng qt nhóm vấn đề: quy tắc Pareto 80/20, lý thuyết cửa sổ vỡ TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 34 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Trừu tượng hố (abstraction) Ví dụ 1.7 a) Việc đưa khái niệm Tư tính tốn ví dụ Nó tóm gọn lại cách suy nghĩ để người vận dụng cách giải vấn đề hiệu máy tính b) Khi bắt đầu đến địa điểm mới, bạn xác định hướng khơng nhớ xác ngã rẽ, bạn trực giác c) Hoặc bạn nhìn thấy cốt lõi vấn đề, thay bị phân tán yếu tố bên ngồi, thơ bên đây: • mua giường, khơng giấc ngủ ngon, • mua thức ăn, khơng ngon miệng, • có quần áo lộng lẫy, khơng vẻ đẹp, • mua nhà, khơng tổ ấm, TS Nguyễn Đình Dương • có xa hoa, khơng chưa có văn hóa, Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 35 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính Trừu tượng hố TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Trừu tượng hố (abstraction) • What are you trying to solve? • Which details are important in solving this problem? • What can you leave out? What information is unnecessary? • Can you describe this problem as something more basic? BG-TDMT 36 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Trừu tượng hố (abstraction) Q trình trừu tượng hóa giúp chúng ta: • Vận dụng khả thấu suốt vấn đề, đưa kết luận gọn gàng, tinh tế • Hiểu ý nghĩa khái quát giải pháp, từ áp dụng nhiều trường hợp cụ thể • Đưa vấn đề giải pháp lên mức khái quát, truyền đạt đến nhiều đối tượng, truyền tải nhiều ý nghĩa TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 37 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Tư thuật tốn • Tạo bước có thứ tự để giải vấn đề; • Tuân thủ theo trình tự phải có kết thúc, khơng nhảy vọt; • Rõ ràng ranh giới bước, khơng mập mờ TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 38 / 41 Tư máy tính Trao đổi Tư máy tính TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Tư thuật tốn Ví dụ 1.8 Bạn biết cách chiên trứng tự làm cách dễ dàng Tuy nhiên, bạn muốn hướng dẫn khoảng 100 người chiên trứng theo cách bạn, bạn khó dẫn người ??? TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 39 / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Tư máy tính Tư thuật tốn Ví dụ 1.8 Bạn biết cách chiên trứng tự làm cách dễ dàng Tuy nhiên, bạn muốn hướng dẫn khoảng 100 người chiên trứng theo cách bạn, bạn khó dẫn người ??? Giải pháp: Đặt chảo lên bếp Đổ đầu vào chảo Bật bếp chờ dầu nóng Đập trứng cho trứng vào chảo (bỏ vỏ trứng vào thùng rác) Chờ trứng chín Tắt bếp TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 39 / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THƠNG VẬN TẢI Nội dung Tư máy tính 1.1 Giới thiệu 1.1 Phân rã (decomposition) 1.2 Nhận dạng mẫu (patterns regconition) 1.3 Trừu tượng hoá (abstraction) 1.4 Tư thuật tốn Trao đổi TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 40 / 41 Tư máy tính Trao đổi TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI TRAO ĐỔI TS Nguyễn Đình Dương Ngày 03/07/2022 BG-TDMT 41 / 41