第0讲：课程导论，计算机思维

什么是计算机科学？

计算机科学就是解决问题的过程，输入问题，输出解决方案的程序。由于我们使用计算机解决问题，如何表示输入和输出就是我们的第一个问题。

PART 1：数据

计算机如何表示输入和输出？

信息是如何表示为计算机能够理解的形式的？答案是二进制，即使用0和1两个数字表示所有信息。每一位0或1称为一个比特（bit），八个比特称为一个字节（byte）——这是更常用的单位。那么字节如何表示文字？

ASCII码

可以人为为数字、基础拉丁字母和其他常用符号指定一个字节，常用的系统是ASCII码。下面的字节转化为十进制表示（范围为0~127）。

  1. 数字：4857对应09

  2. 大写字母：6590对应AZ

  3. 小写字母：97122对应az

  4. 空格：32对应空格

  5. 标点符号：44对应逗号，46对应句号，33对应感叹号，63对应问号，58对应冒号，59对应分号

  6. 成对符号：34对应双引号，39对应单引号，40~41对应圆括号，91和93对应方括号，123和125对应花括号

  7. 数学符号：43对应+，45对应-，42对应*，47对应/，60~62对应<、=、>，

  8. 其他符号：35对应#，36对应，37对应，37对应%，38对应&，64对应@，92对应\，94对应^，95对应_，96对应`，124对应|，126对应~

剩余的一些空位留给了控制符号。但要如何表示其他未包括进来的符号呢？

Unicode

对于其他符号，我们可以采用ASCII的超集——Unicode。Unicode使用多个字节，故通常用十六进制表示（仅展示0000-1FFF）。

  1. 基础拉丁字母（ASCII）：0000-007F
  2. 拉丁字母相关：0080–024F，1E00–1EFF
  3. 希腊字母相关：0370–03FF，1F00-1FFF
  4. 修饰附加符号：02B0–036F，1AB0–1AFF，1DC0–1DFF
  5. 其他各种字母：0400-1AAF，1B00-1CFF
  6. 国际音标相关：0250–02AF，1D00–1DBF

Unicode本身十分庞大，可以在网站(◕‿◕)SYMBL中查看。然而，指定一个字符的编码与绘制一个字符是两码事。如何用二进制描述图像？

像素的表示

计算机图像通常是由一个个小正方形单位（称为像素）构成的，所以我们首先要研究如何表示一个像素的颜色和亮度。像素有许多种表示，常见的有RGB和HSV。

对于一个确定的设备来说，它能发出的亮度总落在一个固定的从零开始的区间，因此我们采用相对亮度。

RGB采用了三种特定的颜色——700nm(R)，546.1nm(G)和435.8nm(B) ——作为标准，通过它们不同相对亮度的混合表征像素的颜色与亮度。

HSV采用色调（Hue）、饱和度(Saturation)和明度(Value)三个指标。色调代表颜色对应波长在色轮上的角度，饱和度代表颜色与中性灰的差距，明度代表亮度。这就是像素采用三个值表示的原因，它有三个自由度。

将RGB空间沿体对角线（中性灰线）看，可以看到二者的关系。

将像素累积起来得到图片，将图片组合起来得到视频的视觉部分。那么我们怎么表示音频呢？

音频的表示

音频的表示主要有WAV和MIDI。

对于一段音频，我们只需要记录每个最小时间单位上的振幅就可以记录整体。这是WAV。

然而，如果我们舍弃音色，我们可以仿照乐谱来记录音符，时值和音量。这是MIDI。

我们已经涵盖了输入和输出的基本内容，但从输入到输出的过程是怎样的？

PART 2：算法

算法是用于解决问题的固定方法。时间复杂度衡量了代码的效率。

END