Son sınıf lise öğrencileri için ilham verici konuşma

Bölüm lise son sınıf öğrencilerine bilgisayar biliminin daha matematiksel unsurları hakkında konuşmaları isteniyor. TCS'den ilgi alanlarına ilham verebilecek (çoğunlukla Halting problemiyle ilgili bir şey içeren) konular seçmek için elimden geleni yapıyorum, ancak diğer insanların fikirlerini / başarılarını / başarısızlıklarını duymayı çok isterim.

Asıl mesele şudur ki, bunlar iyi bir üniversitede CS lisans derecesine başvurmayı düşünen ancak matematik veya fen bilimlerinden başka biri tarafından daha fazla ilgi görebilecek öğrencilerdir. En kısa yol algoritmalarının olağan konularının veya daha hızlı sıralama yöntemlerinin ilgilerini çekmek için artık işe yaramadıklarını buluyorum.

Başlangıçta Oded Goldreich'e bağlı olduğunu düşündüğüm öğrencilere sıfır bilgi kanıtı sunmanın güzel bir yolu var (lütfen yanılıyorsam beni düzeltin).

Kırmızı top ve yeşil topun var, zavallı renk körü Charlie'nin aynı renk olduğuna inanıyor. Eğer kırmızı top ve yeşil topu arasındaki farkı söyleyebilirim Charlie ikna etmek istiyorum ve Charlie'nin bir şekilde bunu yapmak istiyor gelmez öğrenmek kırmızı ve yeşil olan. (Bir şeylerin doğru olduğunu, başka hiç kimsenin geri dönmeyeceği ve kendilerine ait bir şey olduğunu ispat edebileceği şekilde kanıtlamak istiyorsunuz.) Bunu nasıl yapabilirsiniz? Yoksa imkansız mı?

$1/2$$k$$1-1/2^k$

Şimdi Charlie giderek farkı anlayabildiğine ikna olurken, sinir bozucu bir şekilde, hangi topun kırmızı, hangisinin yeşil olduğunu öğrenmez.

Genel olarak eğitim amaçlı iyi bir kaynak , lise ve orta okul aktivitelerine çevrilmiş pek çok zarif CS fikri olan CS fişinin çekilmesidir .

En çekici yönlerden biri TCS, günlük pratik uygulamalar için soyut matematiksel fikirleri nasıl kullandığıdır. Bir sunum, internette günlük olarak gördüklerinin bir adım gerisinde kalan soyut fikirlere odaklanabilir: En kısa yollar, Facebook'ta arkadaşların bağlamına girince heyecan verici hale gelir. Pagerank'da daha fazla grafik algoritması kullanılabilir; Amazon önerileri makine öğrenmesi zorluğunu arttırıyor; ve İnternet üzerinden satın alma işlemleri kesinlikle açık anahtarlı şifreleme için iyi bir ipucudur.

Bilgisayar bilimindeki hemen hemen her konunun ilginç bir konuşma yapmak için kullanılabileceğini düşünüyorum, ancak bazıları daha uygun, sunumun en önemli kısmı.

Bilgisayar Biliminin Eğlenceli Yüzü

Kombinatoryal Oyunlar Teorisinden başta Richard Guy'ın "Adil Oyunlar" ve Elwyn R. Berlekamp, ​​John H. Conway ve Richard K. Guy'ın "Matematiksel Oyunlarınız için Kazanma Yolları" ndan ( wiki ) çeşitli oyunlar kullandım .

Bunlar eğlenceli ve onlarla sınıfta onları oynamak ve onları oynamak için doğru yolu bulalım, sonunda bu yüzden bazı ipuçları verebilir onlar oyunu kazanmak için bir yol bulmak. Bu oyunlar muhtemelen genç öğrenciler için daha uygundur.

Computer Science'ta izleyicileriniz için daha uygun bir problem seçebileceğiniz ve bunları meşgul etmek için kullanabileceğiniz başka eğlenceli konular var.

Bilgisayar Biliminin Felsefi Yüzü

Teorik bilgisayar bilimlerinde felsefe ve büyük sorularla ilgili birçok konu var . Gödel'in eksiklik teoreminden sıfır bilgi ispatlarına, güvenlik, mahremiyet, algoritmik oyun teorisi, P - NP, makine öğrenmesi, ... Ayrıntılara girmem, sadece sorunların ilginç olduğunu, sadece bilgisayar bilimlerinden daha fazlası olduğunu göstermem. , büyük sorularla ilgilidir. (Scott Aaronson'un Demokrit'ten Beri Kuantum Bilişimine ve Teorik Bilgisayar Bilimi derslerindeki harika fikirlerine bir göz atın ). Konunun bitmiş gibi hissetmelerini sağlayın (yani tüm sorular cevaplanır), alanın canlı olduğunu hissetmelerini sağlayın, ilerleme kaydedildi, ancak hala büyük zorluklar var ve keşfedilmemiş bir ülkeye yolculuk.

Bilgisayar Biliminin Teknolojik Yönü

Teknolojilerin arkasındaki bilgisayar bilimi hakkında konuşun. Kimse burada seçebilir, böylece birçok konu, tanıdık vardır teknolojiler Google arama, makine çevirisi, vizyona video oyunlarından, ... teknolojileri herkesin her gün kullanılıyor, hatta birbirine benzemez o. Devam eden ve yeni nesil teknolojilerden, yaşamlarımız üzerindeki etkilerinden ve bunların nasıl geliştiğinden bahsedin. Büyük ünlü şirketlerde (Google, Microsoft, Apple, IBM, ... gibi) devam eden araştırmalar ve geliştirdikleri ürünler hakkında konuşun. Zamanımızın büyük sorunlarından ve bilgisayar biliminin onlar üzerindeki etkisinden bahsedin .

Bilgisayar Biliminin Matematiksel Yüzü

Bu, matematikle ilgilenen, saf ve kesin tarafla ilgilenen öğrenciler için iyidir , ancak yukarıda belirtilen diğer temalarla birleştirmeden, diğer öğrenciler için etkili olmayacaktır. Büyük bir soruyla giderdim ve bir noktada bahsettiğim matematiksel problemler hakkında konuşmaya başladım.

Bilgisayar Biliminin Disiplinlerarası Yönü

Bilgisayar Bilimi muhtemelen en disiplinlerarası konulardan biridir , insancıl (sosyoloji, dil bilimi, ekonomi, felsefe, ...), doğa bilimleri (matematik, fizik, ...), biyoloji, tıp bilimleri, sanat, mühendislik (elektronik, mekanik, ...), ... her şey! İlgilendiğiniz konu ne olursa olsun, bilgisayar bilimlerinde bununla ilgili bir şey var! Scott'un dediği gibi, Her Büyük Başlıca Karşılaştırarak Sucks :).

Hepsi

Ayrıca yukarıda bahsettiğim tüm temalardan bahsetmeyi de deneyebilirsiniz. Bunu denemedim ve ne kadar etkili olacağından emin değilim. Bu duyguyu aktarmanız ve bir noktaya değinmeniz gerekiyor ve bu bir süre alıyor. Diğer bir seçenek, başlangıçta (veya sonda) hepsinden kısaca bahsetmek ve onlardan biriyle devam etmek ve ilgileniyorlarsa diğerleriyle ilgili daha fazla bilgi almak için sizinle irtibata geçebileceklerini söylemek.

bazı yorumlar

Ne hakkında konuşacak olursanız olun, bu konuda hevesli olmalısınız . Kendine gerçekten ilgi çekici olmayan bir konuyla ilgilenmeleri çok daha zor olacak. Onlara bilgisayar bilimlerini seçmek için kendi nedenlerinizi anlatın Ve sıkıcı olma .

Hem lise öğrencileri hem de birinci sınıf öğrencilere giren iki konuşmayı başarıyla kullandım.

1. Japon kağıt katlama sanatı. 5 puanlık yıldız sorunuyla başa çıkıyorum (Amerikan bayrağıyla bağlantı nedeniyle Amerikan bağlamında iyi çalışıyor) ve öğrencilerin katlama + 1 kesim ile beş puanlık bir yıldız yapmayı öğrenmeye çalışmasına izin verdim. "Kaynak" (kesme) ve algoritma tasarımının sınırlı kaynaklarla çalışma hakkında ne olduğunu konuşuyorum. Sonra gerçek dünyadaki diğer origami soruları ve uygulamaları hakkında konuşuyorum (kalp kapakçıkları, NASA teleskopları, arabalardaki çöküntü bölgeleri).

2. Krepleri sıralama: Kreplerin sıralanması ile genomun yeniden düzenlenmesi arasında güzel bir bağlantı var ve ben de öğrencilerin oynaması için köpükten krep yığınları yaptım. Harika çalışıyor ve algoritmalar, gen sıralama, Bill Gates (!) Ve diğer eğlenceli şeyler hakkında konuşmama izin veriyor.

Kriptografi her zaman genç (ve şahsen daha yaşlı umarım) bireylerin aklını toplayan bir şeydir. Hemşirelerin asistanları, hokey oyuncuları, işadamları ve politikacılar ve arkadaşlar (daha yüksek hedeflerine rağmen) olmak isteyen arkadaşlarım vardı, her biri birbirlerini icat edip kıran bakkal poşetleri ve el arabası iticileri, inşaat işçileri ve köpek kulübesi asistanları olarak iş yapıyorlardı. (kuşkusuz saf ve basit) kodlar. Özellikle, açık anahtar şifrelemesinin varlığı, birinin RSA'nın yoluna girip girmediğini açıklamak genellikle oldukça kolaydır. Biri ayrıca kanıtlar veya inşaatlar olmadan önemli sonuçların bazılarını listeleyebilir - Sıfır Bilgi Kanıtları ve Homomorfik Şifreleme, neye değer veren inek faktörünü sulamakla yükümlüdür.

İleri Hata Düzeltme ve Hata Algılama kodları da çok güzeldir ve doğru yapılırsa meraklı bir izleyici kitlesine öğretilebilir. Onları sindirmelerini kolaylaştırmak için, tesadüf endeksinin "evrenselliğinden" bahsedebilirsiniz - konuşulan tüm dilin ve yazıların, karıştırma çantalarını, ayaklarını ve uğultu klimalar.

Son olarak, karmaşıklık teorisine basit bir giriş yapmayı da önerebilirim - Teorik Bilgisayar Bilimi A Dinner-table açıklamalarına verdiğim cevabım boyunca .

AK Dewey'in Yeni Turing Omnibus'unun bilgisayar biliminde sözde gezileri var. Algoritmaların analizi, AI, karmaşıklık teorisi, hesaplama teorisi, kriptografi, bilgisayar grafikleri vb. Gibi konuları kapsar. Her konu oldukça yoğun bir biçimde yazılır ve bilgisayar bilimlerinde bir dönüm noktası sonucunu alır. Bu kitap biraz ilham verebilir.

Diğer bir olasılık, öğrencilerin Google’ın Code-in programı gibi bir şeyle ellerini kirletmelerini sağlamaktır . Google’ın Summer of Code’a benziyor ama çocuklar için. Belki de öğrencilerin katılabileceği şaşırtıcı kodlama projelerinden bazılarını göstermek, ilgi çekmenin olası bir yoludur.

Benim düşünceme göre, lise öğrencilerine seksi olmak için bir çeşit sihirbaz olmalısın. Bu yüzden randomize algoritmaların öğrenci çekicisi olarak çok iyi olduğunu düşünüyorum. Örneğin, mülk testi gerçekten ilgi çekici bir şeydir ve aynı zamanda kimseye açıklanabilecek bir şeydir (teknik değil, fikir).

PCP de sihir, ama sanırım bu ulaşılamıyor ...

Michael Mitzenmacher'ın lise öğrencilerine yönelik kodlama teorisi hakkında çok güzel bir makale:

http://www.eecs.harvard.edu/~michaelm/FUTUREOFCS/codes-mitzenmacher.pdf

Cevabım doğrudan TCS ile bağlantılı değil, matematiğin güzel ve faydalı olabileceğini gösterebilir.

Sınavda kaç öğrenciyi aldattığına dair güvenilir veriler elde etme hakkında bir konuşma yapabilirsiniz. Onlara doğrudan sorsanız, güvenilir veriler elde edemezsiniz. Güvenilir verilerin nasıl elde edileceği fikri çok basittir. Öncelikle, her öğrenciye bir tam sayı hakkında düşünmesini söyleyin, ardından şunu söyleyin:
- Tek sayı olsaydı, yeşil rengini sevip sevmediğinizi yazın. Başka herhangi bir basit soruyu seçebilirsiniz, ancak bazı anketlerden insanların yüzde kaçının bu soruya cevap verdiğini bilmek zorundasınız.
- Numarası bile olsaydı, aldatıp aldatmadığınızı yazın.

Öğrencilerin yaklaşık% 50'si ilk soruya, diğer% 50'si ikinci soruya cevap verecektir. Şimdi kaç öğrencinin hile yaptığını tahmin etmek çok kolaydır. Örnek: Cevapların% 40'ı evet ise ve insanların% 30'unun yeşil renkten hoşlandığını biliyorsanız, öğrencilerin yaklaşık% 50'sinin hile yaptığını biliyorsunuzdur.

Bunun teorik bilgisayar biliminin Akşam Yemeği tablosu açıklaması ile yakından ilgili olduğunu düşünüyorum.

Oraya gönderdiğim gibi, algoritmaların en iyi günlük problemlerle ilgili olduğunu ve bu nedenle TCS'yi çok iyi motive edebileceğini hissediyorum. ("Bir Google aramasının, telefon numaralarını aradığınız şekilde arama yapması ne kadar sürer?")

Bana göre, “bilgisayar bilimi” “tüm bilimlerin bilimi” :)

Bilim nedir"? Doğadan veri alıyoruz ve verileri açıklayan bir model oluşturmaya çalışıyoruz. Ayrıca, dolaylı olarak doğanın keyfi olmadığını varsayıyoruz. Doğanın yasaları özlü bir ifadeye sahip olmalı, veriler bazı simetrileri yerine getirmeli, vb.

Ama bu tam olarak bir öğrenme problemi! Veriler "düşük karmaşıklık" vaat eden bazı işlemlerle üretilir ve görevimiz sürecin bir tanımını yeniden oluşturmaktır.

Bu tür sorunlara ilişkin anlayışımız, ilkel düzeydedir, üzerinde çalışmak sizin görevinizdir! :) Bir kara kutu işleminin çıktısının bazı sabit işlevlere eşdeğer olup olmadığı konusundaki daha basit görünen sorun hakkındaki anlayışımız bile . Örneğin, kara kutunun küçük derinlikli bir aritmetik devre tarafından hesaplanabilecek bir işlevi değerlendirdiğine söz verdiğimizi varsayalım (bu, liselere açıklamak kolaydır) ve kutunun açık olup olmadığını öğrenmek istiyoruz. sıfır fonksiyonunun hesaplanması. Bunun, makul boyuttaki alanlardaki fonksiyonlar için evrenin yaşamında yapılıp yapılmadığını bilmiyoruz!

Aritmetik karmaşıklık teorisi, 4. derinlikteki uçurum, hesaplamadaki rastgeleliğin rolü, çarpma kapılarının sayısını azalttığımızda bilinenler vb.

Bir ay önce DIMACS'taki Alan Atölyesi'ndeki Algoritmalarda Graham Cormode, akış algoritmalarından lisans öğrencilerine eskiz teknikleri öğretme lehine tartışıyordu. Musa Charikar onlara Princeton'da öğrettiklerini söyledi, sanırım @Suresh Venkat, ağır vurucular için Misra-Gries algoritması gibi şeyler öğrettiğinden bahsetti. Bazı temel akış sonuçlarının lise öğrencileri için de harika olacağını düşünüyorum: temel fakat önemli matematik püf noktalarına güveniyorlar, problem formülasyonları bulmaca gibi ve çözümler sihir gibi hissediyor ve sihir lise öğrencilerine ilham vermek için harika bir yol. Sorunun ölçeği ile kullanabileceğiniz kaynak miktarı arasındaki dramatik farkı vurguladığınızdan emin olabilirsiniz. Aptalca bir örnek: Her bir kişiye JFK havaalanına posta kodunu giren veya çıkan herkese sorabilirsiniz.