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《計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第三章計(jì)算科學(xué)：它的意義、內(nèi)容和方法先介紹三個(gè)基本術(shù)語，它們是科學(xué)、技術(shù)和工程?？茖W(xué)是關(guān)于自然、社會(huì)和思維的發(fā)展與變化規(guī)律的知識(shí)體系。技術(shù)是泛指根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)原理而發(fā)展形成的各種工藝操作方法、技能和技巧。工程是指將科學(xué)原理應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中去而形成的各門學(xué)科的總稱。3.1什么是計(jì)算科學(xué)？計(jì)算科學(xué)是對(duì)描述和變換信息的算法過程，包括其理論、分析、設(shè)計(jì)、效率分析、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的系統(tǒng)的研究。全部計(jì)算科學(xué)的基本問題是，什么能（有效地）自動(dòng)進(jìn)行，什么不能（有效地）自動(dòng)進(jìn)行。本學(xué)科來源于對(duì)數(shù)理邏輯、計(jì)算模型、算法理論、自動(dòng)計(jì)算機(jī)器的研究，形成于本世紀(jì)30年
2、代后期?，F(xiàn)在，計(jì)算已成為繼理論、實(shí)驗(yàn)之后的第三種科學(xué)形態(tài)。3.2學(xué)科的基本問題一個(gè)學(xué)科如果沒有問題需要解決，這個(gè)學(xué)科的生命就結(jié)束了。每一個(gè)學(xué)科在發(fā)展的不同時(shí)期，都存在一些基本問題和重大問題，它們的解決推動(dòng)了學(xué)科持續(xù)的發(fā)展。那么，哪些是計(jì)算科學(xué)學(xué)科發(fā)展的重大問題和基本問題呢？重大問題是比較容易理解的，而且，相對(duì)于不同時(shí)期，重大問題既是相對(duì)的，也是比較多的。例如，學(xué)科發(fā)展早期提出的什么是可計(jì)算與不可計(jì)算的概念，50年代末60年代初提出的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言的形式化描述問題，60年代末70年代初提出的操作系統(tǒng)中的并發(fā)控制問題，等等。然而，在學(xué)科經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展
3、后，當(dāng)我們今天以科學(xué)哲學(xué)的觀點(diǎn)回顧歷史的進(jìn)程，系統(tǒng)總結(jié)學(xué)科的內(nèi)容時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)：如同數(shù)學(xué)等一些基礎(chǔ)學(xué)科一樣，在學(xué)科各個(gè)分支學(xué)科方向的發(fā)展進(jìn)程中，不斷地出現(xiàn)了一些在表現(xiàn)形式上雖然不同，但在科學(xué)哲學(xué)的解釋下本質(zhì)上是相同或相近的問題，即學(xué)科研究與發(fā)展普遍關(guān)心的基本問題。這些基本問題主要有如下三個(gè)：⑴計(jì)算的平臺(tái)與環(huán)境問題⑵計(jì)算過程的能行操作與效率問題⑶計(jì)算的正確性問題在學(xué)科發(fā)展的歷程中，不斷地追求制造出各種新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，拓展和提高計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用水平這樣兩個(gè)目標(biāo)，圍繞學(xué)科的三個(gè)基本問題使學(xué)科的發(fā)展形成了三條相對(duì)獨(dú)立的主線，形成了許多相對(duì)獨(dú)立的分支學(xué)科和研
4、究方向。同時(shí)，我們也注意到，在學(xué)科的發(fā)展過程中，不同時(shí)期，圍繞著學(xué)科的一些重大問題和基本問題，若干方向便構(gòu)成了所謂的主流方向，由主流方向又形成了學(xué)科的發(fā)展主線。計(jì)算的平臺(tái)與環(huán)境問題是不難理解的。歷史上，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，人們首先想到了要發(fā)明和制造自動(dòng)計(jì)算機(jī)器，不僅要從理論上提供計(jì)算的平臺(tái)——觀察和描述計(jì)算的起點(diǎn)，或者證明問題本身不可解，而且要實(shí)際制造出針對(duì)各種待處理問題特點(diǎn)和要求的自動(dòng)計(jì)算機(jī)器。進(jìn)一步，從廣義的計(jì)算的概念出發(fā)，計(jì)算的平臺(tái)在使用上還必須比較方便，于是派生出計(jì)算環(huán)境的概念。據(jù)此，不難看出，理論研究中提出的各種計(jì)算模型，各種實(shí)際的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，
5、各種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，各種計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，各種軟件開發(fā)工具與環(huán)境，編譯程序與操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等都是圍繞這一基本問題發(fā)展而來的，其內(nèi)容實(shí)質(zhì)可歸結(jié)為計(jì)算的模型問題，也就是說，這個(gè)基本問題實(shí)際上關(guān)心的是計(jì)算問題在理論上是否能行的問題。當(dāng)然，這里所說的計(jì)算模型是廣義的。計(jì)算過程的能行操作與效率問題也是學(xué)科的基本問題之一。一個(gè)問題在判明為可計(jì)算的性質(zhì)后，從具體解決這個(gè)問題著眼，必須按照能行可構(gòu)造的特點(diǎn)與要求，給出實(shí)際解決該問題的一步一步的具體操作，同時(shí)還必須確保這樣一種過程的開銷成本是我們能夠承受的。圍繞這一問題，學(xué)科發(fā)展了大量與之相關(guān)的研究內(nèi)容與分支學(xué)科方
6、向。例如，數(shù)值與非數(shù)值計(jì)算方法，算法設(shè)計(jì)與分析，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)與效率分析，以計(jì)算機(jī)部件為背景的集成電路技術(shù)，密碼學(xué)與快速算法，演化計(jì)算，數(shù)字系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)方法學(xué)（程序推導(dǎo)與程序變換技術(shù)），自動(dòng)布線，RISC技術(shù)，人工智能的邏輯基礎(chǔ)等分支學(xué)科的內(nèi)容都是圍繞這一基本問題展開、發(fā)展而形成的。顯然，計(jì)算操作的能行與效率問題也涉及到了計(jì)算模型的問題，但是，這里所說的計(jì)算模型既包括類似于具有狀態(tài)轉(zhuǎn)換特征的那一類計(jì)算模型，也包括數(shù)學(xué)建摸這類計(jì)算模型。不難看出，這一基本問題的核心是算法問題。這也輔助說明了在計(jì)算科學(xué)發(fā)展的早期，當(dāng)計(jì)算的平臺(tái)與環(huán)境、計(jì)算的正確
7、性問題尚不突出時(shí)，為什么學(xué)術(shù)界將本學(xué)科看成是算法的學(xué)問。計(jì)算的正確性是任何計(jì)算工作都不能回避的問題，特別是使用自動(dòng)計(jì)算機(jī)器進(jìn)行的各種計(jì)算。一個(gè)計(jì)算問題在給出了能行操作序列并解決了其效率問題之后，必須確保計(jì)算的正確性，否則，計(jì)算是無意義的，也是容易產(chǎn)生不利影響的。圍繞這一基本問題，長期以來，學(xué)科發(fā)展了一些相關(guān)的分支學(xué)科與研究方向，例如，算法理論（數(shù)值與非數(shù)值算法設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)），程序理論（程序設(shè)計(jì)方法學(xué)），程序設(shè)計(jì)語言的語義學(xué)，進(jìn)程代數(shù)與分布式事件代數(shù)，程序測(cè)試技術(shù)，電路測(cè)試技術(shù)，軟件工程技術(shù)（形式化的軟件開發(fā)方法學(xué)），計(jì)算語言學(xué)，容錯(cuò)理論與技術(shù)，Pet
8、ri網(wǎng)理論，CSP理論，CCS理論，分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等都是針對(duì)為解決這一基本問題而發(fā)展形成的。今
