計算機科學與技術方法論

第1章 緒論 
1.1 計算機科學與技術方法論產(chǎn)生的歷史背景 
1.1.1 早期關于“計算機科學”名稱的爭論 
1.1.2 《計算作為一門學科》報告的主要成果及其局限性 
1.1.3 CC1991的主要成果 
1.1.4 CC2001的主要成果 
1.1.5 計算教育面臨的3個重大問題 
1.1.6 計算機科學與技術方法論的提出 
1.2 計算機科學與技術方法論的建立 
1.2.1 計算機科學與技術方法論的定義 
1.2.2 計算學科二維定義矩陣 
1.2.3 計算學科的本質(zhì)問題歸約為定義矩陣本質(zhì)問題的說明 
1.3 計算機科學與技術方法論作為一個理論體系的闡述 
1.3.1 作為理論體系的科學技術方法論 
1.3.2 作為理論體系的計算機科學與技術方法論 
1.4 計算機科學與技術方法論研究的意義 
思考題 
第2章 計算學科中的科學問題 
2.1 概述 
2.1.1 科學問題的定義 
2.1.2 科學問題的主要特征和方法論作用 
2.2 計算的本質(zhì)、計算學科的定義及其根本問題 
2.2.1 計算本質(zhì)的認識歷史 
2.2.2 康托爾的集合論和羅素悖論 
2.2.3 希爾伯特綱領 
2.2.4 圖靈對計算本質(zhì)的揭示 
2.2.5 現(xiàn)代計算機的產(chǎn)生以及計算學科的定義 
2.2.6 計算學科的根本問題 
2.2.7 從計算的角度認知思維、視覺和生命過程
2.3 計算學科各主領域的基本問題
2.4 計算學科中的典型問題及其相關內(nèi)容 
2.4.1 哥尼斯堡七橋問題 
2.4.2 梵天塔問題 
2.4.3 算法復雜性中的難解性問題、P類問題和NP類問題 
2.4.4 證比求易算法 
2.4.5 P＝？NP 
2.4.6 旅行商問題與組合爆炸問題 
2.4.7 生產(chǎn)者－消費者問題與“哲學家共餐”問題 
2.4.8 GOTO語句的問題以及程序設計方法學 
2.5 人工智能中的若干哲學問題
2.5.1 圖靈測試
2.5.2 西爾勒的“中文屋子”
2.5.3 計算機中的博弈問題
思考題 
第3章 計算學科中的3個學科形態(tài)
3.1 一個關于“學生選課”的例子
3.1.1 對“學生選課”例子的感性認識
3.1.2 對“學生選課”例子的理性認識 
3.1.3 “學生選課”系統(tǒng)的工程設計 
3.2 抽象形態(tài)
3.2.1 一般科學技術方法論中有關抽象形態(tài)的論述
3.2.2 計算學科中有關抽象形態(tài)的論述
3.2.3 例子中有關抽象形態(tài)的主要內(nèi)容及其簡要分析
3.3 理論形態(tài)
3.3.1 一般科學技術方法論中有關理論形態(tài)的論述
3.3.2 計算學科中有關理論形態(tài)的論述
3.3.3 例子中有關理論形態(tài)的主要內(nèi)容及簡要分析
3.4 設計形態(tài)
3.4.1 一般科學技術方法論中有關設計形態(tài)的論述
3.4.2 計算學科中有關設計形態(tài)的論述
3.4.3 例子中有關設計形態(tài)的主要內(nèi)容及簡要分析
3.5 3個學科形態(tài)的內(nèi)在聯(lián)系
3.5.1 一般科學技術方法論中有關3個學科形態(tài)內(nèi)在聯(lián)系的簡要論述
3.5.2 計算學科中有關3個學科形態(tài)內(nèi)在聯(lián)系的論述
3.5.3 關系數(shù)據(jù)庫領域中3個學科形態(tài)內(nèi)在聯(lián)系的有關內(nèi)容
3.6 各主領域中3個學科形態(tài)的主要內(nèi)容
3.7 計算機語言的發(fā)展及其3個學科形態(tài)的內(nèi)在聯(lián)系
3.7.1 自然語言與形式語言
3.7.2 圖靈機與馮·諾依曼型計算機 
3.7.3 機器指令與匯編語言 
3.7.4 以虛擬機的觀點來劃分計算機的層次結構 
3.7.5 高級語言 
3.7.6 應用語言 
3.7.7 自然語言 
3.7.8 小結 
思考題 
第4章 計算學科中的核心概念
4.1 算法
4.1.1 算法的歷史簡介
4.1.2 算法的定義和特征 
4.1.3 算法實例 
4.1.4 算法的表示方法 
4.1.5 算法分析 
4.2 數(shù)據(jù)結構
4.2.1 數(shù)據(jù)結構的基本概念
4.2.2 常用的幾種數(shù)據(jù)結構
4.2.3 樹和二叉樹
4.2.4 圖
4.3 程序
4.4 軟件
4.5 硬件
4.6 CC1991報告提取的核心概念
思考題 
第5章 計算學科中的數(shù)學方法
5.1 數(shù)學的基本特征
5.2 數(shù)學方法的作用
5.3 計算學科中常用的數(shù)學概念和術語
5.3.1 集合
5.3.2 函數(shù)和關系 
5.3.3 字母表、字符串和語言 
5.3.4 布爾邏輯 
5.3.5 定義、定理和證明 
5.4 證明方法 
5.4.1 直接證明法和間接證明法 
5.4.2 反證法 
5.4.3 歸納法 
5.4.4 構造性證明 
5.5 遞歸和迭代 
5.5.1 遞歸 
5.5.2 迭代 
5.6 公理化方法 
5.6.1 理論體系 
5.6.2 公理化方法 
5.6.3 實例 
5.7 形式化方法 
5.7.1 具體公理系統(tǒng)和抽象公理系統(tǒng) 
5.7.2 形式化方法 
5.8 一個實例-Armstrong公理系統(tǒng)* 
5.8.1 預備知識 
5.8.2 Armstrong公理系統(tǒng) 
思考題 
第6章 計算學科中的系統(tǒng)科學方法 
6.1 系統(tǒng)科學的基本思想 
6.1.1 系統(tǒng)科學的基本概念 
6.1.2 系統(tǒng)科學遵循的一般原則 
6.1.3 常用的幾種系統(tǒng)科學方法 
6.1.4 實例 
6.2 結構化方法 
6.2.1 結構化方法的產(chǎn)生和發(fā)展 
6.2.2 結構化方法遵循的基本原則 
6.2.3 結構化方法的核心問題 
6.3 面向?qū)ο蠓椒?nbsp;
6.3.1 面向?qū)ο蠓椒ǖ漠a(chǎn)生和發(fā)展 
6.3.2 面向?qū)ο蠓椒ǖ幕舅枷?nbsp;
6.3.3 面向?qū)ο蠓椒ǖ暮诵膯栴} 
6.4 小結 
思考題 
第7章 形式化技術
7.1 形式化技術概述 
7.2 形式化規(guī)格技術 
7.2.1 形式化規(guī)格的定義及其分類 
7.2.2 操作類規(guī)格技術 
7.2.3 描述類規(guī)格技術 
7.2.4 形式化規(guī)格技術的應用 
7.3 形式化驗證技術 
7.3.1 模型檢驗 
7.3.2 定理證明 
思考題 
第8章 社會和職業(yè)的問題 
8.1 計算的歷史 
8.1.1 計算機史前史——1946年以前的世界 
8.1.2 計算機硬件的歷史 
8.1.3 計算機軟件的歷史 
8.1.4 計算機網(wǎng)絡的歷史 
8.2 計算的社會背景 
8.2.1 計算的社會內(nèi)涵 
8.2.2 網(wǎng)絡的社會內(nèi)涵 
8.2.3 因特網(wǎng)的增長、控制和使用 
8.2.4 有關性別的問題 
8.3 道德分析的方法 
8.3.1 道德選擇 
8.3.2 道德評價 
8.3.3 道德選擇中其他相關因素及道德選擇過程 
8.4 職業(yè)和道德責任 
8.4.1 職業(yè)化的本質(zhì) 
8.4.2 軟件工程師的道德準則及行為規(guī)范 
8.4.3 檢舉政策 
8.4.4 計算中的“可接受使用”政策 
8.5 基于計算機系統(tǒng)的風險和責任 
8.5.1 歷史上軟件風險的例子 
8.5.2 軟件的正確性、可靠性和安全性 
8.5.3 軟件測試 
8.5.4 軟件重用中隱藏的問題 
8.5.5 風險評定與風險管理 
8.6 知識產(chǎn)權 
8.6.1 什么是知識產(chǎn)權 
8.6.2 我國有關知識產(chǎn)權保護的現(xiàn)狀 
8.6.3 軟件專利 
8.6.4 有關知識產(chǎn)權的國際問題 
8.7 隱私和公民自由 
8.7.1 隱私保護的道德和法律基礎 
8.7.2 隱私保護的技術 
8.7.3 電腦空間的言論自由 
8.7.4 相關的國際問題和文化之間的問題 
8.8 計算機犯罪 
8.8.1 計算機犯罪及相關立法 
8.8.2 黑客(Cracking/Hacking) 
8.8.3 惡意計算機程序和拒絕服務攻擊 
8.8.4 防止計算機犯罪的策略 
思考題 
第9章 計算教育哲學 
9.1 概述 
9.2 計算教育哲學的第一個基本任務 
9.3 計算教育哲學的第二個基本任務 
9.3.1 如何定義一門學科 
9.3.2 計算學科的本質(zhì)、根本問題以及學科的未來 
9.3.3 計算學科是“工科”還是“理科” 
9.3.4 程序設計在計算學科中的地位 
9.3.5 計算學科目前的核心課程能否培養(yǎng)學生計算方面的能力 
9.3.6 在計算課程中如何做到理論與實踐相結合 
9.3.7 關于創(chuàng)新 
9.3.8 關于能力的培養(yǎng) 
9.4 計算教育哲學的第三個基本任務 
9.4.1 技術的變化 
9.4.2 文化的改變 
9.4.3 制定教學計劃的原則 
9.4.4 未來計算教育的發(fā)展 
思考題 
附錄 計算機科學知識體 
參考文獻