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0.3 学习大纲

《计算机科学概论(第12版)》第0章绪论,在开篇的这一章,我们探讨计算机科学所涉及的领域,介绍其历史背景,然后为我们的深入学习奠定基础。本节为大家介绍学习大纲。

作者:刘艺/吴英/毛倩倩 译来源:人民邮电出版社|2018-01-28 19:53

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0.3 学习大纲

本书遵循自底向上的方法讲述计算机科学,先从读者有亲身体验的主题开始(如计算机硬件),继而引出比较抽象的主题(如算法复杂性和可计算性)。结果是,我们的学习遵循了这样一个模式:随着我们对主题理解的深入,我们构建的抽象工具会越来越大。

我们首先学习与设计和构造执行算法的机器有关的主题。第1章(数据存储)学习现代计算机的信息编码和信息存储问题,第2章(数据操作)研究简单计算机的内部基本操作。虽然部分学习内容涉及技术问题,但总体上是独立于具体技术的。也就是说,像数字电路设计、数据编码与压缩系统,以及计算机体系结构这样的主题,与很多技术都相关,并且不管未来技术的发展方向如何,它们的相关性都不会变。

第3章(操作系统)将学习控制一台计算机总体操作的软件,这种软件称为操作系统。操作系统控制机器与其外部世界之间的接口:保护机器及其内部存储数据不被非授权用户访问;允许计算机用户请求执行各种程序;协调内部活动,以满足用户请求。

第4章(组网及因特网)将学习计算机是如何连接成计算机网络的,网络又是如何连接成互联网的。这些知识涉及到很多主题,如网络协议、因特网结构和内部操作、万维网,以及诸多的安全问题。

第5章(算法)比较正式地介绍了算法。我们要研究算法的发现,明确几种基本的算法结构,开发几项表示算法的初等技术,并介绍算法的有效性和正确性问题。

第6章(程序设计语言)研究的问题是算法表示和程序开发过程。在这一章中,我们会发现,人们在不断改善程序设计技术的过程中,创造出了各种各样的程序设计方法学或范式,而每一种都有自己的一套程序设计语言。我们将研究这些范式和语言,以及语法和语言翻译的问题。

第7章(软件工程)将介绍计算机科学的一个分支——软件工程。软件工程处理的是开发大型软件系统时所遇到的问题。大型软件系统的设计是一项复杂的任务,会遇到传统工程未涉及的许多问题。因此,软件工程这一学科已经成为计算机科学中一个重要的研究领域,它借鉴了诸如工程、项目管理、人事管理、程序设计语言设计,甚至是建筑学等众多领域的研究经验。

在接下来的两章中,我们将学习在计算机系统中组织数据的方法。第8章(数据抽象)介绍传统上用于在计算机主存储器中组织数据的技术,然后探索数据抽象的演变发展,从原语的概念一直到今天的面向对象式技术。第9章(数据库系统)介绍传统上用于在计算机海量存储器中组织数据的方法,并研究如何实现非常大的复杂数据库系统。

第10章(计算机图形学)将研究图形和动画,这是一个创建并图像化虚拟世界的领域。在计算机科学传统领域(如机器体系结构、算法设计、数据结构和软件工程)发展的基础上,图形和动画学科取得了显著进展,业已发展成为激动人心、充满活力的学科。此外,这个领域说明了,计算机科学的各个组成部分,是如何与物理、艺术和摄影等学科相结合产生显著成果的。

在第11章(人工智能)中,我们将了解到,为了开发更有用的机器,计算机科学现已一马当先,转向研究人类智能。研究人员希望通过对我们自己的思维推理和认知的了解,设计出模拟这些过程的算法,从而把这些比较的能力传递给机器。结果,计算机科学就有了这个称为人工智能的领域,它非常依赖于心理学、生物学和语言学等领域的研究。

我们的学习到第12章(计算理论)结束,这一章将介绍计算机科学的理论基础,这个主题会让我们了解到算法(和机器)的局限性。在本章,我们不但明确了几个算法上不能解决的问题(它们在理论上也是超出机器能力的),而且认识到许多其他问题的解决都需要大量的时间或空间,以致从实践的角度上讲也是不可解的。因此,通过本章的学习,我们将能够掌握算法系统的应用范围和局限性。

我们的目标是,每一章主题的探讨都足够深入,使读者真正理解。我们希望所阐述的计算机科学知识对大家的工作能有所帮助——使读者了解自己所生活的技术社会,打好跟随科技进步自我学习的基础。


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