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1、计算机科学与技术学科的发展,李师贤 2007.12.14,内容,一、历史回顾 二、计算机科学与技术的定义 三、计算机科学与技术学科教育 四、计算机科学与技术学科的基本问题 五、发展趋势 结束语,一、历史回顾,1、人类社会的发展阶段 2、工程技术学科发展的三个阶段 3、计算机科学与技术的发展 4、Internet的发展 5、计算机科学的发展,1、人类社会的发展阶段,2、工程技术学科发展的三个阶段,科学 萌芽阶段 技术 成长阶段 工程化、产业化 成熟阶段科学,3、计算机科学与技术的发展(1/2),计算机科学与技术的发展(2/2),从整机和应用发展的角度划分变革阶段,4、Internet的发展,5、
2、计算机科学的发展,二、计算机科学与技术的定义,1、计算机科学的种种定义 2、各发展方向的问题空间 3、关于计算机科学定义的启示,1、计算机科学的种种定义,1、计算机科学是研究与计算机有关现象的科学。（Newell, Perlis和Simon，1967） 2、计算机科学是研究算法的科学。 (Knuth, 1968) 3、计算机科学是研究信息结构的表示、变换和解释的科学。（Wegner, 1968） 4、计算机科学是研究和管理复杂性的科学。 （ Dijkstra, 1969） 5、计算机科学技术是研究计算机的设计与制造和利用计算机进行信息获取、表示、储存、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科
3、。,Computing Curricula 2004Overview Report(2004.6.1),Guide to Undergraduate Degree Programs in Computing For undergraduate degree programs in Computer Engineering Computer Science Information Systems Information Technology Software Engineering Joint Task Force for Computing Curricula 2004 A cooperati
4、ve project of ACM/AIS/IEEE-CS Strawman Draft 1 June 2004 这是在CCCS2001的基础上，根据大家建议提出来的。,2、各发展方向的问题空间,CS,IS,IT,SE,CE,摘自CC2005,3、关于计算机科学定义的启示(1/3),计算机科学定义的内容： - 部分是关于经验地研究一类现象的科学； - 部分是关于若干类抽象结构的形式性质的数学； - 部分是关于价格上经济地设计和构造商业上和社会上有价值产品的工艺学。,3、关于计算机科学定义的启示(2/3),计算机科学研究人员所持的研究态度： - 自然科学态度（经验科学态度） - 数学态度 - 工
5、程态度,3、关于计算机科学定义的启示(3/3),计算机科学研究人员应具有的能力： - 有经验科学家追根问底的精神； - 有数学家建立模型和抽象的能力； - 有工程师建造工具和实现的能力。,三、计算机科学与技术学科教育,1、专业方向 特点 2、人才培养的基本定位 3、问题空间 4、知识领域的划分与核心学时分配 5、能力要求 6、课程体系示例 7、计算机学科本科生应该具有的通用技能 8、教学的三个过程 9、实例,1、专业方向 特点,专业内容相对突出计算的理论和算法，在计算理论以及相关的数学领域为学生打下较好的基础，要求学生掌握求解计算问题的有效方法 ，擅长算法分析与设计，对于应用的实际问题具有理性
6、分析的能力。,2、人才培养的基本定位,德、智、体、美全面发展 掌握自然科学基础知识 注重计算机科学基础理论，兼顾计算机系统及应用,3 、问题空间,摘自CC2005,4、知识领域的划分与核心学时分配,CS-AR计算机体系结构与组织（82） CS-AL算法与复杂性（54） CS-HC人机交互（12） CS-OS操作系统（40） CS-PF程序设计基础（69） CS-SP社会与职业问题（11） CS-SE软件工程（54） CS-DS离散结构（72） 注： 红色为计算机科学特有或者重点知识领域 （括弧内为每个领域核心学时数，全部领域共560学时）,CS-NC网络计算（48） CS-PL程序设计语言（5
7、4） CS-GV图形学与可视化计算（8） CS-IS智能系统（22） CS-IM信息管理（34） CS-CN数值计算 详细信息参见计算机科学与技术专业规范3.2.3小节的表3-1,5、能力要求,具备在计算机科学领域里分析问题、解决问题的能力 具备实践能力 具备良好外语运用能力 团队精神与组织才能 沟通能力与良好的人际关系 表达能力,6、课程体系示例(1/2),6、课程体系示例(2/2),7、计算机学科本科生应该具有的 通用技能(毕业生的要求),(1) 基本要求 数学要求 科学方法 熟悉应用 沟通技能 团队工作能力 其它（职业道德、知识产权、法律等应有足够的重视和了解）,(2) 具体要求,系统级
8、的预测能力 理论与实践间相互作用的判断 熟悉重复出现的概念 大项目的经验知识 适应变化的能力,(3) 能力与技巧,认知CS中的能力和技巧 实践CS中的能力和技巧 其它能力和技巧（交流、团队协作、数据表达、自我管理、职业开发等）,(4) 典型标准,对知识体的主领域和科学理论有较深刻的理解 对非形式描述的问题能进行准确的分析，并能用相关的概念、理论和准则，还能有效地选择和使用相应的技术和工具 能完成一个项目的分析、定义、设计和实现 能在极少指导下独立工作，以及作为团队或成员进行工作的能力 能从事专业的、合法的、合乎道德的正确的实践活动 明确继续专业发展和终身学习的机制 能在一个广泛的范围内综合地运
9、用所学知识的能力,8、教学的三个过程,(1) Theory Definition and Axioms, Theorems, Proof, Interpretation of result (2) Abstraction Data collection and Hypothesis formation, Modeling and Prediction, Design of an experiment, Analysis of results (3) Design Requirements, Specification, Design and Implementation, Testing an
10、d Analysis,9、实例,Programming Languages,(1)理论, 形式语言与自动机，包括语法分析和语言翻译理论 Turing Machines （过程语言的基础）、Post Systems （串处理语言的基础）、一Calculus （函数语言的基础） 形式语义学：定义计算机数学模型的方法，以及模型、语言语法与实现之间的关系。主要方法包括符号、代数、操作和公理的语义学 作为支持领域：谓词逻辑、时态逻辑、近世代数、及数学归纳法,(2)抽象, 基于语法和动态语义学模型的语言分类: 静态类型、动态类型、函数、过程、面向对象、逻辑、规格说明、消息传送和数据流 按应用领域的语言分类
11、 事务数据处理、模拟、表处理、及图形 对程序结构的基本语法和语义模型的分类： 过程分层、功能组合、抽象数据类型、通信并行处理 各种基本语言类型的抽象实现模型 语法分析、编译、解释和代码优化的方法 语法分析器、扫描仪、编译器构件和编译器的自动生成方法,(3) 设计, 具体的语言把个别的抽象机器（语义）装配在一起形成可实现的整体 过程式（Fortran、ALGOL、Cobol、Ada、C） 函数式（Lisp） 数据流（SISAL，VAL） 面向对象的（Smalltalk、C+） 逻辑式（Prolog） 串式（SNOBOL） 并发（CSP、OCCAM 、Concurrent Pascal 、Modu
12、la2） , 特殊语言的具体实现方法：运行期模型、静态和动态执行方法、打印校对、存储器和寄存器的分配、编译器、交叉编译、解释器，及在程序中寻找并行性的系统 编程环境 语法分析器和扫描生成器（YACC，LEX）、编译生成器 用于检查语法和语义错误的程序，程序特征表的产生、调试和跟踪 编程语言用于文档处理功能的方法：如建表、图、化学公式、展开方程、I/O及数据处理。其它应用：如统计处理,请仔细阅读并思考下列所示的五个程序段，指出它们的功能,程序段1: maxv = ( b + a ) / 2 + abs( ( a - b ) / 2 ); maxv = ( maxv + c ) / 2 + abs
13、( ( maxv - c ) / 2 );,程序段2:,#include void main() int a; int b; int c; int maxv; cout a b c; if ( a b ) goto L1; if ( b c ) goto L2; maxv = c; goto L4; L1: if ( b c ) goto L3; if ( a c ) goto L3; maxv = c; goto L4; L2: maxv = b; goto L4; L3: maxv = a; L4: cout The max number is: maxv n; ,程序段3:,if ( a
14、 b ) if ( a c ) maxv = a; else maxv = c; else if ( b c ) maxv = b; else maxv = c; ,程序段4:,maxv = a; if ( b maxv ) maxv = b; if ( c maxv ) maxv = c;,程序段5:,maxv = max( max( a, b ), c ); 【思考要点】 在程序设计过程中，你觉得可以通过哪些方式提高程序的可理解性？ 程序的可理解性和编写程序所使用的程序设计语言有关。程序设计语言经历了机器语言、汇编语言、过程式程序设计语言、面向对象程序设计语言的发展阶段，试分析这些语言各自
15、的特点，并解释为什么越是后期出现的语言其编写出来的程序的可理解性会越强。,四、计算机科学与技术学科的 基本问题,1、基本问题 2、学科发展的主线 3、学科形态 4、学科基本工作流程方式,1、基本问题,计算的平台和环境问题计算模型问题 计算过程的能行操作和效率问题算法 与程序问题 计算的正确性问题语义学问题,2、学科发展的主线,计算模型与计算机系统 计算模型、语言与软件开发方法学 应用数学与计算机应用,3、学科形态,理论：关心的是以形式化方式揭示对象的性质和相互之间的关系 抽象：关心的是以实验方式揭示对象的性质和相互之间的关系 设计：关心的是以生产方式对这些性质和关系的一些特定的实现，完成具体而
16、有用的任务,4、学科基本工作流程方式,对现实世界中被研究的对象进行抽象，建立必要的基本概念，运用数学工具和方法对其进行基础和应用基础研究，研究（对象）概念的基本性质、概念与概念之间的关系，由此揭示对象发展变化的内在规律，为实验设计和工程设计实现提供方法和技术，并开展实验和工程设计与实现工作。 其中，抽象（主要指抽象化过程）是理论、抽象和设计三个基本学科形态中最重要的一个形态，它是连接学科科学研究与工程应用开发研究的重要环节。,五、发展趋势,软件是一台计算设备的思维中枢。经过数十年的发展，软件产业已经成为当今世界投资回报比最高的产业之一，而这一产业正在潜移然化地改变着我们赖以生存的这个星救的面貌。新世纪，软件产业的发展趋势： 网络化趋势； 服务化趋势； 全
