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目录1

第1章 绪论1

1.1 计算机科学与技术方法论产生的历史背景1

1.1.1 早期关于“计算机科学”名称的争论2

1.1.2 《计算作为一门学科》报告的主要成果及其局限性2

1.1.3 CC1991的主要成果3

1.1.4 CC2001的主要成果4

1.1.5 计算教育面临的3个重大问题4

1.1.6 计算机科学与技术方法论的提出5

1.2 计算机科学与技术方法论的建立6

1.2.1 计算机科学与技术方法论的定义6

1.2.2 计算学科二维定义矩阵7

1.2.3 计算学科的本质问题归约为定义矩阵本质问题的说明8

1.3 计算机科学与技术方法论作为一个理论体系的阐述9

1.3.1 作为理论体系的科学技术方法论10

1.3.2 作为理论体系的计算机科学与技术方法论12

1.4 计算机科学与技术方法论研究的意义14

思考题16

第2章 计算学科中的科学问题17

2.1 概述17

2.1.1 科学问题的定义17

2.1.2 科学问题的主要特征和方法论作用17

2.2 计算的本质、计算学科的定义及其根本问题18

2.2.1 计算本质的认识历史18

2.2.2 康托尔的集合论和罗素悖论19

2.2.4 图灵对计算本质的揭示20

2.2.3 希尔伯特纲领20

2.2.5 现代计算机的产生以及计算学科的定义21

2.2.6 计算学科的根本问题22

2.2.7 从计算的角度认知思维、视觉和生命过程23

2.3 计算学科各主领域的基本问题23

2.4 计算学科中的典型问题及其相关内容27

2.4.1 哥尼斯堡七桥问题28

2.4.2 梵天塔问题29

2.4.3 算法复杂性中的难解性问题、P类问题和NP类问题31

2.4.4 证比求易算法32

2.4.5 P＝？NP33

2.4.6 旅行商问题与组合爆炸问题34

2.4.7 生产者-消费者问题与“哲学家共餐”问题36

2.4.8 GOTO语句的问题以及程序设计方法学37

2.5 人工智能中的若干哲学问题38

2.5.1 图灵测试38

2.5.2 西尔勒的“中文屋子”40

2.5.3 计算机中的博弈问题40

思考题42

第3章 计算学科中的3个学科形态44

3.1 一个关于“学生选课”的例子44

3.1.1 对“学生选课”例子的感性认识44

3.1.2 对“学生选课”例子的理性认识46

3.1.3 “学生选课”系统的工程设计47

3.2.3 例子中有关抽象形态的主要内容及其简要分析49

3.2.2 计算学科中有关抽象形态的论述49

3.2.1 一般科学技术方法论中有关抽象形态的论述49

3.2 抽象形态49

3.3 理论形态50

3.3.1 一般科学技术方法论中有关理论形态的论述50

3.3.2 计算学科中有关理论形态的论述50

3.3.3 例子中有关理论形态的主要内容及简要分析50

3.4 设计形态50

3.4.1 一般科学技术方法论中有关设计形态的论述50

3.4.2 计算学科中有关设计形态的论述51

3.4.3 例子中有关设计形态的主要内容及简要分析51

3.5 3个学科形态的内在联系52

3.5.1 一般科学技术方法论中有关3个学科形态内在联系的简要论述52

3.5.2 计算学科中有关3个学科形态内在联系的论述52

3.5.3 关系数据库领域中3个学科形态内在联系的有关内容53

3.6 各主领域中3个学科形态的主要内容54

3.7 计算机语言的发展及其3个学科形态的内在联系59

3.7.1 自然语言与形式语言59

3.7.2 图灵机与冯诺依曼型计算机62

3.7.3 机器指令与汇编语言66

3.7.4 以虚拟机的观点来划分计算机的层次结构68

3.7.5 高级语言70

3.7.6 应用语言72

3.7.7 自然语言73

3.7.8 小结76

思考题77

4.1.1 算法的历史简介78

第4章 计算学科中的核心概念78

4.1 算法78

4.1.2 算法的定义和特征79

4.1.3 算法实例80

4.1.4 算法的表示方法82

4.1.5 算法分析88

4.2 数据结构89

4.2.1 数据结构的基本概念89

4.2.2 常用的几种数据结构90

4.2.3 树和二叉树90

4.2.4 图91

4.4 软件92

4.3 程序92

4.5 硬件93

4.6 CC1991报告提取的核心概念93

思考题95

第5章 计算学科中的数学方法97

5.1 数学的基本特征97

5.2 数学方法的作用98

5.3 计算学科中常用的数学概念和术语98

5.3.1 集合98

5.3.2 函数和关系100

5.3.3 字母表、字符串和语言101

5.3.4 布尔逻辑102

5.4.1 直接证明法和间接证明法103

5.4.2 反证法103

5.4 证明方法103

5.3.5 定义、定理和证明103

5.4.3 归纳法104

5.4.4 构造性证明105

5.5 递归和迭代106

5.5.1 递归106

5.5.2 迭代108

5.6 公理化方法109

5.6.1 理论体系109

5.6.2 公理化方法109

5.6.3 实例110

5.7.2 形式化方法111

5.7.1 具体公理系统和抽象公理系统111

5.7 形式化方法111

5.8 一个实例——Armstrong公理系统113

5.8.1 预备知识113

5.8.2 Armstrong公理系统114

思考题116

第6章 计算学科中的系统科学方法117

6.1 系统科学的基本思想117

6.1.1 系统科学的基本概念118

6.1.2 系统科学遵循的一般原则119

6.1.3 常用的几种系统科学方法120

6.1.4 实例121

6.2 结构化方法122

6.2.2 结构化方法遵循的基本原则123

6.2.1 结构化方法的产生和发展123

6.2.3 结构化方法的核心问题124

6.3 面向对象方法126

6.3.1 面向对象方法的产生和发展126

6.3.2 面向对象方法的基本思想127

6.3.2 面向对象方法的核心问题129

6.4 小结130

思考题131

第7章 形式化技术132

7.1 形式化技术概述132

7.2 形式化规格技术134

7.2.1 形式化规格的定义及其分类134

7.2.2 操作类规格技术134

7.2.3 描述类规格技术139

7.2.4 形式化规格技术的应用143

7.3 形式化验证技术144

7.3.1 模型检验144

7.3.2 定理证明146

思考题147

第8章 社会和职业的问题148

8.1 计算的历史149

8.1.1 计算机史前史——1946年以前的世界149

8.1.2 计算机硬件的历史150

8.1.3 计算机软件的历史151

8.1.4 计算机网络的历史153

8.2.1 计算的社会内涵154

8.2.2 网络的社会内涵154

8.2 计算的社会背景154

8.2.3 因特网的增长、控制和使用155

8.2.4 有关性别的问题156

8.3 道德分析的方法157

8.3.1 道德选择157

8.3.2 道德评价158

8.3.3 道德选择中其他相关因素及道德选择过程158

8.4 职业和道德责任159

8.4.1 职业化的本质159

8.4.2 软件工程师的道德准则及行为规范159

8.4.3 检举政策161

8.4.4 计算中的“可接受使用”政策161

8.5.1 历史上软件风险的例子162

8.5 基于计算机系统的风险和责任162

8.5.2 软件的正确性、可靠性和安全性163

8.5.3 软件测试163

8.5.4 软件重用中隐藏的问题164

8.5.5 风险评定与风险管理164

8.6 知识产权165

8.6.1 什么是知识产权165

8.6.2 我国有关知识产权保护的现状166

8.6.3 软件专利167

8.6.4 有关知识产权的国际问题168

8.7 隐私和公民自由168

8.7.1 隐私保护的道德和法律基础168

8.7.2 隐私保护的技术169

8.7.3 电脑空间的言论自由170

8.7.4 相关的国际问题和文化之间的问题171

8.8 计算机犯罪172

8.8.1 计算机犯罪及相关立法172

8.8.2 黑客（Cracking/Hacking）173

8.8.3 恶意计算机程序和拒绝服务攻击173

8.8.4 防止计算机犯罪的策略174

思考题175

第9章 计算教育哲学177

9.1 概述177

9.2 计算教育哲学的第一个基本任务178

9.3 计算教育哲学的第二个基本任务178

9.3.1 如何定义一门学科178

9.3.3 计算学科是“工科”还是“理科”179

9.3.2 计算学科的本质、根本问题以及学科的未来179

9.3.4 程序设计在计算学科中的地位180

9.3.5 计算学科目前的核心课程能否培养学生计算方面的能力180

9.3.6 在计算课程中如何做到理论与实践相结合180

9.3.7 关于创新181

9.3.8 关于能力的培养182

9.4 计算教育哲学的第三个基本任务182

9.4.1 技术的变化183

9.4.2 文化的改变183

9.4.3 制定教学计划的原则184

9.4.4 未来计算教育的发展185

思考题187

附录 计算机科学知识体188

参考文献200