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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 学科专业名称的演变、学科描述及培养侧重点2

1.3 学科知识体和核心课程4

1.3.1 计算机科学知识体及专业核心课程4

1.3.2 计算机工程知识体及专业核心课程7

1.3.3 软件工程知识体及专业核心课程11

1.3.4 信息技术知识体及专业核心课程13

1.4 如何构建“计算机导论”课程15

1.5 计算思维与计算机导论17

1.6 本章小结20

习题一20

第2章 学科的基本问题22

2.1 引言22

2.2 对问题进行抽象的一个典型实例：哥尼斯堡七桥问题22

2.3 可计算问题与不可计算问题24

2.3.1 梵天塔问题24

2.3.2 算法复杂性中的难解性问题、P类问题和NP类问题26

2.3.3 证比求易算法26

2.3.4 P=？NP27

2.3.5 RSA公开密钥密码系统28

2.3.6 一个不可计算问题：停机问题32

2.3.7 旅行商问题与组合爆炸问题34

2.3.8 找零问题、背包问题与贪婪算法36

2.4 GOTO语句与程序的结构37

2.5 哲学家共餐问题与计算机的资源管理38

2.6 两军问题与计算机网络40

2.6.1 两军问题40

2.6.2 互联网软件的分层结构41

2.7 人工智能中的若干哲学问题43

2.7.1 图灵测试43

2.7.2 西尔勒的“中文屋子”45

2.7.3 计算机中的博弈问题45

2.8 计算机科学各主领域及其基本问题47

2.9 本章小结54

习题二54

第3章 3个学科形态57

3.1 引言57

3.2 一个关于“学生选课”的例子57

3.2.1 对“学生选课”例子的感性认识58

3.2.2 对“学生选课”例子的理性认识59

3.2.3 “学生选课”系统的工程设计60

3.3 抽象形态61

3.4 理论形态62

3.5 设计形态63

3.6 3个学科形态的内在联系64

3.7 计算机语言的发展及其3个学科形态的内在联系66

3.7.1 自然语言与形式语言66

3.7.2 图灵机与冯·诺依曼计算机68

3.7.3 机器指令与汇编语言75

3.7.4 以虚拟机的观点来划分计算机的层次结构77

3.7.5 高级语言80

3.7.6 应用语言81

3.7.7 自然语言82

3.7.8 小结84

3.8 计算机科学各领域3个学科形态的主要内容85

3.9 本章小结89

习题三90

第4章 学科中的核心概念96

4.1 引言96

4.2 算法96

4.2.1 算法的历史简介97

4.2.2 算法的定义和特征98

4.2.3 算法实例99

4.2.4 算法的表示方法100

4.2.5 算法分析105

4.2.6 常用的两类算法：搜索与排序106

4.3 数据结构112

4.3.1 数据结构的基本概念113

4.3.2 基于Vcomputer机器的数据结构概述114

4.3.3 基于Vcomputer机器的数据的逻辑结构115

4.3.4 基于Vcomputer机器的数据的存储结构119

4.4 程序123

4.5 软件124

4.6 硬件124

4.7 数据的存储和表示125

4.7.1 进位制数及其相互转换125

4.7.2 原码、反码、补码及其转换128

4.7.3 字符、字符串和汉字132

4.7.4 图像135

4.7.5 声音136

4.8 CC1991报告提取的核心概念136

4.9 本章小结138

习题四139

第5章 学科中的数学方法148

5.1 引言148

5.2 数学的基本特征149

5.3 数学方法的作用149

5.4 计算学科中常用的数学概念和术语150

5.4.1 集合150

5.4.2 函数和关系151

5.4.3 代数系统153

5.4.4 字母表、字符串和语言158

5.4.5 定义、定理和证明159

5.4.6 必要条件和充分条件160

5.5 证明方法161

5.5.1 直接证明法和间接证明法161

5.5.2 反证法162

5.5.3 归纳法162

5.5.4 构造性证明163

5.6 递归和迭代164

5.6.1 递归164

5.6.2 迭代166

5.7 随机数和蒙特卡洛方法166

5.7.1 随机数167

5.7.2 蒙特卡洛方法168

5.8 公理化方法169

5.8.1 理论体系169

5.8.2 公理化方法的基本概念170

5.8.3 实例171

5.9 形式化方法172

5.9.1 形式系统的组成、基本特点和局限性173

5.9.2 形式化方法概述174

5.9.3 形式规格175

5.9.4 形式验证176

5.10 本章小结178

习题五179

第6章 学科中的系统科学方法182

6.1 引言182

6.2 系统科学与系统科学方法182

6.2.1 系统科学的基本概念183

6.2.2 系统科学遵循的一般原则184

6.2.3 常用的几种系统科学方法185

6.2.4 实例186

6.3 软件开发中使用系统科学方法的原因187

6.3.1 人固有能力的局限性以及使用工具后产生的力量187

6.3.2 复杂性188

6.3.3 软件系统的复杂性189

6.3.4 软件开发的系统化方法需要遵循的基本原则191

6.4 结构化方法192

6.4.1 结构化方法的产生和发展193

6.4.2 结构化方法遵循的基本原则193

6.4.3 结构化方法的核心问题194

6.4.4 结构化方法实例：高等学校信息管理系统195

6.5 面向对象方法196

6.5.1 面向对象方法的产生和发展196

6.5.2 面向对象方法的基本思想197

6.5.3 面向对象方法的核心问题198

6.5.4 面向对象方法实例：图书管理系统200

6.6 本章小结202

习题六203

第7章 社会与职业问题204

7.1 引言204

7.2 计算的历史205

7.2.1 计算机史前史——1946年以前的世界205

7.2.2 计算机硬件的历史206

7.2.3 计算机软件的历史207

7.2.4 计算机网络的历史209

7.2.5 中国计算机事业发展的历程210

7.3 计算的社会背景211

7.3.1 计算的社会内涵211

7.3.2 网络的社会内涵211

7.3.3 因特网的增长、控制和使用212

7.3.4 有关性别的问题213

7.4 道德分析的方法214

7.5 职业和道德责任215

7.5.1 职业化的本质215

7.5.2 软件工程师的道德准则及行为规范216

7.5.3 与检举有关的内容217

7.5.4 计算中的“可接受使用”政策219

7.6 基于计算机系统的风险和责任220

7.6.1 历史上软件风险的例子220

7.6.2 软件的正确性、可靠性和安全性221

7.6.3 软件测试221

7.6.4 软件重用中隐藏的问题222

7.6.5 风险评定与风险管理222

7.7 团队工作223

7.7.1 基本概念223

7.7.2 团队目的224

7.7.3 团队机制224

7.7.4 团队激励226

7.7.5 团队僵局227

7.8 知识产权228

7.8.1 知识产权概述228

7.8.2 著作权、商标、专利、集成电路布图设计和商业秘密229

7.8.3 数字千年版权法和TEACH法案232

7.8.4 软件专利232

7.8.5 有关知识产权的国际问题233

7.8.6 我国有关知识产权保护的现状233

7.9 隐私和公民自由234

7.9.1 隐私保护的道德和法律基础234

7.9.2 基于Web的隐私保护技术235

7.9.3 计算机空间的言论自由238

7.9.4 相关的国际问题和文化之间的问题239

7.10 计算机犯罪239

7.10.1 计算机犯罪及相关立法239

7.10.2 黑客240

7.10.3 恶意计算机程序和拒绝服务攻击240

7.10.4 防止计算机犯罪的策略243

7.11 本章小结243

习题七244

第8章 探讨与展望246

8.1 引言246

8.2 若干问题的探讨246

8.2.1 计算本质的认识历史246

8.2.2 第三次数学危机与希尔伯特纲领247

8.2.3 图灵对计算本质的揭示248

8.2.4 如何定义一门学科249

8.2.5 计算学科属“工科”还是“理科”249

8.2.6 程序设计在计算学科中的地位250

8.2.7 计算学科目前的核心课程能否培养学生计算方面的能力250

8.2.8 在计算课程中如何做到理论与实践相结合251

8.2.9 发明与创新251

8.2.10 关于能力的培养253

8.2.11 难度、复杂度与能力253

8.2.12 科学素养255

8.3 计算学科教育的展望259

8.3.1 技术的变化259

8.3.2 文化的改变260

8.3.3 制订教学计划的原则262

8.3.4 未来的计算学科教育263

8.4 本章小结264

习题八264

附录A CC2001中的计算机科学知识体267

附录B Armstrong公理系统277

附录C 哲学家共餐问题的模型检验280

附录D m+0=m的定理证明287

索引291

参考文献300