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出版者:7-81130

作者:袁润

出品人:

页数:370

译者:

出版时间:2008-1

价格:33.00元

装帧:

isbn号码:9787811300048

丛书系列:

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深入探索计算科学的广阔领域：从基础理论到前沿应用 本书旨在为读者提供一个全面、深入的视角，探索计算科学和信息技术的广阔领域，涵盖了从核心理论基础到新兴应用实践的多个关键层面。我们聚焦于理解现代信息系统的运行机制、数据的处理与分析能力，以及算法设计与优化在解决复杂问题中的核心作用。 第一部分：计算的基石与理论架构 本部分将奠定读者对计算科学理解的理论基础，重点关注信息是如何被编码、处理和转换的。 1. 离散数学与逻辑基础 计算的本质源于精确的逻辑推理。我们将从集合论、图论和组合数学等离散数学的核心概念入手，构建形式化的思维框架。重点阐述命题逻辑和一阶逻辑在构建程序语义和验证系统正确性中的应用。深入讨论逻辑程序设计的基本原理，以及如何利用布尔代数和逻辑门阵列实现基本的计算功能。特别关注关系代数在数据库查询语言设计中的基础作用。 2. 算法设计与分析的艺术 算法是解决问题的蓝图。本章将详尽介绍设计高效算法的范式，包括分治法、贪心算法、动态规划和回溯法。对不同类型的问题（如排序、搜索、图遍历）进行深入的比较分析，阐述其时间复杂度和空间复杂度的严格界定方法，例如使用大O、Ω和Θ符号进行渐进分析。此外，还将探讨NP完全性理论的意义，解释为什么某些问题在计算上被认为是“困难的”，以及在实践中如何利用启发式算法和近似算法来处理这些挑战。 3. 计算机体系结构与底层机制 理解软件如何依赖于硬件至关重要。本章将剖析现代冯·诺依曼架构的组成部分，包括中央处理器（CPU）的流水线设计、指令集架构（ISA）的工作原理，以及存储器层次结构（寄存器、高速缓存、主存和辅助存储）对程序性能的影响。我们将详细介绍数据的二进制表示、补码运算，以及I/O系统的机制，揭示高级语言指令如何转化为机器级的操作。 4. 形式化语言与自动机理论 本部分是理解编译器和形式化验证的理论前提。我们将系统介绍有限自动机（DFA/NFA）、下推自动机，以及它们所能识别的正则语言和上下文无关语言。重点分析乔姆斯基语言层级结构，并阐述正则表达式和上下文无关文法（CFG）在描述编程语言语法中的实际应用。此外，还将引入图灵机作为计算能力的普适模型，探讨停机问题等不可判定性问题。 第二部分：软件工程与系统实现 本部分着眼于如何将理论知识转化为健壮、可维护的实际软件系统。 5. 现代编程范式与面向对象设计 本书不会局限于单一的编程语言，而是深入探讨不同编程范式背后的哲学思想。重点分析面向对象编程（OOP）的四大支柱（封装、继承、多态、抽象）及其在大型系统建模中的优势。同时，将介绍函数式编程的核心概念，如纯函数、不可变性、高阶函数以及惰性求值，并对比它们在处理并发和状态管理方面的差异。 6. 操作系统原理与资源管理 操作系统是连接硬件与应用程序的桥梁。我们将详细探讨进程与线程的概念、并发控制机制（如信号量、互斥锁）以避免竞争条件。深入分析内存管理技术，如分页、分段以及虚拟内存的实现原理，理解操作系统如何高效地抽象和管理物理资源。此外，文件系统的组织结构和调度算法（如先来先服务、时间片轮转）也将被详尽讨论。 7. 数据库系统与数据持久化 理解数据的存储、查询和管理是现代信息系统的核心能力。本章将侧重于关系型数据库模型，深入探讨实体关系（ER）模型、数据规范化理论（1NF到BCNF），以及SQL语言的高级特性，包括事务管理（ACID特性）和并发控制协议。同时，也会对非关系型数据库（NoSQL）的出现背景、主要类型（如键值存储、文档型、图数据库）及其适用场景进行对比分析。 第三部分：网络、数据与智能计算 本部分探索信息如何在广域环境中流动，以及如何从海量数据中提取知识。 8. 计算机网络与通信协议栈 理解全球信息交互的基础是掌握网络协议。我们将从OSI七层模型和TCP/IP协议栈的角度，系统梳理数据在网络中传输的完整路径。重点分析IP寻址、路由选择的原理，以及TCP和UDP在传输层提供的不同服务质量。此外，还将讨论万维网（WWW）的基础技术，如HTTP协议的工作流程、域名系统（DNS）的作用，以及网络安全中的基本加密和认证机制。 9. 数据挖掘与机器学习导论 面对爆炸式增长的数据，从数据中提取洞察已成为关键技能。本章将导论性地介绍数据挖掘的整个流程，包括数据预处理（清洗、集成、变换）。核心内容将聚焦于监督学习（回归、分类算法如决策树、支持向量机）、无监督学习（聚类算法如K-Means）的基本数学原理和模型评估方法（如交叉验证、ROC曲线）。重点强调特征工程的重要性。 10. 分布式系统与云计算基础 现代计算越来越依赖于大规模集群。本章将探讨分布式系统的挑战，如一致性、容错性和网络分区（FLP不可能原理）。我们将分析分布式事务处理的原理，并介绍当前主流的分布式计算框架（如MapReduce思想的演进）如何实现大规模数据的并行处理。对云计算的基本服务模型（IaaS, PaaS, SaaS）及其背后的虚拟化技术和资源弹性伸缩机制进行深入剖析。 本书结构严谨，内容覆盖面广，旨在培养读者扎实的计算理论功底和解决复杂工程问题的综合能力，是理工科领域学生及相关技术人员构建全面技术知识体系的理想参考读物。

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