1、计算科学导论计算科学导论计算机科学的意义、内容和方法1 什么是计算科学？2 学科的基本问题3 计算科学发展主线4 计算科学的分类与分支学科简介5 计算科学与数学和其它相关学科的关系6 计算科学的学科形态1 什么是计算科学？n 计算科学n 计算学科 是对描述和变换信息的算法过程的研究 , 包括对其理论、分析、设计、效率、实现和应用等进行的系统研究。它来源于对算法理论、数理逻辑、计算模型、自动计算机器的研究，并与存储式电子计算机的发明一起形成于 20世纪 40年代初期 n 计算学科的研究包括从算法与可计算性的研究，到根据可计算硬件和软件的实际实现问题的研究。这样，计算学科不但包括从总体上对算法和信
2、息处理过程进行研究的内容，也包括满足给定规格要求的有效而可靠的软硬件设计 它包括所有科目的理论研究、实验方法和工程设计 n 现在 , 计算 已成为继 理论、实验 之后的第三种科学形态1 什么是计算科学？ (续 )n 数理逻辑n 数学的分支 , 研究推理的科学n 一个基础 : 命题逻辑与谓词逻辑n 四个研究领域n 集合论n 模型论n 递归论n 构造性数学与证明论n 现在更多地从直觉主义逻辑出发 , 从语法和语义角度刻画逻辑系统1 什么是计算科学？ (续 )n 30年代关于计算模型的研究n 哥德尔的递归函数论n 丘奇的 演算n 波斯特的符号变换系统 (程序设计语言的基础 )n 图灵的图灵机n 计算
3、机学科是科学还是工程n IEEE/CS联合小组的结论n 计算机科学与计算机工程之间在本质上没有区别n 能行性是学科的核心问题n 能行性贯穿硬件和软件的理论 ,方法和技术研究 ,以及应用研究与开发1 什么是计算科学？ (续 )n 计算学科的重要学术组织n 美国计算机学会 (ACM)n 国际电气、电子工程师学会计算机学会（ IEEE/CS）n 国际信息处理联合会（ IFIP）n 美国人工智能协会（ AAAI）n 各国的计算机学会，人工智能学会n 中国计算机学会n 重要的学术刊物n 重要的出版社和出版物n 重要的国际 /国内学术会议2 学科的基本问题n 在学科各个分支学科方向的发展进程中，不断地出现
4、了一些在表现形式上虽然不同，但在科学哲学的解释下本质上是相同或相近的问题，即学科研究与发展普遍关心的基本问题。n 计算学科的三个基本问题： 计算的平台与环境问题 计算过程的能行操作与效率问题 计算的正确性问题2 学科的基本问题n 计算的平台与环境问题n 为了实现自动计算 计算机的发明n 为了解题或证明问题本身不可解 计算模型n 只有构造性计算模型才是能行的n 模型还必须是确定性的n 计算平台的使用还必须是方便的 计算环境n 从某种意义上讲 ,计算的平台与环境问题包括n 计算模型n 计算机体系结构n 操作系统n 高级程序设计n 软件开发工具与开发环境 ,2 学科的基本问题n 计算过程的能行操作与
5、效率问题n 理论上的可计算 , 但实际上并不一定能行n 例 : 梵天塔问题 n 相传印度教的天神梵天在创造地球这一世界时 , 建了一座神庙 .神庙里竖有三根宝石柱子 , 柱子由一个铜座支撑 . 梵天将 64个直径大小不一的金盘子按照从大到小的顺序依次套放在第一根柱子上 , 形成一座金塔 . 即所谓的梵天塔 , 又称汉诺塔 .例 : 梵天塔问题 (续 )n 天神让庙里的僧侣们将第一根柱子上的 64个盘子 , 借助第二根柱子 , 全部移到第三根柱子上 . 同时定下 3条规则n 每次只能移动一个盘子 .n 盘子只能在三根柱子上来回移动 , 不能放在他处 .n 在移动过程中 , 三根柱子上的盘子必须始终保持大盘在下小盘在上n 解决该问题的方法是递归解法n 将一个较大的问题归约为一个或多个子问题的求解方法
