計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論.ppt

1、第9章 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論,內(nèi)容來(lái)源 中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)學(xué)科教程研究組發(fā)布 中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002。 教育部計(jì)算機(jī)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制 高等學(xué)校計(jì)算機(jī)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范（2006）。 IEEE-CS/ACM發(fā)布 CC1991（Computing Curricular 1991）. CC2001, CC2004, CC2005.,第9章 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論,學(xué)習(xí)目的 深入理解計(jì)算機(jī)學(xué)科的本質(zhì)。 提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。 提高科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)能力。 拓寬思路、強(qiáng)化知識(shí)的系統(tǒng)性、培養(yǎng)創(chuàng)新思維。 知識(shí)、方法、思想。,第9章 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論,9.1 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論簡(jiǎn)介 9.2 計(jì)算機(jī)學(xué)科的

2、定義 9.3 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論 9.4 計(jì)算機(jī)學(xué)科的三個(gè)過(guò)程 9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念 9.6 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的數(shù)學(xué)方法 9.7 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的系統(tǒng)科學(xué)方法 9.8 本章小結(jié),9.1 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論簡(jiǎn)介,計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展 計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)背景,9.1.1 計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展,計(jì)算機(jī)學(xué)科的劃分 計(jì)算機(jī)科學(xué)。 計(jì)算機(jī)工程/軟件工程。 信息系統(tǒng)/信息技術(shù)。 擴(kuò)充之后的計(jì)算機(jī)學(xué)科也稱為計(jì)算學(xué)科（Computing Discipline）,知識(shí)體系的變化 計(jì)算機(jī)發(fā)展早期 數(shù)學(xué)/離散數(shù)學(xué)/電子學(xué)/程序設(shè)計(jì)。 20世紀(jì)60-70年代 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法/計(jì)算機(jī)組成原理。 編譯原理/操作系統(tǒng)/數(shù)據(jù)庫(kù)原理。 20

3、世紀(jì)80年代以后 并行技術(shù)/分布計(jì)算/網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 軟件工程/嵌入式系統(tǒng)。,9.1.1 計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展,國(guó)際背景 1962年美國(guó)普渡大學(xué) 首開計(jì)算機(jī)學(xué)位課程。 1991年IEEE-CS/ACM發(fā)布 Computing Curricula 1991（CC1991）. 2001年IEEE-CS/ACM發(fā)布 Computing Curricula 2001（CC2001）. 目前演變成CC2004, CC2005.,9.1.2 計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)背景,國(guó)內(nèi)背景 專業(yè)設(shè)置 1956年哈爾濱工業(yè)大學(xué)首開計(jì)算裝置與儀器專業(yè)。 經(jīng)歷了計(jì)算機(jī)及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)科學(xué)教育、計(jì)算機(jī)器件及設(shè)備等名稱的變化。 19

4、98年統(tǒng)一為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。 從2001年開始又增設(shè)了軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)。 招生學(xué)校與人數(shù) 2004年全國(guó)有505所高校開辦有計(jì)算機(jī)本科專業(yè)，在校學(xué)生數(shù)近30萬(wàn)人。,9.1.2計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)背景,國(guó)內(nèi)背景 教學(xué)計(jì)劃 2002年中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)學(xué)科教程研究組發(fā)布 中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程2002。 2006年教育部計(jì)算機(jī)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制 高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范。 2008年教育部計(jì)算機(jī)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制 高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)公共核心知識(shí)體系與課程。 高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系與規(guī)范。,9.1.2 計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)背景,計(jì)算的本質(zhì) 計(jì)算

5、機(jī)學(xué)科的根本問(wèn)題,9.2 計(jì)算機(jī)學(xué)科的定義,9.2.1 計(jì)算的本質(zhì),圖靈描述了計(jì)算的本質(zhì) 計(jì)算就是計(jì)算者對(duì)一條兩端可無(wú)限延長(zhǎng)的紙帶上的一串0和1執(zhí)行指令；一步一步地改變紙帶上的0或1；經(jīng)過(guò)有限步驟, 最后得到一個(gè)滿足預(yù)先規(guī)定的符號(hào)串的變換過(guò)程。 任一過(guò)程是能行的, 當(dāng)且僅當(dāng)它能夠被一臺(tái)圖靈機(jī)實(shí)現(xiàn)。 圖靈機(jī)反映的是一種具有能行性的用數(shù)學(xué)方法精確定義的計(jì)算模型，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)正是這種模型的具體實(shí)現(xiàn)。,9.2.2 計(jì)算機(jī)學(xué)科的根本問(wèn)題,計(jì)算機(jī)學(xué)科的定義 計(jì)算機(jī)學(xué)科是研究計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息獲取、表示、存儲(chǔ)、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的學(xué)科，包括科學(xué)和技術(shù)兩方面。 計(jì)算機(jī)科學(xué)側(cè)

6、重于研究現(xiàn)象、揭示規(guī)律。 計(jì)算機(jī)技術(shù)側(cè)重于研制計(jì)算機(jī)和研究使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的方法和手段。 科學(xué)與技術(shù)相輔相成，相互作用。,計(jì)算機(jī)學(xué)科還具有較強(qiáng)的工程性 理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并重。 基礎(chǔ)理論知識(shí)扎實(shí)/動(dòng)手能力強(qiáng)。 計(jì)算機(jī)學(xué)科是科學(xué)性/工程性/技術(shù)性的統(tǒng)一 側(cè)重點(diǎn)不同的學(xué)科分支 計(jì)算機(jī)科學(xué)/計(jì)算機(jī)工程/軟件工程/信息技術(shù)。 計(jì)算機(jī)學(xué)科和數(shù)學(xué)密切相關(guān),9.2.2 計(jì)算機(jī)學(xué)科的根本問(wèn)題,9.3 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論,計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論的定義 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論的主要內(nèi)容 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論研究的意義,Computer Science,9.3.1 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論的定義,計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論 對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)和實(shí)

7、踐過(guò)程中一般方法及其性質(zhì)、特點(diǎn)、內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究的理論總結(jié)。 是認(rèn)知計(jì)算機(jī)學(xué)科的方法和工具，也是計(jì)算機(jī)學(xué)科認(rèn)知領(lǐng)域的理論體系。 對(duì)于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和人才培養(yǎng)具有重要指導(dǎo)意義。,9.3.2 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論的主要內(nèi)容,主要內(nèi)容 學(xué)科的三個(gè)過(guò)程 抽象過(guò)程/理論總結(jié)過(guò)程/設(shè)計(jì)過(guò)程。 重復(fù)出現(xiàn)的12個(gè)核心概念 綁定/大問(wèn)題的復(fù)雜性/概念和形式模型。 一致性和完備性/效率/演化/抽象層次。 按空間排序/按時(shí)間排序/重用/安全性/折衷和結(jié)論。 典型的學(xué)科方法 數(shù)學(xué)方法/系統(tǒng)科學(xué)方法。,9.3.3 計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論研究的意義,重要意義 有助于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)計(jì)算機(jī)學(xué)科的快速發(fā)展。

8、 有助于確立正確的思維方式，把握正確的研究方向。 有助于計(jì)算機(jī)學(xué)科的建設(shè)和人才培養(yǎng) 。,9.4 計(jì)算機(jī)學(xué)科的三個(gè)過(guò)程,理論總結(jié)過(guò)程 科學(xué)理論是經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的系統(tǒng)化了的科學(xué)知識(shí)體系，它是由科學(xué)概念、科學(xué)原理以及對(duì)這些概念、原理的理論論證所組成的體系。 計(jì)算機(jī)學(xué)科的理論與數(shù)學(xué)所用的方法類似，主要要素為定義和公理、定理、證明、結(jié)果的解釋。 用這一過(guò)程來(lái)建立和理解計(jì)算機(jī)學(xué)科所依據(jù)的數(shù)學(xué)原理。其研究?jī)?nèi)容的基本特征是構(gòu)造性數(shù)學(xué)特征。,9.4 計(jì)算機(jī)學(xué)科的三個(gè)過(guò)程,抽象過(guò)程 抽象是指在思維中對(duì)同類事物去除其現(xiàn)象的、次要的方面，抽取其共同的、主要的方面，從而做到從個(gè)別中把握一般，從現(xiàn)象中把握本質(zhì)的認(rèn)知過(guò)程和思

9、維方法。 抽象源于現(xiàn)實(shí)世界, 是對(duì)現(xiàn)實(shí)原型的理想化。,9.4 計(jì)算機(jī)學(xué)科的三個(gè)過(guò)程,設(shè)計(jì)過(guò)程 用來(lái)開發(fā)求解給定問(wèn)題的系統(tǒng)和設(shè)備。 包括需求分析、建立規(guī)格說(shuō)明、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試分析、修改完善等內(nèi)容。 三個(gè)過(guò)程貫穿計(jì)算機(jī)學(xué)科各個(gè)分支領(lǐng)域 圖論中體現(xiàn)的是抽象與理論過(guò)程。 軟件工程中綜合體現(xiàn)了設(shè)計(jì)、抽象與理論三個(gè)過(guò)程。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,綁定（Binding） 通過(guò)把一個(gè)抽象的概念和附加特性相聯(lián)系，從而使抽象的概念具體化。 具體問(wèn)題的抽象描述和抽象描述對(duì)具體問(wèn)題的表示。 大問(wèn)題的復(fù)雜性（Complexity of Large Problems） 隨著問(wèn)題規(guī)模的增長(zhǎng)而使求解該

10、問(wèn)題的復(fù)雜性呈非線性增加的效應(yīng)。 是區(qū)分和選擇各種現(xiàn)有方法和技術(shù)的重要因素。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,概念和形式模型（Conceptual and Format Models） 對(duì)一個(gè)想法或問(wèn)題進(jìn)行形式化、特征化、可視化思維的各種方法。 計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的基礎(chǔ)就是對(duì)問(wèn)題的概念抽象和形式化描述。 概念和形式模型是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)問(wèn)題求解的最典型、最有效的途徑。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,一致性和完備性（Consistency and Completeness） 一致性包括 一組公理的一致性/事實(shí)和理論的一致性。 一種語(yǔ)言或接口設(shè)計(jì)的內(nèi)部一致性。 完備性包括 給出的一組公理，使其能獲得預(yù)期行

11、為的充分性。 軟件和硬件系統(tǒng)功能的充分性。 系統(tǒng)處于出錯(cuò)和非預(yù)期情況下保持正常行為的能力。 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，正確性、健壯性和可靠性就是一致性和完備性的具體體現(xiàn)。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,效率（Efficiency） 關(guān)于空間、時(shí)間、人力、財(cái)力等資源消耗的度量。 在計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，要充分考慮效率問(wèn)題。 要想在空間、時(shí)間、人力、財(cái)力各方面都達(dá)到最優(yōu)是不可能的，可以根據(jù)具體環(huán)境重點(diǎn)考慮某一方面達(dá)到最優(yōu)或考慮達(dá)到綜合最優(yōu)。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,演化（Evolution） 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、特征、行為和功能等隨著時(shí)間的推移而發(fā)生的更改。 對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行更新?lián)Q代，要

12、考慮到已有軟件的適應(yīng)性，對(duì)軟件進(jìn)行更新?lián)Q代，要考慮到現(xiàn)有硬件的適應(yīng)性。 向下兼容是一種很好的演化模式。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,抽象層次（Levels of Abstraction） 通過(guò)對(duì)不同層次的細(xì)節(jié)和指標(biāo)的抽象，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)或?qū)嶓w進(jìn)行表述。 在復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不同層次的抽象描述，從而既能控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，又能充分描述系統(tǒng)的特性。 在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，分層E-R圖的思想就是這一核心概念的具體應(yīng)用。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,按時(shí)間排序（Ordering in Time） 事件的執(zhí)行對(duì)時(shí)間的依賴性 在具有時(shí)態(tài)邏輯的系統(tǒng)中，要考慮與時(shí)間有關(guān)的時(shí)序問(wèn)題。 在分布式系統(tǒng)中

13、，要考慮進(jìn)程同步的時(shí)間問(wèn)題。 在依賴于時(shí)間的算法執(zhí)行中，要考慮其基本的組成要素。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,按空間排序（Ordering in Space） 各種定位方式 物理上的定位，如在網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)中的定位。 組織方式上的定位，如處理機(jī)進(jìn)程、類型定義和有關(guān)操作的定位。 概念上的定位，如軟件的轄域、耦合、內(nèi)聚等。 是計(jì)算技術(shù)中一個(gè)局部性和相鄰性的概念。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,重用（Reuse） 在新的環(huán)境下，系統(tǒng)中各類實(shí)體、技術(shù)、概念等可被再次使用的能力。 在軟件工程中，軟件重用是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，有著很好的應(yīng)用前景。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,安全性（Security

14、） 計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)對(duì)合法用戶的響應(yīng)及對(duì)非法請(qǐng)求的抗拒，以保護(hù)系統(tǒng)不受外部影響和攻擊的能力。 一旦遭受攻擊受損，系統(tǒng)恢復(fù)到正確狀態(tài)的能力。,9.5 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的核心概念,折衷和結(jié)果（Tradeoff and Consequences） 折衷指的是為滿足系統(tǒng)的可實(shí)施性而對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的技術(shù)方案所作出的一種合理的取舍。 折衷的結(jié)果是指選擇一種方案代替另一種方案所產(chǎn)生的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、文化及其他方面的影響。 折衷存在于計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域的各個(gè)層次上。 在設(shè)計(jì)算法時(shí)，要考慮空間和時(shí)間的折衷。 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，要考慮成本和可靠性的折衷。,9.6 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的數(shù)學(xué)方法,數(shù)學(xué)的基本特征 數(shù)學(xué)方法的作用 數(shù)學(xué)中的證明

15、方法 遞歸方法與迭代方法 公理化方法 形式化方法,計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué),9.6.1 數(shù)學(xué)的基本特征,數(shù)學(xué) 研究現(xiàn)實(shí)世界的空間形式和數(shù)量關(guān)系的一門科學(xué)。 三個(gè)特征 高度的抽象性/嚴(yán)密的邏輯性/普遍的適用性。 算法(程序)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)。,9.6.2 數(shù)學(xué)方法的作用,對(duì)科學(xué)技術(shù)研究的作用 提供簡(jiǎn)潔精確的形式化語(yǔ)言 提供定量分析和計(jì)算的方法 提供嚴(yán)密的邏輯推理工具,9.6.3 數(shù)學(xué)中的證明方法,直接證明法 含義：假定A為真，通過(guò)使用公理或已證明的定理以及正確的推理規(guī)則證明B也為真，以此證明蘊(yùn)含式AB為真。 示例：若n為奇數(shù)，則n+1為偶數(shù)。 證明：因?yàn)?n為奇數(shù)； 所以 n = 2k+1（k為整數(shù)）； 因此

16、有 n+1 = 2k+2 = 2（k+1）； 所以 n+1是偶數(shù)。,9.6.3 數(shù)學(xué)中的證明方法,反證法 含義：首先假定要證明的命題不成立，然后通過(guò)正確的推理得出與已知（或假設(shè)）條件、公理、定理等相互矛盾或自相矛盾的結(jié)果，以此證明假定要證明的命題不成立是錯(cuò)誤的，成立才是正確的。 示例：若n2為奇數(shù)，則n為奇數(shù)。 證明：假定在n2為奇數(shù)的前提下，n為偶數(shù)； 則有 n = 2k（k為整數(shù)）； 于是有 n2 = (2k)2 = 4k2 = 2（2k2）； 則有 n2是偶數(shù)，與原假定n2為奇數(shù)矛盾； 所以假定n為偶數(shù)是錯(cuò)誤的，n應(yīng)為奇數(shù)。,9.6.3 數(shù)學(xué)中的證明方法,數(shù)學(xué)歸納法 含義：是一種用于證明

17、與自然數(shù)有關(guān)的命題正確性的證明方法，該方法能用有限的步驟解決無(wú)窮對(duì)象的論證問(wèn)題。 示例：一棵非空二叉樹的第i層（i1）上最多有2i-1個(gè)結(jié)點(diǎn)。 證明：設(shè)i=1，由于此時(shí)二叉樹只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，而2i-1=20=1， 所以i=1時(shí)正確； 設(shè)i=k（k1）時(shí)結(jié)論正確，即第k層上有2k-1個(gè)結(jié)點(diǎn)； 那么，i=k+1時(shí)，第k+1層上最多有22k-1=2k=2（k+1）-1 個(gè)結(jié)點(diǎn)； 結(jié)論得以證明。,9.6.3 數(shù)學(xué)中的證明方法,構(gòu)造性證明 存在性證明 存在一個(gè)x使命題P(x)成立可表示為xP(x)，對(duì)形如 xP(x)的命題的證明。 構(gòu)造性證明 通過(guò)找出一個(gè)使得命題P(a)為真的元素a，從而完成該函數(shù)值的存

18、在性證明。,9.6.3 數(shù)學(xué)中的證明方法,構(gòu)造性證明 存在性證明示例：每個(gè)喜歡步行的人都不喜歡坐汽車；每個(gè)人或者喜歡坐汽車或者喜歡騎自行車；有的人不喜歡騎自行車，因而有的人不喜歡步行。 假設(shè)謂詞如下： H(x)：x是人； P(x)：x喜歡坐汽車； Q(x)：x喜歡騎自行車； R(x)：x喜歡步行。 則題目中的句子可符號(hào)化為： 前提： x ( H(x)R(x) P(x)， x( H(x) P(x)Q(x)， (x)(H(x)Q(x) 結(jié)論：(x)(H(x)R(x),9.6.4 遞歸方法與迭代方法,遞歸方法 含義：一種在有限步驟內(nèi)，根據(jù)特定的法則或公式對(duì)一個(gè)或多個(gè)前面的元素進(jìn)行運(yùn)算，以確定一系列元

19、素的方法。 示例： 數(shù)列的遞歸定義。 對(duì)于數(shù)列1，2，3，5，8，13，21，34，55，89， 可以給出如下遞歸定義公式： a1=1； a2=2； an=an-1+an-2 （n3）。,迭代方法 含義：迭代就是反復(fù)替換的意思。在程序設(shè)計(jì)中，為了處理重復(fù)性計(jì)算的問(wèn)題，最常用的方法就是迭代方法。 示例：用如下公式求的近似值，直到最后一項(xiàng)的絕對(duì)值小于10-4為止。 計(jì)算過(guò)程：循環(huán)做累加操作，當(dāng)然每次累加項(xiàng)的值是不一樣的，當(dāng)累加項(xiàng)的絕對(duì)值小于10-4時(shí)循環(huán)累加結(jié)束。,9.6.4 遞歸方法與迭代方法,9.6.5 公理化方法,公理化方法 一種構(gòu)造理論體系的演繹方法，它是從盡可能少的基本概念、公理出發(fā)，運(yùn)

20、用演繹推理規(guī)則，推導(dǎo)出一系列的命題，從而建立整個(gè)理論體系的思想方法。 用公理化方法構(gòu)建的理論體系稱為公理系統(tǒng)，公理系統(tǒng)需要滿足如下條件： 無(wú)矛盾性。 獨(dú)立性。 完備性。,9.6.6 形式化方法,具體公理系統(tǒng)和抽象公理系統(tǒng) 具體公理系統(tǒng)：有現(xiàn)實(shí)背景的公理系統(tǒng)。 抽象公理系統(tǒng)：沒(méi)有現(xiàn)實(shí)背景的公理系統(tǒng)。 形式化方法 形式化實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)算法，即一個(gè)可機(jī)械地實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，用于將概念、斷言、事實(shí)、規(guī)則、推演乃至整個(gè)被描述系統(tǒng)表述得嚴(yán)密、精確而又無(wú)需任何專門的知識(shí)即可被毫無(wú)歧義地感知。,9.6.6 形式化方法,形式系統(tǒng) 理論系統(tǒng)或?qū)嶋H系統(tǒng)形式化的產(chǎn)物，在這種系統(tǒng)中所進(jìn)行的推演均可被機(jī)械地測(cè)試，以確定它們是否

21、是正確的。 形式系統(tǒng)的組成部分 初始符號(hào)/形式規(guī)則/公理/變形規(guī)則 對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科的影響 圖靈機(jī)就是對(duì)計(jì)算的形式化描述。 一階謂詞演算形式系統(tǒng)為知識(shí)的形式表示及定理的機(jī)器證明奠定了重要基礎(chǔ)。,9.7 計(jì)算機(jī)學(xué)科中的系統(tǒng)科學(xué)方法,系統(tǒng)科學(xué)的基本思想 系統(tǒng)科學(xué)的基本概念 系統(tǒng)科學(xué)方法遵循的一般原則,9.7.1 系統(tǒng)科學(xué)的基本思想,系統(tǒng)科學(xué)的定義 人類對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)的總結(jié)；它在自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)各領(lǐng)域的大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，總結(jié)出人類認(rèn)識(shí)、描述、設(shè)計(jì)、管理、控制復(fù)雜系統(tǒng)的一般性的理念、方法與具體步驟，用以加深人類對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)，提高人們做事的效率和有效性。 系統(tǒng)科學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)科 隨著計(jì)算機(jī)科

22、學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)科學(xué)方法在計(jì)算機(jī)學(xué)科中的作用也日顯重要。,9.7.1 系統(tǒng)科學(xué)的基本思想,系統(tǒng)科學(xué)強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn) 強(qiáng)調(diào)整體性。 注重動(dòng)態(tài)和過(guò)程。 注重質(zhì)變。 注重層次之間的差別。 關(guān)注由活的主體組成的系統(tǒng)。 對(duì)于不確定性的關(guān)注和研究。 對(duì)于人為事物和做事方法的關(guān)注和研究。,9.7.2 系統(tǒng)科學(xué)的基本概念,系統(tǒng)和子系統(tǒng) 系統(tǒng)是指由相互聯(lián)系、相互作用的若干元素構(gòu)成的，具有特定功能的統(tǒng)一整體。 一個(gè)大的系統(tǒng)往往是復(fù)雜的，它通?？梢詣澐譃槿舾蓚€(gè)較小的系統(tǒng)，這些較小的系統(tǒng)稱為子系統(tǒng)。,9.7.2 系統(tǒng)科學(xué)的基本概念,結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)內(nèi)各組成部分（元素和子系統(tǒng)）之間相互聯(lián)系、相互作用的框架。 結(jié)構(gòu)分析的重要內(nèi)容就是劃分子系統(tǒng)，并研究各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及各子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。,9.7.2 系統(tǒng)科學(xué)的基本概念,層次和層次分析 層次是指某個(gè)子系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中所處的相對(duì)位置。 在一個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)、子系統(tǒng)、更小的子系統(tǒng)是處在不同層次上的，并且相互之間存在層次關(guān)系，高層次包含和支配低層次，低層次隸屬和支撐高層次。 層次分析的主要內(nèi)容有：系統(tǒng)是否劃分層次，劃分了哪些層次，各層次的內(nèi)容，層次