《计算科学导论》笔记(一)

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名为读书笔记,其实是对书中让我感觉很受用的一些话的摘抄。《计算科学导论》是厦大的赵致琢老师写给计算机科学专业本科生看的书。上研究生以后,我一直在思考计算机科学的内涵和自己应该选择怎样的道路。看了这本书以后,我对计算机科学的历史、现状和它的内涵的认识深入了很多,在对计算机科学的清晰认识基础上,我的方向感也增加强了。特别是这本书比较强调容易被学计算机的人忽视的计算机理论和数学基础,深合我意。计算机科学内涵是数学,计算机科学也像数学一样美伦美奂和绚丽多彩。高中毕业时在对计算机一无所知的情况下看计算机,觉得计算机很好玩;大学毕业后经过四年的学习反而觉得计算机很乏味,太匠气;深入学习计算机科学后,我才深深体会到什么叫“宫室之美,百官之富”。计算机科学真的太伟大了,这门学科建立在严密的数学基础之上,它迅速成为了一幢气势恢宏的巨厦,成为继数学和物理之后人类第三大完美的科学体系,而且,以“计算”为灵魂的计算机科学,必将长盛不衰,因为这门学科的思想、方法和内容是不依赖于具体的技术环境的。

1)        将计算机科学教育现状的弊病:“…师生过多地将教学精力投入到简单的上机实践中,而倾向于知识扩展的外延发展,忽视了课堂教学和实验教学本来应该走内涵发展的道路这一学科的客观要求,淡化了对基础理论知识的学习…”

2)        经验告诉我们,学习计算机科学甚至比学习基础数学还要困难,因为其不少理论课程在深度上不比数学课程简单,同时学生又要面对大量实践内容的学习,知识更新周期很短。理论与实践结合,理论与实践的统一是计算机科学的一大特点,它决定了在学习中学生要经常不断地在严密的逻辑思维与形象的实验操作之间转换学习方式,这对大多数人不是一件轻松的事。何况计算科学学科发展极快,在工作中对知识组织结构的补充与更新任务如泰山压顶,让人喘不气来。

3)        说到计算模型和数学,总免不了要涉及到形式化方法的概念。形式是事物的内容存在的外在方式、形状和结构的总和。所谓形式化是将事物的内容与形式相分离,用事物的某种形式来表示事物。形式化方法是在对事物描述形式化的基础,通过研究事物的形式变化规律来研究事物变化规律的全体方法的总称。

4)        图灵机被证明具有很强的计算能力,它与30年代发展的递归函数论(一种能行可计算性理论)中一类最一般的可计算函数(部分递归函数或部分可计算函数)在计算表达能力上是等价的。

5)        从图灵机与计算理论可知,实际上,一种抽象的计算机只需要很少几中基本去处指令就可以有强大的计算能力。至于这种计算能力用什么技术来表现,则完全取决于当时社会的工业技术发展水平…存储程序式计算机可以用机械技术制造,也可以用电子技术制造,将来甚至可能使用其它新技术制造。…一个计算过程,既可以用程序来实现,也可以用电路来实现。这就是说,电子技术和程序技术只是计算科学的两种基本的技术形式。
真正构成计算科学基本的、核心的内容是围绕计算而展开的大量带有规律性的知识,而不是具体的实现技术。

6)        在计算科学研究中,事实上存在一条规律:一个问题,当它的描述及其求解方法或求解过程可以构造性数学描述,而且该问题所涉及的论域为有穷,或虽为无穷但存在有穷表示时,那么该问题一定能用计算机来求解;反过来,凡是能用计算机求解的问题,也一定能对该问题的求解过程数学化,而且这种数学化是构造性的。

7)        对偶性原理告诉我们:在并行计算模型上,计算的时间与空间可以互换。对一个算法,如果降低计算时间复杂性,常可以通过牺牲空间复杂性换得,反之亦然。(这是为什么?有理论依据?)

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