中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·軟件科學(xué)與工程

目錄
總序 i
前言 v
摘要 ix
Abstract xi
總論 1
第一節(jié) 軟件與軟件學(xué)科 2
一、軟件 2
二、軟件的重要作用 3
三、軟件學(xué)科 3
四、軟件學(xué)科的重要地位 5
第二節(jié) 發(fā)展歷程與發(fā)展規(guī)律 5
一、軟件學(xué)科發(fā)展歷程 5
二、軟件學(xué)科發(fā)展規(guī)律 7
三、我國(guó)的軟件學(xué)科、教育與產(chǎn)業(yè) 8
第三節(jié) 發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)問(wèn)題 10
一、軟件成為基礎(chǔ)設(shè)施 10
二、軟件學(xué)科的拓展 10
三、軟件學(xué)科的新理解 11
四、學(xué)科研究的主要問(wèn)題 15
第四節(jié) 政策建議 17
一、加強(qiáng)軟件基礎(chǔ)前沿研究 18
二、升級(jí)完善軟件學(xué)科高等教育體系 19
三、構(gòu)建軟件產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展環(huán)境 20
第五節(jié) 本章小結(jié) 21
第一篇 軟件學(xué)科發(fā)展回顧
第一章 引言 25
第一節(jié) 軟件發(fā)展簡(jiǎn)史 26
一、人力/機(jī)械計(jì)算時(shí)代 26
二、電子計(jì)算時(shí)代 27
三、軟件和軟件工程的出現(xiàn) 27
四、軟件發(fā)展的主線 29
第二節(jié) 軟件學(xué)科的內(nèi)涵、發(fā)展規(guī)律和基本架構(gòu) 35
一、內(nèi)涵與學(xué)科特征 35
二、學(xué)科發(fā)展的基本規(guī)律 36
三、軟件學(xué)科的基本架構(gòu) 39
第三節(jié) 本章小結(jié) 40
第二章 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與理論 42
第一節(jié) 概述 42
第二節(jié) 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 43
一、語(yǔ)言的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及生命周期 43
二、應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言發(fā)展 45
第三節(jié) 程序理論 49
一、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法 50
二、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的類型系統(tǒng) 50
三、程序的語(yǔ)義 52
四、程序的規(guī)約 54
五、程序設(shè)計(jì)理論框架 55
第四節(jié) 程序正確性構(gòu)造 55
一、程序驗(yàn)證 55
二、程序的自動(dòng)綜合 57
三、程序的精化 57
第五節(jié) 本章小結(jié) 58
第三章 系統(tǒng)軟件 59
第一節(jié) 概述 59
第二節(jié) 操作系統(tǒng) 60
一、單道批處理操作系統(tǒng) 62
二、多道和分時(shí)主機(jī)操作系統(tǒng) 63
三、個(gè)人/嵌入式操作系統(tǒng) 65
四、智能終端操作系統(tǒng) 66
第三節(jié) 編譯系統(tǒng) 67
一、從匯編器到高級(jí)程序編譯器 67
二、面向程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編譯系統(tǒng) 69
三、針對(duì)多核/眾核架構(gòu)優(yōu)化的編譯系統(tǒng) 70
第四節(jié) 中間件 71
一、早期的中間件 71
二、面向內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的中間件 73
三、面向互聯(lián)網(wǎng)的中間件 74
四、面向人機(jī)物融合應(yīng)用的中間件 76
第五節(jié) 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 77
一、層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù) 78
二、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) 78
三、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng) 79
四、大數(shù)據(jù)時(shí)代的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 80
第六節(jié) 本章小結(jié) 80
第四章 軟件工程 82
第一節(jié) 概述 82
第二節(jié) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 85
一、軟件工程方法 85
二、軟件工程過(guò)程 90
三、軟件質(zhì)量保障 94
四、軟件工程工具 97
第三節(jié) 需求工程和領(lǐng)域工程 100
第四節(jié) 本章小結(jié) 102
第五章 軟件產(chǎn)業(yè) 103
第一節(jié) 概述 103
第二節(jié) 軟件產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)生態(tài) 104
第三節(jié) 軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程概覽 105
第四節(jié) 不同階段和視角的軟件產(chǎn)業(yè)生態(tài) 108
一、軟件產(chǎn)業(yè)與軟件技術(shù)的互動(dòng) 108
二、以產(chǎn)品化為特征的軟件產(chǎn)業(yè)生態(tài) 109
三、以服務(wù)化為特征的軟件產(chǎn)業(yè)生態(tài) 112
四、以融合化為特征的軟件產(chǎn)業(yè)生態(tài) 114
五、開發(fā)視角的軟件產(chǎn)業(yè)生態(tài) 115
第五節(jié) 本章小結(jié) 118
第二篇 新時(shí)代的軟件學(xué)科
第六章 引言 121
第一節(jié) 軟件作為基礎(chǔ)設(shè)施 121
第二節(jié) 軟件學(xué)科范疇的拓展 123
第三節(jié) 軟件學(xué)科的新理解 124
一、系統(tǒng)觀 125
二、形態(tài)觀 127
三、價(jià)值觀 131
四、生態(tài)觀 134
第四節(jié) 軟件學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì) 136
第七章 軟件理論 138
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問(wèn)題 139
一、新型計(jì)算模型及其算法與程序理論 139
二、面向泛在計(jì)算平臺(tái)的軟件構(gòu)造與驗(yàn)證理論 141
三、面向人機(jī)物融合的復(fù)雜系統(tǒng)軟件理論 143
第二節(jié) 主要研究?jī)?nèi)容 145
一、量子計(jì)算模型的算法復(fù)雜性理論與程序驗(yàn)證 146
二、大數(shù)據(jù)計(jì)算模型的算法與復(fù)雜性分析 146
三、異構(gòu)與多態(tài)、并行與分布計(jì)算的程序理論 147
四、信息物理融合系統(tǒng)的建模與分析 147
五、人機(jī)物融合系統(tǒng)的軟件建模與驗(yàn)證 147
六、學(xué)習(xí)賦能的軟件系統(tǒng)分析與驗(yàn)證 148
七、面向軟件分析與驗(yàn)證的自動(dòng)推理及約束求解 148
第三節(jié) 本章小結(jié) 149
第八章 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與支撐環(huán)境 150
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問(wèn)題 151
一、面向泛在計(jì)算的語(yǔ)言的定制 151
二、多范式程序設(shè)計(jì)的語(yǔ)言支持 152
三、大數(shù)據(jù)處理的程序語(yǔ)言支持 153
四、面向人機(jī)物融合的泛在范式的編譯技術(shù) 154
五、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的安全性保障 155
第二節(jié) 主要研究?jī)?nèi)容 156
一、多范式和領(lǐng)域特定的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 158
二、面向數(shù)據(jù)管理統(tǒng)計(jì)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 158
三、面向軟件定義網(wǎng)絡(luò)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 159
四、離散和連續(xù)混成系統(tǒng)的語(yǔ)言和工具 159
五、支持共享內(nèi)存模型的并發(fā)程序設(shè)計(jì) 160
六、智能合約的設(shè)計(jì)語(yǔ)言和開發(fā)環(huán)境 160
七、支持*終用戶編程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 160
八、程序設(shè)計(jì)框架和開發(fā)環(huán)境 161
九、特定領(lǐng)域語(yǔ)言的元編程和開發(fā)環(huán)境 161
十、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的生態(tài)及其演化規(guī)律 162
第三節(jié) 本章小結(jié) 163
第九章 軟件開發(fā)方法與技術(shù) 164
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問(wèn)題 165
一、復(fù)雜場(chǎng)景分析與建模 165
二、群體智能開發(fā) 169
三、人機(jī)協(xié)作編程 171
四、開發(fā)運(yùn)維一體化 172
第二節(jié) 主要研究?jī)?nèi)容 176
一、人機(jī)物融合場(chǎng)景建模 176
二、系統(tǒng)自適應(yīng)需求分析 177
三、系統(tǒng)內(nèi)生安全規(guī)約獲取 177
四、群體智能軟件生態(tài) 178
五、群體智能開發(fā)方法 178
六、群體智能協(xié)同演化 178
七、群體智能軟件支撐環(huán)境 179
八、面向機(jī)器編程的代碼生成 179
九、面向人機(jī)協(xié)作的智能開發(fā)環(huán)境 180
十、開發(fā)過(guò)程建模與優(yōu)化 180
十一、軟件系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)管理 180
十二、安全和可信的開發(fā)運(yùn)維一體化 181
十三、開發(fā)運(yùn)維一體化的組織與管理 181
十四、微服務(wù)軟件體系結(jié)構(gòu) 182
第三節(jié) 本章小結(jié) 182
第十章 操作系統(tǒng)與運(yùn)行平臺(tái) 183
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問(wèn)題 184
一、支持軟件定義的新型運(yùn)行平臺(tái)架構(gòu) 184
二、泛在資源的高效虛擬化和靈活調(diào)度 186
三、基于連接協(xié)調(diào)的資源聚合與應(yīng)用協(xié)同 188
四、復(fù)雜軟件系統(tǒng)適應(yīng)演化的共性支撐 190
五、人機(jī)物融合過(guò)程中的安全與隱私保護(hù) 192
第二節(jié) 主要研究?jī)?nèi)容 193
一、新型硬件資源管理和調(diào)度技術(shù) 194
二、面向特定應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)化技術(shù) 194
三、軟硬協(xié)同的安全攻防對(duì)抗技術(shù) 194
四、面向分布計(jì)算環(huán)境的資源虛擬化技術(shù) 195
五、跨節(jié) 點(diǎn)的資源高效按需聚合技術(shù) 195
六、多租戶條件下的主動(dòng)防御技術(shù) 196
七、基于區(qū)塊鏈的新型分布架構(gòu)運(yùn)行支撐技術(shù) 196
八、物理和社會(huì)資源的抽象及管控技術(shù) 197
九、運(yùn)行平臺(tái)支持的軟件持續(xù)演化技術(shù) 197
十、基于開源和眾包的操作系統(tǒng)生態(tài)鏈構(gòu)建技術(shù) 198
第三節(jié) 本章小結(jié) 198
第十一章 數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)工程 200
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問(wèn)題 201
一、大數(shù)據(jù)管理的挑戰(zhàn) 202
二、新型硬件與混合架構(gòu)的挑戰(zhàn) 204
三、異構(gòu)數(shù)據(jù)整理的挑戰(zhàn) 205
四、數(shù)據(jù)隱私保護(hù)與數(shù)據(jù)安全的挑戰(zhàn) 206
第二節(jié) 主要研究?jī)?nèi)容 208
一、分布式數(shù)據(jù)管理 208
二、云數(shù)據(jù)管理 209
三、圖數(shù)據(jù)管理 210
四、新型硬件數(shù)據(jù)管理 210
五、內(nèi)存數(shù)據(jù)管理 211
六、多源數(shù)據(jù)集成 211
七、數(shù)據(jù)整理 212
八、數(shù)據(jù)分析 212
九、數(shù)據(jù)可視化 213
十、數(shù)據(jù)隱私 213十
一、數(shù)據(jù)安全 214
第三節(jié) 本章小結(jié) 214
第十二章 軟件質(zhì)量與安全保障 216
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問(wèn)題 217
一、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能系統(tǒng)質(zhì)量保障 217
二、人機(jī)物融合場(chǎng)景下的系統(tǒng)可信增強(qiáng) 219
三、大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)安全缺陷檢測(cè) 220
四、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的系統(tǒng)安全保障 222
第二節(jié) 主要研究?jī)?nèi)容 224
一、軟件預(yù)期的外延擴(kuò)展和符合性評(píng)估 225
二、開放空間下的缺陷分析與漏洞挖掘技術(shù) 226
三、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為監(jiān)控與容錯(cuò) 226
四、數(shù)據(jù)及智能模型的質(zhì)量分析與評(píng)估 226
五、智能系統(tǒng)測(cè)試 227
六、安全缺陷檢測(cè)、定位、修復(fù)和預(yù)警 227
七、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的測(cè)試技術(shù) 228
八、過(guò)程改進(jìn)與預(yù)防式軟件質(zhì)量保障 228
第三節(jié) 本章小結(jié) 228
第十三章 面向人機(jī)物融合的新型軟件系統(tǒng) 230
第一節(jié) 衛(wèi)星系統(tǒng) 231
一、參考體系結(jié)構(gòu) 232
二、關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn) 233
三、未來(lái)研究方向 234
第二節(jié) 流程工業(yè)控制系統(tǒng) 234
一、參考體系結(jié)構(gòu) 235
二、關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn) 236
三、未來(lái)研究方向 237
第三節(jié) 智慧城市系統(tǒng) 238
一、參考體系結(jié)構(gòu) 239
二、主要技術(shù)挑戰(zhàn) 239
三、未來(lái)研究方向 241
第四節(jié) 無(wú)人自主系統(tǒng) 242
一、參考體系結(jié)構(gòu) 243
二、關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn) 244
三、未來(lái)研究方向 245
第五節(jié) 高性能CAE軟件系統(tǒng) 247
一、參考功能特征 248
二、關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn) 249
三、未來(lái)研究方向 250
第六節(jié) 本章小結(jié) 251
第十四章 軟件生態(tài) 253
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問(wèn)題 254
一、軟件供應(yīng)鏈的復(fù)雜性 255
二、個(gè)體參與生態(tài)的困難性 256
三、群體協(xié)作的不可控性 257
四、生態(tài)的可持續(xù)性 259
第二節(jié) 主要研究?jī)?nèi)容 260
一、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軟件度量和分析方法 260
二、軟件供應(yīng)鏈的度量與分析 262
三、個(gè)體學(xué)習(xí)與群體協(xié)作的研究 263
四、軟件生態(tài)機(jī)制機(jī)理的研究 265
第三節(jié) 本章小結(jié) 266
第十五章 軟件學(xué)科教育 267
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問(wèn)題 268
一、普及教育問(wèn)題 269
二、跨學(xué)科教育問(wèn)題 270
三、專業(yè)教育問(wèn)題 272
四、教育理念和方法改革問(wèn)題 273
五、軟件倫理建設(shè)問(wèn)題 274
第二節(jié) 主要研究?jī)?nèi)容 275
一、以“知識(shí)普及+思維培養(yǎng)”為核心的普及教育 275
二、以“復(fù)合型 +創(chuàng)新型”為目標(biāo)的跨學(xué)科教育 276
三、以“知識(shí)體系＋能力培養(yǎng)”為核心的專業(yè)教育 277
四、以“探尋規(guī)律+方法創(chuàng)新”為主體的教育理念和方法改革 278
五、以“規(guī)范內(nèi)涵+自動(dòng)檢測(cè)”為核心的軟件倫理建設(shè) 279
第三節(jié) 本章小結(jié) 280
第三篇 中國(guó)軟件學(xué)科發(fā)展建議
第十六章 學(xué)科發(fā)展回顧 283
第一節(jié) 軟件科研 283
一、創(chuàng)業(yè)起步、自主仿制 284
二、全面開放、進(jìn)入主流 284
三、加強(qiáng)創(chuàng)新、前沿競(jìng)爭(zhēng) 285
第二節(jié) 軟件教育 287
第三節(jié) 軟件產(chǎn)業(yè) 287
第四節(jié) 本章小結(jié) 289
第十七章 學(xué)科發(fā)展建議 290
第一節(jié) 加強(qiáng)軟件基礎(chǔ)前沿研究 290
一、加強(qiáng)面向人機(jī)物融合泛在計(jì)算模式的軟件理論研究 291
二、加強(qiáng)面向泛在計(jì)算的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及其支撐環(huán)境研究 291
三、布局基于軟件定義方法的泛在操作系統(tǒng)原理和技術(shù)研究 291
四、探索以數(shù)據(jù)為中心的新型應(yīng)用開發(fā)運(yùn)行模式及其平臺(tái)支撐 292
五、加強(qiáng)對(duì)大規(guī)模代碼和項(xiàng)目的供應(yīng)鏈與生態(tài)行為研究 292
六、重視軟件技術(shù)研究和應(yīng)用的價(jià)值取向與管理 292
第二節(jié) 升級(jí)完善軟件學(xué)科高等教育體系 293
一、布局面向全體大學(xué)生的軟件通識(shí)教育 293
二、重構(gòu)軟件學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)體系 293
三、開展面向其他學(xué)科專業(yè)的軟件工程教育 294
四、構(gòu)建并開放軟件教育支撐平臺(tái) 294
第三節(jié) 構(gòu)建軟件產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展環(huán)境 294
一、完善知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù) 295
二、大力發(fā)展融合應(yīng)用 295
三、布局新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 295
四、積極培育開源生態(tài) 295
五、推進(jìn)公共數(shù)據(jù)開放 296
參考文獻(xiàn) 297
關(guān)鍵詞索引 312