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三位老师给《计算机科学前沿技术》一书作的序
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推荐序1
美国总统信息技术咨询委员会（President’s
Information Technology Advisory Committee，PITAC）2005年6月在给美国总统提交的报告《计算科学：确保美国竞争力》（Computational Science:
Ensuring America’s Competitiveness）中明确阐述了计算科学的重要性。报告认为，虽然计算本身也是一门学科，但是其具有促进其他学科发展的作用。报告还认为，21世纪科学上最重要的、经济上最有前途的前沿研究都有可能通过先进的计算技术和计算科学而得到解决。这个提法是令人惊讶的，大大超出了计算机科学研究者的预料，对于计算机学科来说，这个论述则是非常准确科学的。 然而，目前国内外计算机科学的教育中还存在着两个主要的问题。其一是
“狭义工具论”的问题，就是简单地将计算机作为工具使用。这种认识对计算机的教育非常有害，会使学生对计算学科的认识淡化，无助于计算机科学中核心思想与基础概念的掌握。美国著名学者Peter
Denning教授在《伟大的计算原理》（Great Principles of
Computing）一文中曾说许多非计算机专业的学生从来都没有体验过计算的愉悦──计算原理的相互影响以及问题有效解决的思维方式。其二是我们的学科已经越来越难以吸引到优秀的学生。尽管美国Computing Research News曾报导说在美国科学与工程领域中，计算机与信息科学专业毕业生的平均工资最高，但2001年以来，主修计算相关专业的学生人数却在不断下降。 由于计算科学的至关重要性与学生兴趣的下降形成鲜明对比，2006年美国国家科学基金会NSF率先启动了“扩大计算参与面”（Broading Participation in Computing，BPC）计划，2007年接着启动了“大学计算教育振兴的途径”（CISE Pathways to Revitalized
Undergraduate Computing Education，CPATH）计划，投入巨资进行美国计算教育的改革。经过2007年和2008年的资助和项目实践，CPATH计划相关工作者认识到计算思维（Computational
Thinking，CT）在计划中所起的重要作用，对在2009年申报的项目提出了更为具体的以计算思维为核心的课程改革。同时，2011年又启动了CE21（Computing
Education for 21st century）计划，其目的是提高K-14（是指将小学、中学和大学头两年的教育合在一起的统称）老师与学生的计算思维能力。
在我国，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会对我国计算思维的教育非常重视，为新一轮计算机基础课程改革做了大量的前期准备工作，分别在2010年5月的合肥会议上、7月的西安会议上和9月的太原会议上小范围地探讨了计算思维融入计算机基础课程以及以计算思维为核心的计算机基础课程教学改革问题。在2010年11月的济南会议和2011年6月的北京会议上，更大范围内讨论了以计算思维为核心的计算机基础课程改革问题。会议气氛热烈，与会者积极性高涨，对以计算思维为核心的计算机基础课程改革取得了共识。与此同时，从2010年开始，分别在上海交通大学、西安交通大学、南方科技大学和深圳大学等高校开始了全新的大学计算机基础课程改革试点工作。
目前，全国各高校已经掀起了大学计算机基础改革的高潮，纷纷将计算思维引入到各自的大学计算机课程教学中，也陆续编写了一些全新的大学计算机基础课程教材，体例各异，风格不同，其内容规划亦不尽相同。同济大学王伟老师根据他们学校的具体情况与长期的教学心得体会编写的《计算机科学前沿技术》一书正是在这样的一个大环境下的一本面向计算机通识教育的新型教材。如何吸引更多的学生加入到计算机学科中来，以及如何更好地普及计算思维，本书做了一个很好的尝试。本书向读者系统展示了计算机科学中的那些令人激动的前沿研究领域，通过大量引人入胜的图片和深入浅出的实例向读者叙述了计算机如何给人类的生活带来了巨大的变化。更重要的是，书中这些内容正是计算思维在不同计算机科学研究领域的具体体现。例如，“基于超级计算机的计算科学已经成为人类除理论科学和实验科学之外认识和研究世界的第三种手段”、“对与科学过程的每一个环节（观察、假设、实验和检验），机器学习都有相应的发展，我们相信它将导致科学方法中从假设生成、模型构造到决定性实验这些所有环节的合适的、部分的自动化”、“面对海量数据的高速增长，从实验实证、理论分析和计算模拟三种研究模式基础上诞生了第四种研究模式──数据密集型科学发现”等等，类似这样的说法在本书中还有很多，这些都很好地体现了计算机科学中无处不在的计算思维及其重要作用。
希望本书的出版能够为计算机学科的基础教育带来一缕春风！
陈国良
中国科学院院士、教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会主任
推荐序 2
计算机科学是以数学和电子科学为基础、理论与实践相结合的一门新兴学科。计算机技术在各行各业的成功应用，体现了其先进的技术性；而围绕一些重大问题的理论研究，则有力地推动了计算机科学向深度和广度发展。
在计算机科学的发展早期，其研究方向主要集中在计算模型、计算机设计、高级语言和科学计算等方面。由于这个时期的应用主要是大量的科学计算，导致许多从事数学研究的人员转入计算科学领域。就当时情况来看，具备坚实的数学基础、懂得一些电子学知识的科研人员，是很容易掌握计算机的原理和设计方法的。如果还掌握了一些程序设计的技术，那他完全可以进入学科前沿。在计算机科学发展的早期，数学、电子学、高级语言和程序是支撑学科发展的主要专业基础知识。
20世纪60～70年代是计算科学蓬勃发展的时期，面对学科发展中遇到的许多重大问题，发展了一大批理论、方法和技术。如形式语言与自动机、形式语义学、算法理论、并发程序设计、Petri网，CSP理论等等。这一时期的发展有三个显著的特点：第一是学科研究和开发渗透到社会生活的各个方面，广泛的应用需求推动了学科持续高速发展；第二是经过大量的实践，人们开始认识到软件和硬件之间有一个相互依托、互为借鉴以推动计算机设计和软件发展的问题；第三是计算机理论和工程技术方法两者缺一不可，且常常是紧密地结合在一起的。大约在此后20年里，计算机原理、编译技术、操作系统、高级语言与程序设计、数据库原理、数据结构算法设计以及数理逻辑成为学科的主要专业知识基础。
从20世纪80年代起，针对集成电路芯片可预见的设计极限和一些深入研究中所遇到的困难，人们开始认识到学科正在走向深化。除了寄希望于物理学中光电子技术研究取得突破、成倍提高机器运算速度外，面对现实，基于当前的条件，人们更加重视理论联系实际和技术的研究。这方面的努力推动了计算机体系结构、并行与分布式算法、计算机基本应用技术、各种非经典逻辑及新型计算模型的发展，从而推出了并行计算机、网格计算、和云计算等新兴概念，并带动了软件开发和程序设计方法技术的提高。
学科发展的动力来自科学理论与工程技术发展的驱动，也来自应用领域的需求牵引。今天，计算机科学与技术无论在广度还是在深度上都已经得到了极大的发展。随着计算机学科的不断应用普及与其他学科的渗透，多学科交叉与融合成为促进计算机学科发展的一大动力。随着多学科的相互交叉与渗透，不断有新领域、新问题、新方法和新思路出现，跨学科、跨方向的创新理论与成果也层出不穷，多学科交叉与融合的计算机科学与技术学科新形态正在逐渐形成。
由王伟老师主编的这本《计算机科学前沿技术》一书分别从15个不同的研究领域介绍了该领域中最新的前沿技术，从某种意义上来说，在一定程度上反映了计算机学科的发展和演变过程，这对从事计算机科学领域的研究人员来说有着非常好的借鉴意义。同时，通过本书，读者还可以进一步体会和分析计算机科学与技术发展的方向和趋势，使读者能够在这个瞬息万变的时代赶上技术发展的步伐。最重要的是，该书的出版可以很好地吸引更多的优秀学生和研究人员加入到计算机科学与技术这个令人激动的研究领域中来，推动计算机学科的持续发展。
希望本书的出版能够对计算机学科的发展起到好的促进作用！
蒋昌俊
973首席科学家、同济大学副校长
推荐序3
今天的时代，每家企业和科研院所都应当思考下面的问题：我们创造了什么？我们影响了什么？我们改变了什么？
IBM是一个好的例子，从帮助地球人登上月球，到发明UPC编码和条形码扫描技术，从在线银行到计算机航空预定系统，从超级计算机到Watson这种自学习的人工智能系统，IBM在基础研究和应用技术领域不断创新，引领信息科技走向变革，改变着我们的世界，也成就了自身的百年基业。可以说计算机科学与技术的发展史就是IBM公司的一部成长史。在IBM发展的100年历史上，曾经有5人获得诺贝尔奖，6人获得图灵奖。从1911年公司创立以来，IBM带领全世界先后进入主机时代、PC时代、电子商务时代、以及今天的智慧地球时代。
2008年11月，IBM正式提出“智慧的地球”（Smarter Planet）计划。IBM认为，智慧架构将逐渐成为国家、区域和城市之间竞争的基础，其核心观点是将物联网和互联网整合起来，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，从而达到“智慧”状态。在此过程中，IBM变得更有“生命感”了，它要给地球上每一个看似无序的“物件”全部嵌上智能的“大脑”和“心脏”。2011年，IBM超级计算机沃森在电视栏目“危险边缘”中战胜了两位人类冠军，在人工智能领域又树立了一座里程碑。如今，IBM还有许多畅想正在逐步实现。IBM正在利用先进的纳米技术和原子结构技术来创造新的设备和应用，研发出低成本高性能芯片，用于汽车、游戏机和电话以及超级计算机。新的计算机科学前沿领域在IBM实验室随处可见，成千上万的人正在共建“智慧的地球”。
在当前的信息时代和知识经济的时代，计算机科学技术的发展很大程度上成为国名经济发展的动力，越来越渗透到国民生活的方方面面。中国的计算机科学和技术也是方兴未艾、日新月异，正处于一个挑战和机遇并存的时期。《计算机科学前沿技术》一书很好地记录了计算机科学技术发展的新趋势和新动向。该书选取了十多个计算机主要研究领域，详细介绍了国内外这些领域在研究、开发和应用等方面取得的进展、以及它们的未来发展趋势。这些内容基本上反映了国内外计算机科学技术工作者的研究进展，对学术研究和工业应用具有重要的参考价值。本书能够为企业界的技术主管和研发人员揭示未来计算机科学的发展方向，能够将高校教师和学生带到多个新的科学技术领域，还能够启发立志创业的人士找到时代赐予的机遇。
本书在一定程度上回答了与计算机科学技术相关一些企业和人都创造了些什么、影响了些什么以及改变了些什么。我相信这本书会使许多人受益，也祝愿编著者们能在计算机科学技术的发展中不断有新的心得和贡献。
毛新生
IBM中国开发中心首席技术官兼创新工程院院长
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