博文
《计算机科学前沿技术》前言
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光阴似箭，一转眼进入21世纪10年多了。在刚刚过去的20世纪，发展最快而且对人类生活影响最大的学科无疑是计算机科学与信息技术了。而在今天，计算机成了21世纪的一种象征。当代的社会，计算机科学与信息技术的应用已经渗透到社会生活的各个方面，已经成为推动社会进步的重要引擎，被称为“计算机文化”和“计算思维”。
我国著名的研究学者，现任中国“计算机学会”理事长的李国杰院士在谈到计算机科学前沿技术的时候指出：“当前计算机科学的主要问题有三方面。首先是复杂性的问题。计算机科学的实质是动态的复杂性问题。一个芯片的晶体管有上亿甚至几十亿个，这个数目已和大脑里的神经元的数目一样多，如何保证这样一个复杂的系统能够正常的工作而不出现错误，这已不止是一般的测量能够解决的问题了。另外一个问题就是功耗。根据摩尔定律，大约每隔一年半，芯片的性能翻一翻，但是性能翻一翻可能会造成功耗也翻一翻。功耗越大，放热越多。所以，如何在提高性能的同时不增大功耗甚至减小功耗是当前计算机科学发展的重大问题。最后一个问题是智能化的问题。现在网上有很多信息，如何让计算机把这些信息变成你所需要的知识。这是一件很难的事情。这不是说简单地使用一个网站搜索与输入的字符匹配的内容，而是说计算机要智能地将收集到的知识系统化，然后再提供给用户。”
因此，可以看到，所谓“前沿技术”是指高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础，是国家高技术创新能力的综合体现。随着信息技术的不断发展和计算机应用水平的不断提高，“计算机科学前沿技术”的内涵不断地发展和变化着，人们的需求在不断地提高，对技术的革新也不断有更高的要求。
鉴于上述内容，本书的作者试图站在“巨人”的肩膀上，针对计算机科学这一令人激动的研究领域，遴选最能反映该学科的若干前沿技术，同时对该学科进行系统的总结与展望，形成我们心目中期待的这本全面反映“计算机科学前沿技术”（Frontier Technologies
in Computer Science，FTCS）的书籍。
国外大部分著名学府，包括Stanford、MIT、牛津、剑桥等大学均开设了计算机信息前沿技术及其在各个学科中的应用课程，而像IEEE–CS（The
Computer Society of the Institute for Electrical and Electronic Engineers）和ACM（Association
for Computing Machinery）这样的著名组织也在网上开发了相关课程并对外开放。而国内这方面相对滞后，其课程往往停留在理论阶段，讲述的内容滞后。
本书是一本计算机科学的入门与提高教材，在力求保证学科广度的同时，还兼顾主题的深度，同时特别强调计算机科学的前沿性，既介绍计算机学科相关主题的来龙去脉，也介绍国内外最新、最热门的前沿课题。本教材既涉及到传统的诸如计算机网络、操作系统、人工智能这样的计算机传统研究领域，又涉及到像云计算、物联网、智慧地球等这样的新兴热门研究领域。重点讲解这些最新计算技术在各个学科中的应用。既让读者对计算机新兴技术有一个宏观的把握，又通过各种案例的分析，指导读者将计算机最新技术应用到各自相关的专业和学科之中。该教材涉及到的知识点和相关信息，计算机专业的读者应该了解和掌握，对非计算机专业的读者也有很大的好处。这一点已得到了国内外许多计算机专业的教育人士和学者的认同。
另一方面，国内外涉及计算机前沿技术的知识往往分散在不同的杂志、期刊、著作以及互联网等媒介中，特别是由美国ACM主办的《美国计算机协会通讯》（Communication of the
ACM）和“中国计算机学会”（China Computer Federation，CCF）主办的学术期刊《中国计算机学会通讯》，汇集了大量由国内外一线计算机专家和学者撰写的前沿资料。作者在阅读这些文章的时候受益匪浅，希望能够把这些宝贵的材料系统地汇集起来，让更多的读者能够了解到这些前沿知识。这是作者编写本书的另一个初衷。
本书由同济大学计算机科学与技术系的王伟老师主编，其素材来源于开设的“计算机科学前沿技术”课程的讲稿，该讲稿已在全校三届本科生中进行过试讲，涉及到多个专业与多个年级的不同学生，效果不错，学生学习和试读后提出了一些宝贵意见。在此，对所有关心本书的学者、同仁、学生表示感谢。本书是对计算机科学这门学科进行通识教育的一种全新探索，望读者对本书的不足之处提出宝贵意见。作者希望能够在该教材初版的基础上每隔三年左右修订一个新的版本，不断更新学科的最新前沿内容，将该教材锤炼成计算机领域中的一本精品教材。
本书的特点
- 知识上系统全面，在广度和深度兼顾的情况下给读者介绍计算机科学最新的前沿技术；
- 内容上尽量做到通俗易懂，图文并茂，几乎每页都配有相关图片，能够最大限度地吸引读者对计算机科学与技术的兴趣；
- 在每个专题中穿插计算机发展中的重大事件和著名人物，这些背景材料既能扩大读者的知识面，又能引起读者对计算机学科的强烈兴趣；
- 面向的读者较为广泛，既适合大专院校不同年级的学生，又适合广大的教师和科研人员，既适合计算机专业的从业人员，又适合非计算机专业的读者。
本书的组织
本书的组织是按照国际计算机学科普遍采用的一个分类标准，将计算机学科分为六大核心部分：计算机硬件和体系结构、计算机系统、数据库和数据管理、人工智能、计算机应用以及新兴技术。本书的具体组织结构如下图所示。
其中，第一部分包括计算机硬件的发展和高性能计算；第二部分包括操作系统、计算机网络新技术以及可信系统和可信软件；第三部分包括数据库技术的发展和数据挖掘及其应用；第四部分包括人工智能前沿和机器学习研究与发展；第五部分包括搜索引擎技术和集体智慧与Web
2.0技术；第六部分包括云计算、物联网、服务计算与服务科学，以及智慧地球。相信以上各个章节能够共同勾勒出计算机科学的前沿学科内容。
本书每个章节叙述一个独立的计算机研究领域，因此，读者既可以按照传统的方法一章一章的顺序阅读，也可以任意跳到你感兴趣的章节直接阅读，全凭读者喜好。
致谢
本书的写作、出版是在IBM大学合作项目书籍出版资助计划、谷歌校企共建实用精品课程建设项目、国家自然科学基金青年项目（61103068）以及同济大学“十二五”规划教材建设项目的大力支持下完成的。本书在编写过程中，参考和引用了大量国内外的著作、论文和研究报告。由于篇幅有限，本书各章节仅仅列举了主要的参考文献。作者向所有被参考和引用论著的作者表示由衷的感谢，他们的辛勤劳动成果为本书提供了丰富的资料。如果有的资料没有查到出处或因疏忽而未列出，请原作者见谅，并请告知我们，以便再版时补上。
本教材的编写过程中特别参考了由美国ACM主办的《美国计算机协会通讯》、“中国计算机学会”主编的《中国计算机学会通讯》刊物以及《中国计算机科学技术年度发展报告（2006–2010）》丛书等，很多内容直接选编于其中的文章并作了适当的修改。作者将这些文章和书籍在附录中一一进行了列出，并做了相应说明。同时，作者还邀请了大量的学术界和工业界的专家加入到本书的编写中，参与本书编写的还有如下老师和研究人员：
- 上海交通大学微电子学院的祝永新教授为本书的第2章提供了部分材料，并对全章进行了审阅；
- 中科院软件研究所并行计算实验室的张云泉研究员对本书的第3章提供了部分材料，并对全章进行了审阅；
- 上海中标软件有限公司总裁韩乃平为本书的第4章提供了部分材料，并提出了部分建议；
- 香港理工大学的曹建农教授为本书的第5章提出了部分建议；
- 武汉大学的张焕国教授和何炎祥教授为本书的第6章提供了部分材料，并对全章进行了审阅；
- 甲骨文（Oracle）（中国）软件系统有限公司的资深企业架构是张文举博士对本书的第7章提供了部分建议，并对全章进行了审阅；
- 台湾辅仁大学统计资讯学系的谢邦昌教授为本书的第8章提供了部分建议，并对全章进行了审阅；
- 中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学重点实验室的曾大军教授为本书的第9章提供了部分材料，并对全章进行了审阅；
- 微软亚洲研究院的刘铁岩博士为本书的第10章提出了部分建议；
- 百度公司技术管理部总监及技术委员会理事长陈尚义对本书的第11章进行了审阅，并提供了部分材料；
- IBM中国开发中心的莫映老师撰写了本书第12章的内容；
- 南京工程学院的刘传清教授为本书的第14章提供了部分材料，并对全章进行了审阅；
- 哈尔滨工业大学计算机学院的王忠杰副教授为本书第15章提供了部分材料；
- IBM中国研究院的高级研究员杨博博士对本书的第15章进行了审阅和修订，同时也对第14章提出了修改建议；
- IBM商业价值研究院院长甘绮翠女士和高级顾问孙爱军女士对本书的第16章进行了审阅，并提供了部分材料；
- 复旦大学软件学院院长臧斌宇教授为本书的附录B提供了部分材料。
另外，同济大学计算机科学与技术系的博士生邓志刚、匡桂娟，以及硕士生吴煜祺对本书的初稿进行了部分校审。最后，还要衷心感谢清华大学出版社的所有工作人员，特别是闫红梅老师，正是在她无数次的帮助下，多次满足我在书稿上的各种苛刻要求，才使得本书的顺利出版。再次向上述老师和研究人员表示衷心的感谢！
苏轼在《稼说》一文中提出学习的主张“博观而约取，厚积而薄发”是我们多年计算机科学与技术工作的共鸣，其精髓就在勤于积累和精于应用。如果各位读者能够从中不仅学会“Know-how”，而且能够进一步学习和探寻计算机科学背后的“Know-why”，则本书的目的就达到了。
联系方式：FrontiersCS@gmail.com
作者谨识于
同济大学嘉定校区
2011年10月20日
https://blog.sciencenet.cn/blog-242272-590056.html
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