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计算机科学概论

计算机科学导论类

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计算机科学概论(第13版)

  • Skill 版本:v1
  • 类别:计算机科学导论类

评级结论:经典原理

信息浓度:高——全书讲的是”为什么”而非”怎么做”:算法与哥德尔不完备性定理的关系、 抽象作为控制复杂性的核心手段、布尔运算如何通过门电路组合成触发器、二进制补码为何能统一 表示正负数、算法与可计算性的边界(丘奇-图灵论题)等,都是原理性阐述,附带大量历史脉络 和”为什么这样设计”的推理过程,而非工具操作步骤。

稳定性:高——核心内容(布尔逻辑、位存储原理、算法复杂度分析、计算理论、抽象方法论) 是计算机科学的奠基性原理,历经 13 个版本仍然成立,不因具体工具/语言版本更新而过时。书中 虽提及 SSD、蓝光光盘、Python 等具体技术作为例证,但这些只是原理的应用示例,不影响全书作为 经典教材的整体定位。

实践卡进度

序号 实践标题 实践方式 状态 关联章节 产出
1 实测浮点求和顺序如何影响最终精度 真实任务 done 浮点表示相关章节 求和顺序误差对照表
2 构造并解除一次满足死锁三个必要条件的真实死锁 真实任务 done 死锁相关章节 死锁复现与修复后运行记录

类别清单核对

维度 覆盖状态 关联卡片标题或未覆盖理由
算法的本质与地位 已覆盖 算法程序软件硬件的关系(ch00);算法正式定义的四个要素、算法是抽象的与其表示相互独立(ch05)
数据表示与编码基础 已覆盖 布尔运算与逻辑门、ASCII的局限与Unicode加UTF8的解法、二进制补码统一加减法电路等(ch01)
计算机体系结构总览 已覆盖 CPU三大部件与总线协作、存储程序概念、RISC与CISC的设计哲学分歧、机器周期(ch02)
操作系统核心职责 已覆盖 多道程序设计靠中断制造并发假象、信号量与临界区解决竞态条件、死锁的三个必要条件、特权级别(ch03)
网络与因特网分层模型 已覆盖 网络分层模型应用层到链路层的分组交换、TCP与UDP、IP地址与域名系统的分层编址(ch04)
程序设计语言范式全景 已覆盖 四大程序设计范型的核心区别、编译器与解释器的本质差异(ch06)
软件工程方法论概览 已覆盖 瀑布模型与增量迭代模型的对立、耦合与内聚、白盒测试与黑盒测试(ch07)
数据组织抽象层次 已覆盖 数据结构本质是对线性存储器的抽象模拟(ch08);数据库通过多维链接超越平面文件的单一视角、关系分解的取舍(ch09)
计算的边界 已覆盖 可计算与不可计算函数的边界、停机问题的不可判定性证明、P类问题、NP问题与NP完全问题(ch12)
计算机科学的社会影响 已覆盖 机器能力增长不等于任务该交给机器(ch11,围绕魏泽鲍姆对人工智能应用边界的伦理立场)

章节进度追踪表

章节号 章节标题 精读/略读 状态 卡片数
qz03 内容提要 略读 done 0
qz05 前言 略读 done 0
qz06 本书与AP®计算机科学原理课程框架之间的关联 略读 done 0
ch00 第0章 绪论 精读 done 4
ch01 第1章 数据存储 精读 done 14
ch02 第2章 数据操控 精读 done 13
ch03 第3章 操作系统 精读 done 9
ch04 第4章 组网及因特网 精读 done 14
ch05 第5章 算法 精读 done 10
ch06 第6章 程序设计语言 精读 done 11
ch07 第7章 软件工程 精读 done 9
ch08 第8章 数据抽象 精读 done 9
ch09 第9章 数据库系统 精读 done 9
ch10 第10章 计算机图形学 精读 done 9
ch11 第11章 人工智能 精读 done 12
ch12 第12章 计算理论 精读 done 10
appA 附录A ASCII码 略读 done 0
appB 附录B 用于处理二进制补码表示的电路 精读 done 1
appC 附录C Vole:一种简单的机器语言 精读 done 0(指令编码细节已被第2章卡片覆盖)
appD 附录D 高级程序设计语言 略读 done 0
appE 附录E 迭代结构与递归结构的等价性 精读 done 1
appF 索引 略读 done 0

待关联术语

术语名 出现章节 一句话语境
校验和(checksum) ch01 奇偶校验位概念的扩展,用于检测长位串错误,书中未展开算法细节
循环冗余校验(CRC) ch01 同上,与校验和并列提及但未展开

引用文献

标题 类型 出现章节 一句话语境

章节与卡片

00 绪论

  1. 算法程序软件硬件的关系 普通读书笔记卡
  2. 哥德尔不完备定理与算法边界 普通读书笔记卡
  3. 抽象:分离外部特征与内部细节 普通读书笔记卡
  4. 计算机科学的七大核心思想 普通读书笔记卡

01 数据存储

  1. 布尔运算与逻辑门 普通读书笔记卡
  2. 触发器:用门电路实现记忆 普通读书笔记卡
  3. 主存储器的随机存取特性 普通读书笔记卡
  4. 存储介质的机械与电子权衡 普通读书笔记卡
  5. 二进制补码统一加减法电路 普通读书笔记卡
  6. 溢出是有限位数表示无限数的代价 普通读书笔记卡
  7. 浮点截断误差与加法顺序敏感性 普通读书笔记卡
  8. ASCII 的局限与 Unicode+UTF-8 的解法 普通读书笔记卡
  9. 位图与矢量图形的取舍 普通读书笔记卡
  10. 采样编码与 MIDI 记录方式的区别 普通读书笔记卡
  11. 无损压缩与有损压缩的本质取舍 普通读书笔记卡
  12. 频率相关编码:按出现频率分配码长 普通读书笔记卡
  13. 有损压缩利用人类感知局限 普通读书笔记卡
  14. 纠错码:靠汉明距离纠正错误 普通读书笔记卡

02 数据操控

  1. CPU 三大部件与总线协作 普通读书笔记卡
  2. 存储程序概念:程序即数据 普通读书笔记卡
  3. RISC 与 CISC 的设计哲学分歧 普通读书笔记卡
  4. 机器指令的三大类与编码结构 普通读书笔记卡
  5. 机器周期:取指-译码-执行 普通读书笔记卡
  6. 程序与数据在存储器中不可区分的后果 普通读书笔记卡
  7. 掩码位运算:局部操控位串 普通读书笔记卡
  8. 内存映射 I/O:让外设看起来像存储器地址 普通读书笔记卡
  9. DMA 与冯·诺依曼瓶颈 普通读书笔记卡
  10. 握手:外设与计算机的双向协调 普通读书笔记卡
  11. 并行通信与串行通信的取舍 普通读书笔记卡
  12. 流水线:不提速也能提升吞吐量 普通读书笔记卡
  13. SISD/SIMD/MIMD 并行架构分类 普通读书笔记卡

03 操作系统

  1. 从批处理到分时交互处理的演进 普通读书笔记卡
  2. 应用/实用/操作系统的三层软件分类 普通读书笔记卡
  3. 内核三大组件与虚拟内存 普通读书笔记卡
  4. 引导过程:解决"先有鸡还是先有蛋" 普通读书笔记卡
  5. 进程是程序的动态活动,而非程序本身 普通读书笔记卡
  6. 多道程序设计靠中断制造并发假象 普通读书笔记卡
  7. 信号量与临界区:解决竞态条件 普通读书笔记卡
  8. 死锁的三个必要条件与假脱机的化解思路 普通读书笔记卡
  9. 特权级别:用硬件强制操作系统的权限边界 普通读书笔记卡

04 组网及因特网

  1. 总线拓扑与星形拓扑的物理与逻辑差异 普通读书笔记卡
  2. CSMA/CD 与 CSMA/CA:检测碰撞与避免碰撞 普通读书笔记卡
  3. 从中继器到路由器:网络设备的处理层级 普通读书笔记卡
  4. 客户/服务器与对等计算的架构取舍 普通读书笔记卡
  5. 分布式系统的三种形态:集群/网格/云计算 普通读书笔记卡
  6. ISP 分层结构与因特网的路由冗余 普通读书笔记卡
  7. IP 地址与域名系统的分层编址 普通读书笔记卡
  8. 网络分层模型:应用层到链路层的分组交换 普通读书笔记卡
  9. TCP 与 UDP:可靠连接与轻量无连接的取舍 普通读书笔记卡
  10. 标记语言用标签分离内容与呈现/语义 普通读书笔记卡
  11. 恶意软件的传播机制分类 普通读书笔记卡
  12. 防火墙与代理服务器的防御思路 普通读书笔记卡
  13. 对称加密与公钥加密的本质差异 普通读书笔记卡
  14. 数字签名与认证机构解决公钥信任问题 普通读书笔记卡

05 算法

  1. 算法正式定义的四个要素 普通读书笔记卡
  2. 算法是抽象的,与其表示相互独立 普通读书笔记卡
  3. 原语与程序设计语言的关系 普通读书笔记卡
  4. 问题求解四阶段及其非线性本质 普通读书笔记卡
  5. 迈出第一步的三种策略 普通读书笔记卡
  6. 循环控制的三要素与前/后测试循环 普通读书笔记卡
  7. 递归:把重复当作自身的子任务 普通读书笔记卡
  8. 用大Θ记号比较算法效率的增长趋势 普通读书笔记卡
  9. 测试无法证明正确性,只能证伪 普通读书笔记卡
  10. 用前置/后置条件与循环不变式形式化证明正确性 普通读书笔记卡

06 程序设计语言

  1. 三代程序设计语言与机器无关目标 普通读书笔记卡
  2. 编译器与解释器的本质差异 普通读书笔记卡
  3. 四大程序设计范型的核心区别 普通读书笔记卡
  4. 按值传递与按引用传递的语义差异 普通读书笔记卡
  5. 翻译过程的三个阶段:词法分析、语法分析、代码生成 普通读书笔记卡
  6. 形式文法用结构消除自然语言的歧义 普通读书笔记卡
  7. 类是模板,对象是从模板构造出的实例 普通读书笔记卡
  8. 继承与多态:为相似而不同的对象建模 普通读书笔记卡
  9. 封装:分离行为与实现细节 普通读书笔记卡
  10. 监控程序:把互斥责任收归数据自身 普通读书笔记卡
  11. Prolog 与逻辑编程:靠消解和合一求解 普通读书笔记卡

07 软件工程

  1. 软件工程与传统工程的根本差异 普通读书笔记卡
  2. 开发阶段的努力是维护阶段的杠杆 普通读书笔记卡
  3. 瀑布模型与增量/迭代模型的对立 普通读书笔记卡
  4. 耦合与内聚:模块化设计的两个正交目标 普通读书笔记卡
  5. 信息隐藏是抽象工具的核心保护机制 普通读书笔记卡
  6. 白盒测试与黑盒测试及测试的局限性 普通读书笔记卡
  7. 界面设计要顺应人类认知局限,而非依赖记忆 普通读书笔记卡
  8. 版权、专利、许可对软件所有权的不同保护范围 普通读书笔记卡
  9. 设计模式是预先验证过的可复用解决方案 普通读书笔记卡

08 数据抽象

  1. 数据结构本质是对线性存储器的抽象模拟 普通读书笔记卡
  2. 栈与队列:靠限制访问方式产生新保证 普通读书笔记卡
  3. 静态与动态结构的权衡及垃圾收集 普通读书笔记卡
  4. 指针:存储地址的存储 普通读书笔记卡
  5. 邻接表与链表在访问速度与修改灵活性上的取舍 普通读书笔记卡
  6. 二叉树的两种存储实现:链式与连续编号 普通读书笔记卡
  7. 有序二叉树让搜索、排序遍历、插入三者兼得 普通读书笔记卡
  8. 抽象数据类型:把数据和操作绑定并隐藏内部结构 普通读书笔记卡
  9. 间接寻址是指针在机器语言层面的实现 普通读书笔记卡

09 数据库系统

  1. 数据库通过多维链接超越平面文件的单一视角 普通读书笔记卡
  2. 模式与子模式:共享数据同时限制访问范围 普通读书笔记卡
  3. 应用软件与 DBMS 分离带来的数据独立性 普通读书笔记卡
  4. 关系分解:在冗余异常与信息丢失之间的取舍 普通读书笔记卡
  5. SQL 的说明性本质:描述要什么而非怎么做 普通读书笔记卡
  6. 提交点与回滚:保证数据库故障后的一致性 普通读书笔记卡
  7. 锁定协议:用共享锁与排他锁防止并发异常 普通读书笔记卡
  8. 索引与散列:两种快速定位记录的策略 普通读书笔记卡
  9. 面向对象数据库把智能行为封装进对象本身 普通读书笔记卡

10 计算机图形学

  1. 3D图形学的建模-渲染两阶段与虚拟世界拍照隐喻 普通读书笔记卡
  2. 多边形网格:用统一近似换取渲染方法的一致性 普通读书笔记卡
  3. 程序化模型:用算法生成难以手工建模的复杂形态 普通读书笔记卡
  4. 场景图把物体、灯光、相机链接成虚拟世界的完整描述 普通读书笔记卡
  5. 镜面光、漫射光、环境光共同决定表面外观 普通读书笔记卡
  6. 渲染流水线与局部光照模型的局限 普通读书笔记卡
  7. z 缓冲区靠逐像素距离比较解决前景/背景遮挡 普通读书笔记卡
  8. 光线跟踪与辐射度:两种全局光照的不同思路 普通读书笔记卡
  9. 动力学与运动学:描述运动的两种视角 普通读书笔记卡

11 人工智能

  1. 智能体的四个响应层级 普通读书笔记卡
  2. 图灵测试的局限:ELIZA 说明模仿不等于理解 普通读书笔记卡
  3. 产生式系统把推理问题统一转化为路径搜索 普通读书笔记卡
  4. 启发式搜索:用估计值代替穷举引导方向 普通读书笔记卡
  5. 图像理解分为图像处理与图像分析两阶段 普通读书笔记卡
  6. 语言理解的三层分析与"翻译成功"不等于"理解" 普通读书笔记卡
  7. 框架问题:环境变化后间接影响难以追踪 普通读书笔记卡
  8. 机器学习三层级:按人为干预程度区分 普通读书笔记卡
  9. 人工神经网络用权重与阈值模拟神经元的兴奋/抑制 普通读书笔记卡
  10. 遗传算法用模拟自然选择演化出解 普通读书笔记卡
  11. 反应式机器人与基于规划机器人的架构哲学之争 普通读书笔记卡
  12. 机器能力增长不等于任务该交给机器 普通读书笔记卡

12 计算理论

  1. 可计算与不可计算函数的边界 普通读书笔记卡
  2. 图灵机作为衡量计算能力的统一标准 普通读书笔记卡
  3. 丘奇-图灵论题 普通读书笔记卡
  4. 通用程序设计语言与 Bare Bones 揭示的语言核心 普通读书笔记卡
  5. 停机问题的不可判定性证明 普通读书笔记卡
  6. 问题的复杂性由其最优算法决定,而非某个具体解 普通读书笔记卡
  7. P 类问题是"合理时间可解"的分界线 普通读书笔记卡
  8. NP 问题与非确定性算法:猜测再验证 普通读书笔记卡
  9. NP 完全问题:一个解开,全部解开 普通读书笔记卡
  10. RSA 公钥加密:利用计算不对称性构建的加密系统 普通读书笔记卡

13 用于处理二进制补码表示的电路

  1. 行波进位加法器:电路复制拼接思路 普通读书笔记卡

14 迭代结构与递归结构的等价性

  1. 迭代与递归在计算能力上完全等价 普通读书笔记卡

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