计算机科学与技术方法论

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1、计算机科学与技术方法论凌贺飞博士副教授lhefei@gmail.com华中科技大学计算机学院第3章计算学科中的3个学科形态抽象—理论—设计（三种形态）：计算学科中的基本内容，基本概念；同时反映了人们的认识是从感性认识（抽象）到理性认识（理论），再由理性认识（理论）回到实践（设计）中来的一般科学思维方法一般科学技术方法论中有关抽象形态的论述科学抽象是指在思维中对同类事物去除其现象的、次要的方面，抽取其共同的、主要的方面，从而做到从个别中把握一般，从现象中把握本质的认知过程和思维方法。学科中的抽象形态包含着具体的内容，它们是学科中所具有的科学概念、科学符号和思想模型。

2、计算学科中抽象形态《计算作为一门学科》报告认为：理论、抽象和设计是我们从事本领域工作的3种主要形态,按人们对客观事物认识的先后次序，我们将报告中的抽象列为第一个学科形态，理论列为第二个学科形态。抽象源于实验科学、源于现实世界（建立对客观事物进行抽象描述的方法，建立概念模型）。包括以下4个步骤：（1）形成假设；（2）建造模型并作出预测；（3）设计实验并收集数据；（4）对结果进行分析。抽象过程的目的----建立概念模型，总体设计，架构师职责。例：封建社会—形成框架--天地君亲师。资本主义社会—阶级斗争(资产阶级、无产阶级)。大学—层次模型（学校院系组）一般科学技术方法

3、论中有关理论形态的论述科学认识由感性阶段上升为理性阶段，就形成了科学理论。科学理论是经过实践检验的系统化了的科学知识体系，它是由科学概念、科学原理以及对这些概念、原理的理论论证所组成的体系。理论源于数学，是从抽象到抽象的升华，它们已经完全脱离现实事物，不受现实事物的限制，具有精确的、优美的特征，因而更能把握事物的本质。计算学科中理论形态在计算学科中，源于数学（建立理论体系，建立数学模型）。包括以下4个步骤：（1）表述研究对象的特征（定义和公理）；（2）假设对象之间的基本性质和对象之间可能存在的关系（定理）；（3）确定这些关系是否为真（证明）；（4）结论。例：封建社

4、会—形成框架--天地君亲师，上升到理论-法则（约束）-天人合一，男女授受不亲等资本主义社会—以私营经济为主，资产阶级政党掌权，或实行资本主义的民主政治制度。一、生产力高度发展，社会富裕，鼓励自由的市场经济，政府对经济的干预尽量少。二，商品生产发展到很高的阶段，成为社会生产普遍的和统治的形式，劳动力变成了商品。三，资本家占有生产资料，用雇佣劳动的方式剥削工人阶级，生产的目的是创造利润。四，以使用机器的大生产为特征，生产社会化同资本主义的私人占有之间的矛盾构成资本主义社会的基本矛盾。大学—培养学生，上下级管理。一般科学技术方法论中有关设计形态的论述设计形态与抽象、理论

5、两个形态存在的联系设计源于工程，并用于系统或设备的开发，以实现给定的任务。设计形态和抽象、理论两个形态具有许多共同的特点。设计必须以对自然规律的认识为前提。设计必须创造出相应的人工系统和人工条件，还必须认识自然规律在这些人工系统中和人工条件下的具体表现形式.设计形态的主要特征与抽象、理论两个形态的主要区别：设计形态具有较强的实践性、社会性、综合性。计算学科中的设计形态源于工程（完成一个具体任务，总结与升华）包括以下4个步骤：（1）需求分析；（2）建立规格说明；（3）设计并实现该系统；（4）对系统进行测试与分析。例：学校—各种规章制度；信息公开；教师聘任制；考核制度

6、。一般科学技术方法论中有关3个学科形态内在联系的简要论述在计算机科学与技术方法论的原始命题中，蕴含着人类认识过程的两次飞跃，第一次飞跃是从物质到精神，从实践到认识的飞跃。这次飞跃包括两个决定性的环节：一个是科学抽象，另一个是科学理论。第二次飞跃是从精神到物质，从认识到实践的飞跃。这次飞跃的实质对技术学科（计算学科就是一门技术学科）而言，其实就是要在理论的指导下，以抽象的成果为工具来完成各种设计工作。计算学科中有关3个学科形态内在联系的论述3个学科形态的内在联系抽象源于现实世界。建立对客观事物进行抽象描述的方法，建立具体问题的概念模型，实现对客观世界的感性认识。理论

7、源于数学。建立完整的理论体系，建立具体问题的数学模型，从而实现对客观世界的理性认识。设计源于工程。对客观世界的感性认识和理性认识的基础上，完成一个具体的任务；对工程设计中所遇到的问题进行总结，提出问题，由理论界去解决它。4、各领域中三个形态的主要内容（P54-P59）二例子1信息系统（数据库）三种学科形态实例（P44-P48）1、问题：实体：学生与课程，联系：多对多，要建立一个信息管理系统。信息管理系统涉及的软件：应用软件中间件及工具软件数据库管理系统DBMS(Databasemanagementsystem)操作系统（operatingsystem，OS）高低语

8、言实体：客