中國學科發(fā)展戰(zhàn)略·軟件科學與工程

目錄
總序 i
前言 v
摘要 ix
Abstract xi
總論 1
第一節(jié) 軟件與軟件學科 2
一、軟件 2
二、軟件的重要作用 3
三、軟件學科 3
四、軟件學科的重要地位 5
第二節(jié) 發(fā)展歷程與發(fā)展規(guī)律 5
一、軟件學科發(fā)展歷程 5
二、軟件學科發(fā)展規(guī)律 7
三、我國的軟件學科、教育與產業(yè) 8
第三節(jié) 發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)問題 10
一、軟件成為基礎設施 10
二、軟件學科的拓展 10
三、軟件學科的新理解 11
四、學科研究的主要問題 15
第四節(jié) 政策建議 17
一、加強軟件基礎前沿研究 18
二、升級完善軟件學科高等教育體系 19
三、構建軟件產業(yè)良性發(fā)展環(huán)境 20
第五節(jié) 本章小結 21
第一篇 軟件學科發(fā)展回顧
第一章 引言 25
第一節(jié) 軟件發(fā)展簡史 26
一、人力/機械計算時代 26
二、電子計算時代 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) 軟件學科的內涵、發(fā)展規(guī)律和基本架構 35
一、內涵與學科特征 35
二、學科發(fā)展的基本規(guī)律 36
三、軟件學科的基本架構 39
第三節(jié) 本章小結 40
第二章 程序設計語言與理論 42
第一節(jié) 概述 42
第二節(jié) 程序設計語言 43
一、語言的設計、實現(xiàn)及生命周期 43
二、應用驅動的程序設計語言發(fā)展 45
第三節(jié) 程序理論 49
一、程序設計語言的語法 50
二、程序設計語言的類型系統(tǒng) 50
三、程序的語義 52
四、程序的規(guī)約 54
五、程序設計理論框架 55
第四節(jié) 程序正確性構造 55
一、程序驗證 55
二、程序的自動綜合 57
三、程序的精化 57
第五節(jié) 本章小結 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、多道和分時主機操作系統(tǒng) 63
三、個人/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、從匯編器到高級程序編譯器 67
二、面向程序設計語言的編譯系統(tǒng) 69
三、針對多核/眾核架構優(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、面向人機物融合應用的中間件 76
第五節(jié) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 77
一、層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫 78
二、關系數(shù)據(jù)庫 78
三、數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng) 79
四、大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 80
第六節(jié) 本章小結 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)設計和實現(xiàn) 85
一、軟件工程方法 85
二、軟件工程過程 90
三、軟件質量保障 94
四、軟件工程工具 97
第三節(jié) 需求工程和領域工程 100
第四節(jié) 本章小結 102
第五章 軟件產業(yè) 103
第一節(jié) 概述 103
第二節(jié) 軟件產業(yè)和軟件產業(yè)生態(tài) 104
第三節(jié) 軟件產業(yè)發(fā)展歷程概覽 105
第四節(jié) 不同階段和視角的軟件產業(yè)生態(tài) 108
一、軟件產業(yè)與軟件技術的互動 108
二、以產品化為特征的軟件產業(yè)生態(tài) 109
三、以服務化為特征的軟件產業(yè)生態(tài) 112
四、以融合化為特征的軟件產業(yè)生態(tài) 114
五、開發(fā)視角的軟件產業(yè)生態(tài) 115
第五節(jié) 本章小結 118
第二篇 新時代的軟件學科
第六章 引言 121
第一節(jié) 軟件作為基礎設施 121
第二節(jié) 軟件學科范疇的拓展 123
第三節(jié) 軟件學科的新理解 124
一、系統(tǒng)觀 125
二、形態(tài)觀 127
三、價值觀 131
四、生態(tài)觀 134
第四節(jié) 軟件學科的發(fā)展趨勢 136
第七章 軟件理論 138
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問題 139
一、新型計算模型及其算法與程序理論 139
二、面向泛在計算平臺的軟件構造與驗證理論 141
三、面向人機物融合的復雜系統(tǒng)軟件理論 143
第二節(jié) 主要研究內容 145
一、量子計算模型的算法復雜性理論與程序驗證 146
二、大數(shù)據(jù)計算模型的算法與復雜性分析 146
三、異構與多態(tài)、并行與分布計算的程序理論 147
四、信息物理融合系統(tǒng)的建模與分析 147
五、人機物融合系統(tǒng)的軟件建模與驗證 147
六、學習賦能的軟件系統(tǒng)分析與驗證 148
七、面向軟件分析與驗證的自動推理及約束求解 148
第三節(jié) 本章小結 149
第八章 程序設計語言與支撐環(huán)境 150
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問題 151
一、面向泛在計算的語言的定制 151
二、多范式程序設計的語言支持 152
三、大數(shù)據(jù)處理的程序語言支持 153
四、面向人機物融合的泛在范式的編譯技術 154
五、程序設計語言的安全性保障 155
第二節(jié) 主要研究內容 156
一、多范式和領域特定的程序設計語言 158
二、面向數(shù)據(jù)管理統(tǒng)計的程序設計語言 158
三、面向軟件定義網(wǎng)絡的程序設計語言 159
四、離散和連續(xù)混成系統(tǒng)的語言和工具 159
五、支持共享內存模型的并發(fā)程序設計 160
六、智能合約的設計語言和開發(fā)環(huán)境 160
七、支持*終用戶編程的程序設計語言 160
八、程序設計框架和開發(fā)環(huán)境 161
九、特定領域語言的元編程和開發(fā)環(huán)境 161
十、程序設計語言的生態(tài)及其演化規(guī)律 162
第三節(jié) 本章小結 163
第九章 軟件開發(fā)方法與技術 164
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問題 165
一、復雜場景分析與建模 165
二、群體智能開發(fā) 169
三、人機協(xié)作編程 171
四、開發(fā)運維一體化 172
第二節(jié) 主要研究內容 176
一、人機物融合場景建模 176
二、系統(tǒng)自適應需求分析 177
三、系統(tǒng)內生安全規(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、面向機器編程的代碼生成 179
九、面向人機協(xié)作的智能開發(fā)環(huán)境 180
十、開發(fā)過程建模與優(yōu)化 180
十一、軟件系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)管理 180
十二、安全和可信的開發(fā)運維一體化 181
十三、開發(fā)運維一體化的組織與管理 181
十四、微服務軟件體系結構 182
第三節(jié) 本章小結 182
第十章 操作系統(tǒng)與運行平臺 183
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問題 184
一、支持軟件定義的新型運行平臺架構 184
二、泛在資源的高效虛擬化和靈活調度 186
三、基于連接協(xié)調的資源聚合與應用協(xié)同 188
四、復雜軟件系統(tǒng)適應演化的共性支撐 190
五、人機物融合過程中的安全與隱私保護 192
第二節(jié) 主要研究內容 193
一、新型硬件資源管理和調度技術 194
二、面向特定應用領域的優(yōu)化技術 194
三、軟硬協(xié)同的安全攻防對抗技術 194
四、面向分布計算環(huán)境的資源虛擬化技術 195
五、跨節(jié) 點的資源高效按需聚合技術 195
六、多租戶條件下的主動防御技術 196
七、基于區(qū)塊鏈的新型分布架構運行支撐技術 196
八、物理和社會資源的抽象及管控技術 197
九、運行平臺支持的軟件持續(xù)演化技術 197
十、基于開源和眾包的操作系統(tǒng)生態(tài)鏈構建技術 198
第三節(jié) 本章小結 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的挑戰(zhàn) 204
三、異構數(shù)據(jù)整理的挑戰(zhàn) 205
四、數(shù)據(jù)隱私保護與數(shù)據(jù)安全的挑戰(zhàn) 206
第二節(jié) 主要研究內容 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 214
第十二章 軟件質量與安全保障 216
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問題 217
一、數(shù)據(jù)驅動的智能系統(tǒng)質量保障 217
二、人機物融合場景下的系統(tǒng)可信增強 219
三、大規(guī)模復雜系統(tǒng)安全缺陷檢測 220
四、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的系統(tǒng)安全保障 222
第二節(jié) 主要研究內容 224
一、軟件預期的外延擴展和符合性評估 225
二、開放空間下的缺陷分析與漏洞挖掘技術 226
三、系統(tǒng)動態(tài)行為監(jiān)控與容錯 226
四、數(shù)據(jù)及智能模型的質量分析與評估 226
五、智能系統(tǒng)測試 227
六、安全缺陷檢測、定位、修復和預警 227
七、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的測試技術 228
八、過程改進與預防式軟件質量保障 228
第三節(jié) 本章小結 228
第十三章 面向人機物融合的新型軟件系統(tǒng) 230
第一節(jié) 衛(wèi)星系統(tǒng) 231
一、參考體系結構 232
二、關鍵技術挑戰(zhàn) 233
三、未來研究方向 234
第二節(jié) 流程工業(yè)控制系統(tǒng) 234
一、參考體系結構 235
二、關鍵技術挑戰(zhàn) 236
三、未來研究方向 237
第三節(jié) 智慧城市系統(tǒng) 238
一、參考體系結構 239
二、主要技術挑戰(zhàn) 239
三、未來研究方向 241
第四節(jié) 無人自主系統(tǒng) 242
一、參考體系結構 243
二、關鍵技術挑戰(zhàn) 244
三、未來研究方向 245
第五節(jié) 高性能CAE軟件系統(tǒng) 247
一、參考功能特征 248
二、關鍵技術挑戰(zhàn) 249
三、未來研究方向 250
第六節(jié) 本章小結 251
第十四章 軟件生態(tài) 253
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問題 254
一、軟件供應鏈的復雜性 255
二、個體參與生態(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) 主要研究內容 260
一、數(shù)據(jù)驅動的軟件度量和分析方法 260
二、軟件供應鏈的度量與分析 262
三、個體學習與群體協(xié)作的研究 263
四、軟件生態(tài)機制機理的研究 265
第三節(jié) 本章小結 266
第十五章 軟件學科教育 267
第一節(jié) 重大挑戰(zhàn)問題 268
一、普及教育問題 269
二、跨學科教育問題 270
三、專業(yè)教育問題 272
四、教育理念和方法改革問題 273
五、軟件倫理建設問題 274
第二節(jié) 主要研究內容 275
一、以“知識普及+思維培養(yǎng)”為核心的普及教育 275
二、以“復合型 +創(chuàng)新型”為目標的跨學科教育 276
三、以“知識體系＋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)范內涵+自動檢測”為核心的軟件倫理建設 279
第三節(jié) 本章小結 280
第三篇 中國軟件學科發(fā)展建議
第十六章 學科發(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、進入主流 284
三、加強創(chuàng)新、前沿競爭 285
第二節(jié) 軟件教育 287
第三節(jié) 軟件產業(yè) 287
第四節(jié) 本章小結 289
第十七章 學科發(fā)展建議 290
第一節(jié) 加強軟件基礎前沿研究 290
一、加強面向人機物融合泛在計算模式的軟件理論研究 291
二、加強面向泛在計算的程序設計語言及其支撐環(huán)境研究 291
三、布局基于軟件定義方法的泛在操作系統(tǒng)原理和技術研究 291
四、探索以數(shù)據(jù)為中心的新型應用開發(fā)運行模式及其平臺支撐 292
五、加強對大規(guī)模代碼和項目的供應鏈與生態(tài)行為研究 292
六、重視軟件技術研究和應用的價值取向與管理 292
第二節(jié) 升級完善軟件學科高等教育體系 293
一、布局面向全體大學生的軟件通識教育 293
二、重構軟件學科專業(yè)人才培養(yǎng)體系 293
三、開展面向其他學科專業(yè)的軟件工程教育 294
四、構建并開放軟件教育支撐平臺 294
第三節(jié) 構建軟件產業(yè)良性發(fā)展環(huán)境 294
一、完善知識產權保護 295
二、大力發(fā)展融合應用 295
三、布局新基礎設施建設 295
四、積極培育開源生態(tài) 295
五、推進公共數(shù)據(jù)開放 296
參考文獻 297
關鍵詞索引 312