软件科学与工程 国家自然科学基金委员会,中国科学院 编 专业科技 文轩网

总序i
前言v
摘要ix
Abstractxi
总论1
第一节软件与软件学科2
一、软件2
二、软件的重要作用3
三、软件学科3
四、软件学科的重要地位5
第二节发展历程与发展规律5
一、软件学科发展历程5
二、软件学科发展规律7
三、我国的软件学科、教育与产业8
第三节发展趋势与挑战问题10
一、软件成为基础设施10
二、软件学科的拓展10
三、软件学科的新理解11
四、学科研究的主要问题15
第四节政策建议17
一、加强软件基础前沿研究18
二、升级完善软件学科高等教育体系19
三、构建软件产业良性发展环境20
第五节本章小结21
第一篇软件学科发展回顾
第一章引言25
第一节软件发展简史26
一、人力/机械计算时代26
二、电子计算时代27
三、软件和软件工程的出现27
四、软件发展的主线29
第二节软件学科的内涵、发展规律和基本架构35
一、内涵与学科特征35
二、学科发展的基本规律36
三、软件学科的基本架构39
第三节本章小结40
第二章程序设计语言与理论42
第一节概述42
第二节程序设计语言43
一、语言的设计、实现及生命周期43
二、应用驱动的程序设计语言发展45
第三节程序理论49
一、程序设计语言的语法50
二、程序设计语言的类型系统50
三、程序的语义52
四、程序的规约54
五、程序设计理论框架55
第四节程序正确性构造55
一、程序验证55
二、程序的自动综合57
三、程序的精化57
第五节本章小结58
第三章系统软件59
第一节概述59
第二节操作系统60
一、单道批处理操作系统62
二、多道和分时主机操作系统63
三、个人/嵌入式操作系统65
四、智能终端操作系统66
第三节编译系统67
一、从汇编器到高级程序编译器67
二、面向程序设计语言的编译系统69
三、针对多核/众核架构优化的编译系统70
第四节中间件71
一、早期的中间件71
二、面向内联网的中间件73
三、面向互联网的中间件74
四、面向人机物融合应用的中间件76
第五节数据库管理系统77
一、层次和网状数据库78
二、关系数据库78
三、数据仓库系统79
四、大数据时代的数据库管理系统80
第六节本章小结80
第四章软件工程82
第一节概述82
第二节软件系统设计和实现85
一、软件工程方法85
二、软件工程过程90
三、软件质量保障94
四、软件工程工具97
第三节需求工程和领域工程100
第四节本章小结102
第五章软件产业103
第一节概述103
第二节软件产业和软件产业生态104
第三节软件产业发展历程概览105
第四节不同阶段和视角的软件产业生态108
一、软件产业与软件技术的互动108
二、以产品化为特征的软件产业生态109
三、以服务化为特征的软件产业生态112
四、以融合化为特征的软件产业生态114
五、开发视角的软件产业生态115
第五节本章小结118
第二篇新时代的软件学科
第六章引言121
第一节软件作为基础设施121
第二节软件学科范畴的拓展123
第三节软件学科的新理解124
一、系统观125
二、形态观127
三、价值观131
四、生态观134
第四节软件学科的发展趋势136
第七章软件理论138
第一节重大挑战问题139
一、新型计算模型及其算法与程序理论139
二、面向泛在计算平台的软件构造与验证理论141
三、面向人机物融合的复杂系统软件理论143
第二节主要研究内容145
一、量子计算模型的算法复杂性理论与程序验证146
二、大数据计算模型的算法与复杂性分析146
三、异构与多态、并行与分布计算的程序理论147
四、信息物理融合系统的建模与分析147
五、人机物融合系统的软件建模与验证147
六、学习赋能的软件系统分析与验证148
七、面向软件分析与验证的自动推理及约束求解148
第三节本章小结149
第八章程序设计语言与支撑环境150
第一节重大挑战问题151
一、面向泛在计算的语言的定制151
二、多范式程序设计的语言支持152
三、大数据处理的程序语言支持153
四、面向人机物融合的泛在范式的编译技术154
五、程序设计语言的安全性保障155
第二节主要研究内容156
一、多范式和领域特定的程序设计语言158
二、面向数据管理统计的程序设计语言158
三、面向软件定义网络的程序设计语言159
四、离散和连续混成系统的语言和工具159
五、支持共享内存模型的并发程序设计160
六、智能合约的设计语言和开发环境160
七、支持*终用户编程的程序设计语言160
八、程序设计框架和开发环境161
九、特定领域语言的元编程和开发环境161
十、程序设计语言的生态及其演化规律162
第三节本章小结163
第九章软件开发方法与技术164
第一节重大挑战问题165
一、复杂场景分析与建模165
二、群体智能开发169
三、人机协作编程171
四、开发运维一体化172
第二节主要研究内容176
一、人机物融合场景建模176
二、系统自适应需求分析177
三、系统内生安全规约获取177
四、群体智能软件生态178
五、群体智能开发方法178
六、群体智能协同演化178
七、群体智能软件支撑环境179
八、面向机器编程的代码生成179
九、面向人机协作的智能开发环境180
十、开发过程建模与优化180
十一、软件系统运行数据管理180
十二、安全和可信的开发运维一体化181
十三、开发运维一体化的组织与管理181
十四、微服务软件体系结构182
第三节本章小结182
第十章操作系统与运行平台183
第一节重大挑战问题184
一、支持软件定义的新型运行平台架构184
二、泛在资源的高效虚拟化和灵活调度186
三、基于连接协调的资源聚合与应用协同188
四、复杂软件系统适应演化的共性支撑190
五、人机物融合过程中的安全与隐私保护192
第二节主要研究内容193
一、新型硬件资源管理和调度技术194
二、面向特定应用领域的优化技术194
三、软硬协同的安全攻防对抗技术194
四、面向分布计算环境的资源虚拟化技术195
五、跨节点的资源高效按需聚合技术195
六、多租户条件下的主动防御技术196
七、基于区块链的新型分布架构运行支撑技术196
八、物理和社会资源的抽象及管控技术197
九、运行平台支持的软件持续演化技术197
十、基于开源和众包的操作系统生态链构建技术198
第三节本章小结198
第十一章数据管理与数据工程200
第一节重大挑战问题201
一、大数据管理的挑战202
二、新型硬件与混合架构的挑战204
三、异构数据整理的挑战205
四、数据隐私保护与数据安全的挑战206
第二节主要研究内容208
一、分布式数据管理208
二、云数据管理209
三、图数据管理210
四、新型硬件数据管理210
五、内存数据管理211
六、多源数据集成211
七、数据整理212
八、数据分析212
九、数据可视化213
十、数据隐私213十
一、数据安全214
第三节本章小结214
第十二章软件质量与安全保障216
第一节重大挑战问题217
一、数据驱动的智能系统质量保障217
二、人机物融合场景下的系统可信增强219
三、大规模复杂系统安全缺陷检测220
四、物联网环境下的系统安全保障222
第二节主要研究内容224
一、软件预期的外延扩展和符合性评估225
二、开放空间下的缺陷分析与漏洞挖掘技术226
三、系统动态行为监控与容错226
四、数据及智能模型的质量分析与评估226
五、智能系统测试227
六、安全缺陷检测、定位、修复和预警227
七、物联网环境下的测试技术228
八、过程改进与预防式软件质量保障228
第三节本章小结228
第十三章面向人机物融合的新型软件系统230
第一节卫星系统231
一、参考体系结构232
二、关键技术挑战233
三、未来研究方向234
第二节流程工业控制系统234
一、参考体系结构235
二、关键技术挑战236
三、未来研究方向237
第三节智慧城市系统238
一、参考体系结构239
二、主要技术挑战239
三、未来研究方向241
第四节无人自主系统242
一、参考体系结构243
二、关键技术挑战244
三、未来研究方向245
第五节高性能CAE软件系统247
一、参考功能特征248
二、关键技术挑战249
三、未来研究方向250
第六节本章小结251
第十四章软件生态253
第一节重大挑战问题254
一、软件供应链的复杂性255
二、个体参与生态的困难性256
三、群体协作的不可控性257
四、生态的可持续性259
第二节主要研究内容260
一、数据驱动的软件度量和分析方法260
二、软件供应链的度量与分析262
三、个体学习与群体协作的研究263
四、软件生态机制机理的研究265
第三节本章小结266
第十五章软件学科教育267
第一节重大挑战问题268
一、普及教育问题269
二、跨学科教育问题270
三、专业教育问题272
四、教育理念和方法改革问题273
五、软件伦理建设问题274
第二节主要研究内容275
一、以“知识普及+思维培养”为核心的普及教育275
二、以“复合型+创新型”为目标的跨学科教育276
三、以“知识体系＋能力培养”为核心的专业教育277
四、以“探寻规律+方法创新”为主体的教育理念和方法改革278
五、以“规范内涵+自动检测”为核心的软件伦理建设279
第三节本章小结280
第三篇中国软件学科发展建议
第十六章学科发展回顾283
第一节软件科研283
一、创业起步、自主仿制284
二、全面开放、进入主流284
三、加强创新、前沿竞争285
第二节软件教育287
第三节软件产业287
第四节本章小结289
第十七章学科发展建议290
第一节加强软件基础前沿研究290
一、加强面向人机物融合泛在计算模式的软件理论研究291
二、加强面向泛在计算的程序设计语言及其支撑环境研究291
三、布局基于软件定义方法的泛在操作系统原理和技术研究291
四、探索以数据为中心的新型应用开发运行模式及其平台支撑292
五、加强对大规模代码和项目的供应链与生态行为研究292
六、重视软件技术研究和应用的价值取向与管理292
第二节升级完善软件学科高等教育体系293
一、布局面向全体大学生的软件通识教育293
二、重构软件学科专业人才培养体系293
三、开展面向其他学科专业的软件工程教育294
四、构建并开放软件教育支撑平台294
第三节构建软件产业良性发展环境294
一、完善知识产权保护295
二、大力发展融合应用295
三、布局新基础设施建设295
四、积极培育开源生态295
五、推进公共数据开放296
参考文献297
关键词索引312