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出版者:Springer

作者:Katharina Morik

出品人:

页数:242

译者:

出版时间:2005-09-07

价格:USD 29.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783540243045

丛书系列:

图书标签:

Informatik
Kompakt
Einführung
Grundlagen
Studium
Lehre
IT
Wissen
Technik
Digitalisierung

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具体描述

Die Autoren geben eine fundierte Einf hrung in die Informatik, die von Anfang an die Zusammenh nge zwischen den Teilgebieten des Faches betont. Das Buch ist kompakt, weil der gemeinsame Kern der verschiedenen Informatikgebiete betrachtet wird. In einer integrativen Sichtweise werden Modellierung, abstrakte Datentypen, Algorithmen sowie nebenl ufige und verteilte Programmierung behandelt. Die grundlegenden Konzepte der Informatik werden dabei mittels der Programmiersprache Java realisiert. Wesentliches Anliegen der Autoren ist es, die Informatik als Wissenschaft der Abstraktion herauszustellen und in diesem Sinne den Studierenden allgemeine Methoden zum L sen praktischer Probleme zu vermitteln.Lernkontrollen und ein effektiver Index, der vor allem diejenigen Begriffe auff hrt, die ein Informatiker einfach k nnen muss, erm glichen ein fokussiertes Studium. Ferner stehen vielf ltige Programm-Beispiele im Internet bereit.

深入探索：数字时代的基石与未来本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，剖析当代信息科学（Informatik）的广阔图景、核心理论、关键技术及其对社会产生的深刻影响。我们聚焦于计算机科学的理论基础、系统架构、算法设计与复杂性分析，以及新兴的交叉学科应用，力求构建一个既扎实又前瞻性的知识体系。第一部分：理论的殿堂与计算的本质本部分将奠定读者理解现代计算的数学与逻辑基础。我们从计算的可判定性与不可判定性问题入手，回顾图灵机模型、$lambda$-演算及其在形式语义学中的地位。重点讨论了复杂性理论，详细剖析了P、NP、NP完全性等核心概念，并探讨了量子计算在颠覆经典复杂性范式方面的潜力与挑战。 1.1 形式语言与自动机理论：深入研究正则语言、上下文无关文法（CFG）及其在编译器设计中的应用。通过有限自动机（FA）和下推自动机（PDA）的构建与分析，揭示语言的结构层次。 1.2 可计算性理论：详细阐述了邱奇-图灵论题，并分析了停机问题的不可解性证明。讨论了递归函数论和判定问题的边界。 1.3 算法分析与设计：涵盖了排序、搜索、图论算法（如最短路径、最小生成树）的渐近分析。着重讲解了分治法、动态规划和贪婪算法的范式，并引入了高级主题，如随机化算法和近似算法的性能保证。第二部分：硬件的脉络与系统的构建本部分转向系统层面，探究支撑所有软件运行的物理与逻辑基础设施。内容涵盖了从底层硬件逻辑到操作系统内核的设计哲学。 2.1 计算机体系结构：剖析冯·诺依曼结构与哈佛结构的优缺点，深入研究指令集架构（ISA），包括RISC与CISC的权衡。详细阐述了存储器层级结构（缓存一致性协议、虚拟内存管理）如何通过优化延迟和带宽来提升整体性能。特别关注现代多核处理器中的并行性挑战。 2.2 操作系统原理：探讨操作系统的核心职能——进程与线程管理、内存管理（分页、分段）、文件系统设计与I/O调度。详细分析了并发控制的机制，如互斥锁、信号量和管程，并讨论了死锁的检测与预防策略。 2.3 编译原理与程序语言设计：从词法分析到语义分析和代码生成，系统地梳理了编译器的构建流程。对比分析了命令式、函数式和面向对象编程语言的设计范式，探讨类型系统（静态与动态、强与弱）对程序可靠性的影响。第三部分：数据之海与智能的涌现随着数据量的爆炸性增长，如何高效地组织、存储、检索和利用数据，以及如何赋予机器“智能”，成为信息科学的核心议题。 3.1 数据库系统与数据管理：深入讲解关系代数、SQL的优化执行。重点分析事务处理的ACID特性和并发控制机制（如两阶段锁定）。此外，本书对NoSQL数据库（键值存储、文档型、图数据库）的适用场景进行了细致的区分和比较。 3.2 计算机网络与分布式系统：基于TCP/IP五层模型，系统阐述了数据如何在网络中传输。详细剖析了路由选择协议（如OSPF, BGP）、拥塞控制算法（如TCP Tahoe/Reno）的精妙之处。在分布式系统领域，探讨了CAP定理的实际意义，以及一致性模型（如最终一致性）在大型系统中的实现。 3.3 人工智能的数学基石与机器学习：本章侧重于支撑现代AI的统计学和优化理论。深入研究监督学习、无监督学习和强化学习的基本框架。详细推导了线性回归、逻辑回归、支持向量机（SVM）的优化目标函数，并全面解析了深度神经网络（CNN, RNN, Transformer）的结构、反向传播算法和正则化技术。第四部分：信息安全与未来挑战信息系统的普及带来了对安全性和隐私保护的迫切需求。本部分关注保障数字世界安全的技术手段与伦理考量。 4.1 密码学基础：介绍古典密码学的局限性，重点研究公钥加密系统（RSA, ECC）的数学原理，以及哈希函数和数字签名的安全属性。讨论了零知识证明在隐私保护计算中的前沿应用。 4.2 系统安全与漏洞分析：分析常见的软件漏洞（如缓冲区溢出、SQL注入）的成因，并探讨缓解技术，如地址空间布局随机化（ASLR）。介绍入侵检测系统（IDS）和安全审计的基本框架。 4.3 信息伦理与社会责任：探讨数据主权、算法偏见以及人工智能决策透明度等重大社会问题。鼓励读者以负责任的态度面对信息技术的强大能力，并思考其对人类社会的长远影响。本书通过严谨的数学论证、清晰的架构划分和丰富的实践案例，旨在培养读者将抽象理论转化为高效工程解决方案的能力，为有志于深入信息科学研究或高新技术产业的专业人士提供一个坚实可靠的参照。