理论计算机科学漫谈
Posted by 宝水 on 十二月 15th, 2007
sir: 理论计算机科学漫谈 (zz)
发信人: sir (sir), 信区: Mathematics
标 题: 理论计算机科学漫谈(1)
发信站: 南大小百合 (Thu Nov 30 11:08:08 2000) , 转信
早就答应russel的，今天有点时间，把欠债还上。
计算机科学和数学的关系有点奇怪。二三十年以前，计算机科学基本上还是数学的一个分
支。而现在，计算机科学拥有广泛的研究领域和众多的研究人员，在很多方面反过来推动
数学发展，从某种意义上可以说是孩子长得比妈妈还高了。
但不管怎么样，这个孩子身上始终流着母亲的血液。这血液是the mathematical underpi
nning of computer science(计算机科学的数学基础)，– 也就是理论计算机科学。
现代计算机科学和数学的另一个交叉是计算数学/数值分析/科学计算，传统上不包含在理
论计算机科学以内。所以本文对计算数学全部予以忽略。
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梦里不知身是客, 一晌偷欢
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标 题: 理论计算机科学漫谈(2)
发信站: 南大小百合 (Thu Nov 30 11:23:19 2000) , 转信
最常和理论计算机科学放在一起的一个词是什么？答：离散数学。这两者的关系是如此密
切，以至于它们在不少场合下成为同义词。
传统上，数学是以分析为中心的。数学系的同学要学习三四个学期的数学分析，然后是复
变，实变，泛函等等。实变和泛函被很多人认为是现代数学的入门。在物理，化学，工程
上应用的，也以分析为主。
随着计算机科学的出现，一些以前不太受到重视的数学分支突然重要起来。人们发现，这
些分支处理的数学对象与传统的分析有明显的区别：分析研究的对象是连续的，因而微分
，积分成为基本的运算；而这些分支研究的对象是离散的，因而很少有机会进行此类的计
算。人们从而称这些分支为“离散数学”。“离散数学”的名字越来越响亮，最后导致以
分析为中心的传统数学分支被相对称为“连续数学”。
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标 题: 理论计算机科学漫谈(3)
发信站: 南大小百合 (Thu Nov 30 11:30:37 2000) , 转信
离散数学经过几十年发展，基本上稳定下来。一般认为，离散数学包含以下学科：
1) 集合论，数理逻辑与元数学。这是整个数学的基础，也是计算机科学的基础。
2) 图论，算法图论；组合数学，组合算法。计算机科学，尤其是理论计算机科学的核心是
算法，而大量的算法建立在图和组合的基础上。
3) 抽象代数。代数是无所不在的，本来在数学中就非常重要。在计算机科学中，人们惊讶
地发现代数竟然有如此之多的应用。
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标 题: 理论计算机科学漫谈(4)
发信站: 南大小百合 (Thu Nov 30 11:44:35 2000) , 转信
但是，理论计算机科学仅仅就是在数学的上面加上“离散”的帽子这么简单吗？一直到大
约十几年前，终于有一位大师告诉我们：不是。
D.E.Knuth(他有多伟大，我想不用我废话了)在Stanford开设了一门全新的课程Concrete
Mathematics。 Concrete这个词在这里有两层含义：
第一，针对abstract而言。Knuth认为，传统数学研究的对象过于抽象，导致对具体的问题
关心不够。他抱怨说，在研究中他需要的数学往往并不存在，所以他只能自己去创造一些
数学。为了直接面向应用的需要，他要提倡“具体”的数学。
在这里我做一点简单的解释。例如在集合论中，数学家关心的都是最根本的问题–公理系
统的各种性质之类。而一些具体集合的性质，各种常见集合，关系，映射都是什么样的，
数学家觉得并不重要。然而，在计算机科学中应用的，恰恰就是这些具体的东西。Knuth能
够首先看到这一点，不愧为当世计算机第一人。
第二，Concrete是Continuous(连续)加上discrete(离散)。不管连续数学还是离散数学，
都是有用的数学！
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标 题: 理论计算机科学漫谈(5)
发信站: 南大小百合 (Thu Nov 30 12:09:50 2000) , 转信
前面主要是从数学角度来看的。从计算机角度来看，理论计算机科学目前主要的研究领域
包括：可计算性理论，算法设计与复杂性分析，密码学与信息安全，分布式计算理论，并
行计算理论，网络理论，生物信息计算，计算几何学，程序语言理论等等。这些领域互相
交叉，而且新的课题在不断提出，所以很难理出一个头绪来。
下面随便举一些例子。
由于应用需求的推动，密码学现在成为研究的热点。密码学建立在数论(尤其是计算数论)
，代数，信息论，概率论和随机过程的基础上，有时也用到图论和组合学等。
很多人以为密码学就是加密解密，而加密就是用一个函数把数据打乱。这就大错特错了。
现代密码学至少包含以下层次的内容：
第一，密码学的基础。例如，分解一个大数真的很困难吗？能否有一般的工具证明协议正
确？
第二，密码学的基本课题。例如，比以前更好的单向函数，签名协议等。
第三，密码学的高级问题。例如，零知识证明的长度，秘密分享的方法。
第四，密码学的新应用。例如，数字现金，叛徒追踪等。
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标 题: 理论计算机科学漫谈(6)
发信站: 南大小百合 (Thu Nov 30 12:18:32 2000) , 转信
在分布式系统中，也有很多重要的理论问题。
例如，进程之间的同步，互斥协议。一个经典的结果是：在通信信道不可靠时，没有确定
型算法能实现进程间协同。所以，改进TCP三次握手几乎没有意义。
例如时序问题。常用的一种序是因果序，但因果序直到不久前才有一个理论上的结果….
..
例如，死锁没有实用的方法能完美地对付。
例如,……
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标 题: 关于死锁 Re: 理论计算机科学漫谈(6)
发信站: 南大小百合 (Fri Dec 1 07:40:11 2000) , 转信
【 在 pie (燃烧吧，小宇宙!) 的大作中提到: 】
: 【 在 probe (农民) 的大作中提到: 】
: 我简单地觉得与“熵”这个东西有关
没有这么复杂。关键在效率：对付死锁的方法，例如死锁检测，都非常严重地减低效率，
以至于得不尝失，因为死锁并不是一种经常出现的现象。所以在全局上，一般都用所谓“
鸵鸟算法”，也就是假装什么都不会发生。在局部上，例如你要设计一个访问共享数据的
算法，那么你就要证明你的算法在局部上是deadlock free。至于它会不会导致全局的死锁
，就烦不了许多了。
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梦里不知身是客, 一晌偷欢
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Three passions, simple but overwhelmingly strong,
have governed my life: the longing for love, the
search for knowledge, and unbearable pity for the
suffering of mankind.
- Bertrand Russell
十二月 15th, 2007 at 7:06 下午
来你这儿转转，嘿嘿，加油啊