10000个科学难题：信息科学卷 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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“10000个科学难题”信息科学编委会 编

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• 信息科学
• 科学普及
• STEM教育
• 问题解答
• 知识拓展
• 趣味科学
• 科普读物
• 青少年科学
• 科学思维
• 挑战自我

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030319111

版次：1

商品编码：10851873

包装：精装

开本：32开

出版时间：2011-09-01

用纸：胶版纸

页数：1117

正文语种：中文

内容简介

　　《10000个科学难题：信息科学卷》是《10000个科学难题》系列丛书中的信息科学卷。为r能够尽可能全面地反映信息领域的学科全貌，编委会在以信息领域著名专家为编委会主任、副主任委员的基础卜.，参照了国务院学位委员会的学科结构划分原则，聘请信息领域六个一级学科的知名专家作为责任编委，据此扩展。《10000个科学难题：信息科学卷》的编撰工作得到了信息领域众多专家学者的大力支持。由于信息科学本身就是一门应用科学，因此，在编撰过程中围绕区分“科学难题”而非“技术难题”做了大量工作。为便于读者浏览与阅读，科普类题目放在最前面，其余则按六个一级学科分类排列。
　　《10000个科学难题：信息科学卷》可供高等院校和科研单位从事信息科学研究的工作者参考阅读。希望《10000个科学难题：信息科学卷》在引导广大青年学子致力于信息科学研究的同时，对从事信息科学研究的科研人员也有所帮助和启发。

目录

《10000个科学难题》序
前言
科普篇
微电子的纳米时代
破译基因表达的调控密码
Fenllat原理之谜
梦的重建与读脑术
太赫兹生物分子光谱学一生命之谜的窗口
水声科学与水下通信
如何持续提升计算机系统的性能？
计算机系统如何成为可靠的系统？
自动编程：如何让计算机自动地从需求规约生成软件
电脑（计算机）能否接近人脑？
知识的自动发现
自然语言处理
计算机感知
如何让计算机实现人工世界？
网络科学的基本问题
机器学习之模型选择
操控量子世界
合作演化之谜
微型飞行器控制问题
多相航行器的航行控制问题
微纳米生物学系统状态空间建模
飞行器大包线鲁棒飞行控制
脑机接口：人类与机器的对话
测量及仪器科学的发展和面临的科学难题
光的七个极限问题
空间太阳能发电站
光镊及其应用
全光开关研究进展
太赫兹波
半导体激光器面临的挑战
弱激光治疗对人体细胞生物学作用的机理和量效关系
光动力疗法的机制及量效作用规律
专题篇
太赫兹波（光）源与探测器
等离子体填充微波器件
太赫兹电真空器件
基于过模互作用电路的回旋放大器
带状电子注的成形与传输
微波真空电子器件的发展
纳米尺度场发射的理论问题
分子电子学的难题
从医学超声成像发展看隐含信息的揭示
复合发射阴极与热一场统一发射模型
自旋电子学中的自旋传输矩效应
无缺陷硅单晶
硅基电泵激光
固态太赫兹源
高效率硅量子点激光器
稀磁半导体——内禀磁性的物理机理
Ⅳ一Ⅵ族半导体光电应用的瓶颈
CMOS工艺特征尺寸的极限是什么？
辐射环境下的单粒子效应
纳米集成电路的软错误问题
量子点存储器中存取速度与保持时间的矛盾
中间能带半导体
多核芯片系统
集成电路的互连问题
集成电路在纳米级工艺下面临的设计挑战
编后记

前言/序言

《10000个科学难题：信息科学卷》是一部面向广大科学爱好者、信息科学领域的研究者、学生以及所有对信息技术发展前沿充满好奇的读者的鸿篇巨著。本书并非一本流水账式的知识罗列，而是一次对信息科学深邃宇宙的探索之旅，它以“难题”为引，带领读者潜入知识的海洋，拨开迷雾，直抵真理的彼岸。 编纂的初心与价值： 信息科学，作为当今时代最活跃、最具颠覆性的学科之一，其发展速度之快、影响范围之广，前所未有。从人工智能的崛起、大数据分析的广泛应用，到区块链技术的悄然变革、量子计算的未来憧憬，再到网络安全、生物信息学、人机交互等多元领域的深度融合，信息科学的每一个分支都充满了令人着迷的挑战与机遇。然而，正是这些前沿的、复杂的、往往是跨学科的难题，构成了信息科学最核心的魅力所在，也成为了阻碍许多人深入理解和掌握这一领域的“拦路虎”。 《10000个科学难题：信息科学卷》正是基于这样的背景应运而生。本书的编纂团队汇聚了信息科学领域的资深专家、一线研究者和杰出的教育工作者。他们怀揣着普及科学知识、激发科研热情、推动学术交流的崇高理想，历时数年，呕心沥血，精心梳理、提炼了信息科学领域中最具代表性、最富挑战性、也最能引发思考的一万个科学难题。这些难题涵盖了信息科学的方方面面，从基础理论的根基，到前沿技术的应用，再到伦理道德的探讨，力求构建一个全面、立体、深入的信息科学知识图谱。 本书的价值在于，它不仅仅呈现了“是什么”的问题，更重要的是引导读者去探索“为什么”和“如何解决”的途径。它鼓励读者打破思维定势，勇于质疑，勤于思考，善于从不同的角度审视问题。通过解答这些难题，读者不仅能巩固和深化已有的知识，更能发现知识的盲点，拓展视野，激发创新灵感。对于学生而言，本书是学习信息科学的绝佳辅助读物，它能够帮助学生理解课程的精髓，为学术研究打下坚实的基础。对于科研人员而言，本书则是一份宝贵的参考资料，它可能为您提供新的研究思路，点燃创新的火花。对于普通读者而言，本书则是一扇认识现代科技奇迹的窗口，让您在惊叹之余，也能窥探到科技背后的深邃原理。 内容的宏观框架与结构： 本书以“难题”为核心，但其内容绝非零散的问答。为了系统性地呈现信息科学的知识体系，编纂团队将这10000个难题巧妙地组织在信息科学的十大核心领域之下，每个领域又细分为若干子主题，层层递进，形成了一个逻辑严谨、条理清晰的结构。 第一卷：理论基础与计算模型 数学与逻辑基石： 涉及离散数学、图论、数理逻辑、集合论、组合学等在信息科学中的应用，例如，在算法设计、数据结构、形式化验证中的核心作用；探索这些数学工具如何抽象和描述计算过程。 计算的本质与边界： 深入探究计算的可行性、复杂性与局限性，包括图灵机模型、计算复杂度理论（P/NP问题）、可计算性理论、不可判定问题等，理解计算能力的理论极限。 信息论与编码： 聚焦信息的度量、传输与存储，如香农信息熵、信道容量、纠错码（海明码、RS码等）、信源编码、信道编码等，探讨如何高效、可靠地处理信息。 形式语言与自动机： 介绍有限自动机、下推自动机、图灵机等计算模型，以及它们所对应的形式语言（正则语言、上下文无关语言等），理解编译器、语言识别等底层原理。 第二卷：算法与数据结构 基础算法设计范式： 涵盖分治法、动态规划、贪心算法、回溯法、分支限界法等经典设计思想，分析它们的适用场景、最优性证明及复杂度分析。 经典数据结构： 深入讲解数组、链表、栈、队列、树（二叉树、B树、AVL树、红黑树等）、图、散列表等基本数据结构，以及它们的实现方式、优缺点和应用场景。 高级算法与技巧： 探索排序与查找的深度优化、图算法（最短路径、最小生成树、拓扑排序等）、字符串匹配算法（KMP、Boyer-Moore等）、网络流算法、概率算法、近似算法等。 算法分析与优化： 关注算法的时间复杂度与空间复杂度分析，以及如何通过数学工具、并行计算、近似计算等手段进行算法优化，以应对大规模数据处理的需求。 第三卷：编程语言与软件工程 编程语言的演进与设计： 探讨不同编程范式（命令式、函数式、面向对象、逻辑式）的优缺点，分析编译器、解释器的工作原理，以及语言设计的哲学与挑战。 软件开发生命周期： 覆盖需求分析、系统设计、编码实现、测试验证、部署维护等软件工程的各个阶段，探讨敏捷开发、DevOps等现代开发模式。 软件架构与设计模式： 介绍微服务、SOA、MVC等架构风格，以及单例、工厂、观察者等经典设计模式，探讨如何构建可维护、可扩展、高可用的软件系统。 软件质量与测试： 深入理解单元测试、集成测试、系统测试、性能测试、安全测试等各类测试方法，以及静态分析、代码审查等保障软件质量的手段。 第四卷：计算机系统结构与操作系统 数字逻辑与计算机组成： 从门电路到CPU、内存、IO设备，揭示计算机硬件的基本构成原理，包括指令集架构、流水线技术、缓存一致性等。 操作系统原理： 深入理解进程与线程管理、内存管理（分页、分段）、文件系统、设备管理、调度算法、并发与同步机制等核心概念。 高性能计算： 探讨多核处理器、GPU计算、集群计算、分布式系统等如何实现大规模并行处理，以及相关的编程模型（MPI、OpenMP）。 网络协议栈与通信： 深入剖析TCP/IP协议族、HTTP、DNS等网络协议的工作原理，理解数据如何在网络中传输。 第五卷：数据库系统与管理 数据模型与关系理论： 深入理解关系模型、实体-关系模型、NoSQL模型等，以及范式理论、事务 ACID 特性。 数据库设计与实现： 探讨数据库的逻辑设计、物理设计，包括索引、视图、存储过程、触发器的应用，以及SQL语言的高级应用。 数据库性能优化与调优： 分析查询优化器的工作原理，探讨索引策略、表分区、缓存机制等提升数据库性能的方法。 分布式数据库与大数据管理： 介绍分布式数据库的架构、一致性模型、CAP定理，以及Hadoop、Spark等大数据处理平台的原理与应用。 第六卷：人工智能与机器学习 机器学习基础理论： 讲解监督学习（回归、分类）、无监督学习（聚类、降维）、强化学习的基本算法，如线性回归、逻辑回归、支持向量机、决策树、K-means等。 深度学习模型与架构： 深入探讨卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）、Transformer等经典深度学习模型，理解其结构、训练过程和应用。 自然语言处理（NLP）： 关注文本表示、词向量、序列到序列模型、注意力机制等NLP核心技术，以及机器翻译、情感分析、问答系统等应用。 计算机视觉（CV）： 探索图像识别、目标检测、图像分割、生成对抗网络（GAN）等计算机视觉领域的关键技术。 第七卷：网络通信与分布式系统 计算机网络架构与协议： 深入解析OSI七层模型、TCP/IP模型，以及HTTP/2, QUIC等新型协议，理解网络通信的层层封装与解封。 网络安全与加密： 探讨对称加密、非对称加密、哈希函数、数字签名、SSL/TLS协议等安全机制，以及网络攻击与防御策略。 分布式系统的原理与挑战： 关注一致性算法（Paxos, Raft）、分布式事务、容错性、可伸缩性、服务发现等，理解如何构建稳定可靠的分布式服务。 云计算与边缘计算： 探索虚拟化技术、容器化技术（Docker, Kubernetes），以及云计算的部署模式（IaaS, PaaS, SaaS），理解边缘计算的优势与应用。 第八卷：人机交互与用户体验 人机交互（HCI）理论： 探讨用户模型、人机交互设计原则、可用性工程，以及认知心理学在HCI中的应用。 用户界面（UI）设计： 关注信息架构、导航设计、视觉设计、交互设计等，理解如何设计直观、易用的用户界面。 用户体验（UX）研究： 掌握用户研究方法（访谈、问卷、可用性测试）、用户旅程图、用户画像等，理解如何创造积极的用户体验。 新兴交互技术： 探索语音交互、手势识别、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等新型交互方式，以及它们的设计挑战与应用前景。 第九卷：信息安全与隐私保护 密码学原理与应用： 深入理解公钥基础设施（PKI）、数字证书、加密算法（AES, RSA）、哈希函数（SHA-256）的安全性与实现细节。 网络安全攻防： 分析常见的网络攻击手段（SQL注入、XSS、DDoS）和防御技术，如防火墙、入侵检测系统（IDS/IPS）、安全审计。 数据隐私与合规： 探讨数据脱敏、差分隐私、联邦学习等隐私保护技术，以及GDPR、CCPA等相关法律法规。 软件与系统安全： 关注漏洞挖掘、代码审计、安全加固、访问控制等，保障软件和系统免受侵害。 第十卷：交叉学科与未来展望 生物信息学： 探讨基因组学、蛋白质组学、生物信息学数据库、生物序列比对算法等，理解信息科学在生命科学中的作用。 量子计算： 介绍量子比特、量子门、量子算法（Shor算法、Grover算法），以及量子计算的理论基础与发展前景。 脑科学与人工智能： 探讨脑科学研究成果如何启发人工智能发展，以及类脑计算、神经形态计算等前沿领域。 伦理、法律与社会影响： 关注人工智能的伦理问题（偏见、责任）、数据治理、数字鸿沟、信息茧房等，探讨技术发展带来的社会影响。 本书的特色与阅读体验： 1. 问题驱动，深度挖掘： 本书最大的特色在于以“难题”为切入点。每一个难题都是一个引人入胜的科学问题，它迫使读者停下来思考，而不是被动接受信息。通过解答这些难题，读者将深入理解相关概念的本质，掌握解决问题的核心方法。 2. 体系完整，内容翔实： 10000个难题的背后，是信息科学庞大知识体系的系统梳理。本书的编纂团队力求覆盖信息科学的各个分支，从基础到前沿，从理论到实践，为读者提供了一个全面而深入的知识框架。 3. 循序渐进，难度分级（隐含）： 虽然未明确标示，但难题的编排在一定程度上遵循了由浅入深、由易到难的原则。读者可以根据自己的知识背景和兴趣，选择合适的起点，逐步攻克难题，实现知识的螺旋式上升。 4. 激发思考，培养能力： 本书并非直接提供答案，而是鼓励读者主动思考、查阅资料、甚至进行实验。它重在培养读者独立思考、分析问题、解决问题的能力，这种能力比掌握具体的知识点更为宝贵。 5. 紧扣前沿，面向未来： 信息科学日新月异，《10000个科学难题：信息科学卷》在内容的选择上，紧密结合了当前学术界和产业界的研究热点与发展趋势，包括人工智能、大数据、云计算、量子计算等，帮助读者把握信息科学的未来脉搏。 6. 语言精炼，逻辑清晰： 编纂团队在遣词造句上力求精准、严谨，避免使用晦涩难懂的专业术语。每一个难题的提出都清晰明确，引导读者聚焦核心问题。 谁适合阅读本书？ 信息科学专业的学生： 无论是本科生还是研究生，本书都能帮助您系统梳理知识体系，深入理解课程内容，为毕业设计和学术研究提供灵感。 计算机科学与技术领域的从业者： 软件工程师、数据科学家、算法工程师、系统架构师等，本书将帮助您拓展技术视野，攻克工作中的难点，提升专业技能。 对信息科学充满好奇心的科学爱好者： 如果您对人工智能、大数据、区块链等技术充满兴趣，想深入了解其背后的原理，本书将为您提供一次系统而深入的学习体验。 科研人员和教育工作者： 本书可以作为教学参考、科研选题的灵感来源，或者作为高级研讨的讨论素材。 《10000个科学难题：信息科学卷》不仅仅是一本书，更是一场思维的挑战，一次知识的探索，一趟通往信息科学未来世界的奇幻旅程。它将陪伴您在信息的海洋中乘风破浪，解锁科学的奥秘，点亮智慧的火花。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到手翻了几页，我的第一感觉是……嗯，挺“扎实”的。那种感觉就像是走进了一家非常古老、藏书极多的图书馆，空气里弥漫着纸张和灰尘混合的味道，到处都是厚厚的精装书，但你一时半会儿还真不知道该从哪一本开始啃起。这本书的叙事风格似乎更偏向于一种学术性的梳理，而不是那种像侦探小说一样引人入胜的悬疑探案过程。我原以为它会用一些生动的案例来串联起那些复杂的理论，比如用一个经典的黑客攻击事件来解释现代密码学的脆弱性，或者用一个火爆的新兴技术（比如元宇宙的底层架构）来反向推导出它尚未解决的理论难题。但这本书给我的感觉更像是教科书的“难题选萃”版本，它清晰地列出了“问题是什么”，但对于“为什么这个问题如此之难”以及“目前科学家们为了攻克它付出了哪些曲折的努力”，着墨似乎不够多。我尤其想知道在算法收敛性、大规模分布式一致性这些领域，那些最前沿的、尚未被广泛接受的理论猜想是如何被提出的，这需要作者展现出极强的洞察力和清晰的逻辑层次，我希望这本书能提供这种“幕后故事”。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，这本书无疑是一本信息量巨大的参考资料，尤其适合那些已经在某个细分领域有一定积累的研究人员回顾和查阅。它提供了一个详尽的清单和对这些清单上项目的清晰界定。然而，对于我这种期待能从中汲取到“改变游戏规则”的灵感火花的读者来说，它似乎少了一点“火花”。那些真正能让人拍案叫绝的、颠覆性的、尚未被主流接受的新范式，我没有在其中找到足够多的体现。它更像是一份详尽的“待办事项清单”，清晰地列出了行业已经识别出的所有障碍，但对于如何规划路线图、如何突破那些看似无法逾越的认知壁垒，它提供的指导性意见相对比较保守和传统。我希望看到更多的“大胆假设，小心求证”的尝试被纳入进来，而不是仅仅聚焦于已被公认的难题本身。

评分☆☆☆☆☆

读完部分章节后，我发现自己对信息论的某些基础概念有了更深层次的理解，这方面的内容写得相当到位。特别是关于信息熵在高维空间中的应用，那种将抽象的数学概念与实际的信号处理过程联系起来的描述，确实很有启发性。不过，当我试图寻找关于“计算的本质极限”这类哲学性更强的问题时，感觉内容又显得有些保守和谨慎了。我期待的“难题”往往是那些卡在理论和实践交界处的“拦路虎”，比如如何设计出能在能耗和性能之间找到完美平衡的超低功耗芯片架构？或者，在人工智能的“黑箱”问题上，有没有新的理论框架可以提供更强的可解释性保证？如果这本书能大胆地探讨一些目前看来近乎“异想天开”但却极具颠覆性的研究方向，哪怕只是作为一个思想实验，那价值就无可估量了。目前的呈现，更像是在总结已有的成熟研究方向中存在的细微不足，而不是直面那些能彻底改变整个信息科学版图的根本性挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图表设计给我留下了一种严肃、严谨的印象，这对于阅读复杂的科学内容是必要的。但我发现，书中对于不同难题之间的内在关联性探讨似乎比较分散。信息科学是一个高度交叉的领域，比如，量子计算的理论突破必然会直接影响到经典加密算法的未来走向；而大规模数据流的处理能力，又反过来制约着深度学习模型的迭代速度。我真切地希望作者能画出一张宏大的“信息科学难题地图”，清晰地标示出A领域的瓶颈如何阻碍了B领域的发展，以及解决某个核心难题可能带来的连锁反应。现在读起来，更像是把一个个独立的“难点”放在了手术台上进行解剖，缺乏一个将它们整合起来的“系统工程”视角。这种关联性的缺失，使得读者在构建知识体系时，可能会错过很多重要的“蝴蝶效应”式的联系。

评分☆☆☆☆☆

哎呀，这本《10000个科学难题：信息科学卷》的书名倒是挺唬人的，光是“10000个”这个数字就足够让人心头一颤，感觉里面塞满了各种前沿又烧脑的知识点。我原本是满怀期待地想，这本书该不会是把近几十年信息科学领域里那些悬而未决的、最棘手的难题都给扒拉出来，然后用一种深入浅出的方式，让我们这些非专业人士也能窥见顶尖科学家的困惑与探索路径吧？想象中，它应该像一本武林秘籍，里面记载着如何破解图灵机的终极奥秘，如何构建出真正意义上的通用人工智能，或者如何用量子纠缠来解决海量数据的传输瓶颈。我特别希望能看到一些关于P/NP问题的最新进展分析，哪怕只是一个非常精妙的猜想或者一个有趣的尝试性证明思路。再者，如果能对数据隐私保护在后量子计算时代可能面临的挑战有更深入的探讨，那就更好了。毕竟，信息安全是和我们每个人都息息相关的。我甚至期待能看到一些关于复杂系统理论在信息网络建模中的应用，比如互联网的涌现行为是不是可以用某种简洁的数学框架来描述。总之，冲着这个名字，我预想的是一本能激发无限思考、挑战现有认知边界的“硬核”科普读物，而不是泛泛而谈的行业综述。

评分☆☆☆☆☆

纽约，***军国家纪念园。

评分☆☆☆☆☆

征集活动开展以来，我们得到了教育部、科学技术部、中国科学院和国家自然科学基金委员会有关领导的大力支持，教育部赵沁平副部长亲自倡导了这一活动，教育部科学技术司、科学技术部条件财务司、中国科学院院士工作局、国家自然科学基金委员会计划局和教育部科学技术委员会秘书处为本次征集活动的顺利开展提供了有力的组织和条件保障.由于此活动工程浩大，线长面广，人员众多，篇幅所限，书中只列出了部分领导、专家和同志的名单，还有许多提出了难题但这次未被收录的专家没有提及，还有很多同志默默无闻地做了大量艰苦细致的工作，如教育部科学技术委员会秘书处厉伟、陈丁华、牛一丁和科学出版社胡凯、黄海、范庆奎、喻红艳、王飞龙、刘凤娟、袁琦、周强以及北京邮电大学任晓敏、杨放春、刘元安、李冬梅同志等.总之，系列丛书的顺利出版是参加这项工作的所有同志共同努力的成果.在此，我们一并深表感谢！

评分☆☆☆☆☆

书内容是没什么问题，就是包装太差了，这段时间一直如此，都拿个薄薄的塑料袋子装一堆的书，运输的时候，书的边角都被撞烂了！！！

评分☆☆☆☆☆

征集活动开展以来，我们得到了教育部、科学技术部、中国科学院和国家自然科学基金委员会有关领导的大力支持，教育部赵沁平副部长亲自倡导了这一活动，教育部科学技术司、科学技术部条件财务司、中国科学院院士工作局、国家自然科学基金委员会计划局和教育部科学技术委员会秘书处为本次征集活动的顺利开展提供了有力的组织和条件保障.由于此活动工程浩大，线长面广，人员众多，篇幅所限，书中只列出了部分领导、专家和同志的名单，还有许多提出了难题但这次未被收录的专家没有提及，还有很多同志默默无闻地做了大量艰苦细致的工作，如教育部科学技术委员会秘书处厉伟、陈丁华、牛一丁和科学出版社胡凯、黄海、范庆奎、喻红艳、王飞龙、刘凤娟、袁琦、周强以及北京邮电大学任晓敏、杨放春、刘元安、李冬梅同志等.总之，系列丛书的顺利出版是参加这项工作的所有同志共同努力的成果.在此，我们一并深表感谢！

评分☆☆☆☆☆

个人感觉每个题目都还不错，但是内容缺乏条理性，跳跃式的，只能说还凑活吧

评分☆☆☆☆☆

写的还不错，算可以吧

评分☆☆☆☆☆

都是国内该方面的专家学者写的，可以用来当作科研方面的参考资料

评分☆☆☆☆☆

个人感觉每个题目都还不错，但是内容缺乏条理性，跳跃式的，只能说还凑活吧

评分☆☆☆☆☆

写的还不错，算可以吧