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\section*{总论} \section*{总论}
软件承载着文明\footnote{“Our civilization runs on software.” —C++之父Bjarne Stroustrup.}。时至今日,“人-机-物”三元融合\footnote{这里所谓人是指系统中的人类参与者及其社会关系,机是指计算平台和信息空间的数据、软件服务等各种资源,物是指数字化的设备装置和可传感的物品。或曰“信息-物理-社会”三元融合系统。}和软件定义一切的发展趋势使得软件成为信息社会的基础设施。软件科学与工程学科已进入一个新的阶段,其发展日新月异,重要性日益凸显。在本书上篇回顾软件学科发展历程,梳理发展脉络,总结发展规律的基础上,本篇各章讨论在人机物融合的时代背景下,面向软件作为基础设施的时代要求,软件科学与工程的发展趋势、关键挑战与潜在突破,给出学科发展建议。 软件承载着文明\footnote{“Our civilization runs on software.” —C++之父Bjarne Stroustrup.}。时至今日,软件定义一切和“人-机-物”三元融合\footnote{这里所谓人是指系统中的人类参与者及其社会关系,机是指计算平台和信息空间的数据、软件服务等各种资源,物是指数字化的设备装置和可传感的物品。或曰“信息-物理-社会”三元融合系统。}的发展趋势使得软件成为信息社会的基础设施。软件科学与工程学科已进入一个新的阶段,其发展日新月异,重要性日益凸显。在本书上篇回顾软件学科发展历程、梳理发展脉络、总结发展规律的基础上,本篇各章讨论在人机物融合的时代背景下,面向软件作为基础设施的时代要求,软件科学与工程学科的发展趋势、关键挑战与潜在突破,给出学科发展建议。
软件是以计算为核心手段实现应用目标的解决方案。软件学科是研究以软件求解应用问题的理论、原则、方法和技术以及相应的工具支持和生态环境的学科。也就是说软件学科本质上是一门方法论学科【cite N. Wirth】。其带来的是一种人类思维的创新以人机共融方式延伸了单纯人脑思维形成了一种前所未有的创造力。随着软件应用范围的扩张,软件的计算平台的泛化和软件方法技术的发展,软件学科的边界不断拓展,内涵不断深化。本章总论“软件作为基础设施”这一发展趋势,进而以系统观、形态观、价值观和生态观四个视角探讨软件学科的方法论新内涵。 软件是以计算为核心手段实现应用目标的解决方案。软件学科是研究以软件求解应用问题的理论、原则、方法和技术以及相应的工具支持和生态环境的学科。也就是说软件学科本质上是一门方法论学科【cite N. Wirth】。其带来的是一种人类思维的创新以人机共融方式延伸了单纯人脑思维,形成了一种前所未有的创造力。随着软件应用范围的扩张、软件计算平台的泛化和软件方法技术的发展,软件学科的边界不断拓展,内涵不断深化。本章总论“软件作为基础设施”这一发展趋势,进而以系统观、形态观、价值观和生态观四个视角探讨软件学科的方法论新内涵。
\section{软件作为基础设施} \section{软件作为基础设施}
从人类社会信息化的角度看,软件的基础设施地位具体表现为四个方面。首先,一大批基础软件本身就是信息基础设施,支撑各种应用软件的运行。其次,一大批嵌入式软件已成为掌控并支撑物理基础设施运行的关键系统。第三,一大批应用软件及其所提供的服务已成为信息社会不可或缺的基础资源与设施。最后,从软件产业整体的角度看,随着传播和互联的渗透发展,计算成为了人类与物理世界互动的中介,软件成为了创造新文明的载体,大规模、高效率地生产高质量的软件产品和提供软件服务的能力已成为社会经济升级发展的新动能,构成国家的一种核心竞争力。 从人类社会信息化的角度看,软件的基础设施地位具体表现为四个方面。首先,一大批基础软件作为信息基础设施,支撑着各种应用软件的运行。其次,一大批嵌入式软件已成为掌控并支撑物理基础设施运行的关键系统。第三,一大批应用软件及其所提供的服务已成为信息社会不可或缺的基础资源与设施。最后,从软件产业整体的角度看,随着传播和互联的渗透发展,计算成为了人类与物理世界互动的中介,软件成为了创造新文明的载体,大规模、高效率地生产高质量的软件产品和提供软件服务的能力已成为社会经济升级发展的新动能,构成国家的一种核心竞争力。
软件成为人类社会基础设施是社会信息化进程不断加深的必然结果,其技术基础是“计算的泛在化”和“软件定义一切”。 软件成为人类社会基础设施是社会信息化进程不断加深的必然结果,其技术基础是“计算的泛在化”和“软件定义一切”。
“计算的泛在化”是指计算变得无处不在而又无迹可寻。万物数字化、万物互联使得计算无处不在。网络化计算平台迅速拓展到无处不在的各类智能化设备和可传感物体,深入到人类社会生活的方方面面,形成了“人-机-物”三元融合的发展趋势。计算设备、网络设备、存储设备与各类传感器设备、判断设备、决策设备、作动设备所形成的数量众多、大大小小的平台已经互联融合,成为一体。与此同时,对于所服务的用户而言,计算自然融入人类生产、生活活动环境和过程之中,无需关注,不着痕迹。 “计算的泛在化”是指计算变得无处不在而又无迹可寻。万物数字化、万物互联使得计算无处不在。网络化计算平台迅速拓展到无处不在的各类智能化设备和可传感物体,深入到人类社会生活的方方面面,形成了“人-机-物”三元融合的发展趋势。计算设备、网络设备、存储设备与各类传感器设备、判断设备、决策设备、作动设备所形成的数量众多、大大小小的平台已经互联融合,成为一体。与此同时,对于所服务的用户而言,计算自然融入人类生产、生活活动环境和过程之中,无需关注,不着痕迹。
“软件定义”是指软件以平台化的方式,向下管理各种资源,向上提供编程接口,其核心途径是资源虚拟化以及功能可编程。“软件定义一切”则将软件平台所管理的资源和提供的编程抽象泛化到包括计算、存储、网络、软件服务等在内的各类计算资源、包括各种数字化机电设备和可传感物体对象在内的各类物理资源、乃至可通过激励机制调配的人力资源。软件定义可递归分层,形成一种生长式、演化式的可扩展体系。这种软件定义的人机物融合平台逐渐呈现了“泛在操作系统发展方向。 “软件定义”是指软件以平台化的方式,向下管理各种资源,向上提供编程接口,其核心途径是资源虚拟化以及功能可编程。“软件定义一切”则将软件平台所管理的资源和提供的编程抽象泛化到包括计算、存储、网络、软件服务等在内的各类计算资源、包括各种数字化机电设备和可传感物体对象在内的各类物理资源、乃至可通过激励机制调配的人力资源。软件定义可递归分层,形成一种生长式、演化式的可扩展体系。这种软件定义的人机物融合平台逐渐呈现了“泛在操作系统”的发展方向。
“软件定义一切”实质上是通用可编程思想在各个领域的应用,是一种以软件实现分层抽象的方式来驾驭复杂性的方法论。数字化使得几乎所有的设备都包含了独立或者集成的计算设备,完成“感知、判断、控制、作动”闭环的部分或者全部。这个改变是信息化发展的基础,使得现代设备或装置往往都具备编程控制的能力,推动了人们基于通用计算机的思维架构(人们总结成计算思维)来理解和求解各领域问题,而通用计算机的软件则定义了问题的求解过程。因此,软件将并正在定义一切。 “软件定义一切”实质上是通用可编程思想在各个领域的应用,是一种以软件实现分层抽象的方式来驾驭复杂性的方法论。数字化使得几乎所有的设备都包含了独立或者集成的计算设备,完成“感知、判断、控制、作动”闭环的部分或者全部。这个改变是信息化发展的基础,使得现代设备或装置往往都具备编程控制的能力,推动了人们基于通用计算机的思维架构(人们将其总结成计算思维)来理解和求解各领域问题,而通用计算机的软件则定义了问题的求解过程。因此,软件将并正在定义一切。
\section{软件学科范畴的拓展} \section{软件学科范畴的拓展}
作为一门方法论学科,软件学科拓展的驱动力来自软件应用范围扩张、计算平台的泛化和软件方法技术本身发展三个方面。 作为一门方法论学科,软件学科拓展的驱动力来自软件应用范围扩张、计算平台的泛化和软件方法技术本身发展三个方面。
从软件应用范围扩张的角度看,正如上文所述,计算日益变得无处不在,“人-机-物”三元融合不断深入。在此趋势下,从宏观上看,软件从实现计算的工具逐步转变为信息社会不可或缺的基础设施;从微观上看,软件的角色也从负责应用过程中孤立、确定的信息处理环节,转变为负责定义并协同整个应用涉及的“人-机-物”各类资源,实现应用价值。软件作为系统解决方案,涉及的范畴扩展到各类物理设备、物品和人类的主观体验与价值实现;因而软件学科无可避免地涉及到控制科学、系统科学以及心理学、管理学、社会学等范畴的问题,并以软件学科自身的方法论将其内化和拓展。 从软件应用范围扩张的角度看,正如上文所述,计算日益变得无处不在,“人-机-物”三元融合不断深入。在此趋势下,从宏观上看,软件从实现计算的工具逐步转变为信息社会不可或缺的基础设施;从微观上看,软件的角色也从负责应用过程中孤立、确定的信息处理环节,转变为负责定义并协同整个应用涉及的“人-机-物”各类资源,实现应用价值。软件作为系统解决方案,涉及的范畴扩展到各类物理设备、物品和人类的主观体验与价值实现;因而软件学科无可避免地涉及到控制科学、系统科学以及心理学、管理学、社会学等范畴的问题,并以软件学科自身的方法论将其内化和拓展。
从软件依赖的计算平台泛化的角度看,计算平台从传统的集中式单机发展到并行与分布平台,到今天的“云-边-端”异构多态计算平台。这个网络化计算平台不仅包括传统的互联网,还融合了传感网、物联网、移动互联网、社交网等,标志着计算平台不断向物理世界和人类社会快速延伸,形成一种泛化的计算平台。软件定义技术为这个“人-机-物”融合的平台提供可编程计算抽象。同时,这个计算平台也使得海量的有关于“人-机-物”融合的应用场景数据不断被收集、处理和积累,成为平台上的重要资源。软件作为应用解决方案,在这个计算平台之上利用数据资源,协同人机物,实现应用价值;同时也通过在这个平台上提供服务,并进一步积累数据,不断拓展这个计算平台。 从软件依赖的计算平台泛化的角度看,计算平台已经从传统的集中式单机发展到并行与分布平台,到今天的“云-边-端”异构多态计算平台。这个网络化计算平台不仅包括传统的互联网,还融合了传感网、物联网、移动互联网、社交网等,标志着计算平台不断向物理世界和人类社会快速延伸,形成一种泛化的计算平台。软件定义技术为这个“人-机-物”融合的平台提供可编程计算抽象。同时,这个计算平台也使得海量的有关于“人-机-物”融合的应用场景数据不断被收集、处理和积累,成为平台上的重要资源。软件作为应用解决方案,在这个计算平台之上利用数据资源,协同人机物,实现应用价值;同时也通过在这个平台上提供服务,并进一步积累数据,从而不断拓展这个计算平台。
从软件方法技术发展的角度看当前软件的基本形态、所实现的逻辑推理形式、软件开发的隐喻metaphor模式、软件的生态环境、元级方法论都在发生深刻的改变。软件的基本形态从计算机硬件的附属品到独立的软件产品到云化的软件服务转变为无处不在而又无迹可寻的泛在服务。软件所实现的逻辑推理形式在基于规则的演绎之上发展出数据驱动的归纳统计机器学习技术就是后者的典型表现。软件开发的隐喻模式经历了从实现数学计算到模拟物理世界再到虚实融合创造的转变。对软件作为客体对象的考察从以个体及其生产使用为主扩展到在生态的层面上考虑软件及其利益相关者群体的竞争、协作等社会性特征。在元级方法论层面正从以还原论为主向系统论发展软件作为解决方案越来越多地被视为开放环境中的复杂适应系统而不是封闭规约下的确定行为系统。 从软件方法技术发展的角度看当前软件的基本形态、所实现的逻辑推理形式、软件开发的隐喻metaphor模式、软件的生态环境、元级方法论都在发生深刻的改变。软件的基本形态从计算机硬件的附属品到独立的软件产品到云化的软件服务,继而转变为无处不在而又无迹可寻的泛在服务。软件所实现的逻辑推理形式在基于规则的演绎之上发展出数据驱动的归纳,统计机器学习技术就是后者的典型表现。软件开发的隐喻模式经历了从实现数学计算到模拟物理世界,再到虚实融合创造的转变。对软件作为客体对象的考察从以个体及其生产使用为主扩展到在生态的层面上考虑软件及其利益相关者群体的竞争、协作等社会性特征。在元级方法论层面,正从以还原论为主向系统论发展,软件作为解决方案越来越多地被视为开放环境中的复杂适应系统,而不是封闭规约下的确定行为系统。
随着软件学科的不断拓展,它也逐渐成为一门基础学科,并向其他学科渗透。所谓基础学科,是指某个拓展人类可认识改造的世界疆域之不可替代知识体系,具有独特的思维方式与方法论,为其他学科发展提供不可或缺的支撑。其一个标志是其基础内容进入国民基础教育课程体系。软件学科日益呈现出这些特征:软件是把物理世界拓展为信息-物理-社会融合世界的主要手段;与此同时,“软件定义”赋能的计算思维有可能成为继实验观察、理论推导、计算仿真、数据密集型科学之后的新的研究手段,尤其是为以信息-物理-社会融合系统为对象的科学研究提供赖以运作的理论基础和实践规范。而以软件知识为主体的计算机教育已经成为包括我国在内的多个国家的国民基础教育课程体系的主要内容之一。 随着软件学科的不断拓展,它也逐渐成为一门基础学科,并向其他学科渗透。所谓基础学科,是指某个拓展人类可认识改造的世界疆域之不可替代知识体系,具有独特的思维方式与方法论,为其他学科发展提供不可或缺的支撑。其一个标志是其基础内容进入国民基础教育课程体系。软件学科日益呈现出这些特征:软件是把物理世界拓展为信息-物理-社会融合世界的主要手段;与此同时,“软件定义”赋能的计算思维有可能成为继实验观察、理论推导、计算仿真、数据密集型科学之后的新的研究手段,尤其是为以信息-物理-社会融合系统为对象的科学研究提供赖以运作的理论基础和实践规范。而以软件知识为主体的计算机教育已经成为包括我国在内的多个国家的国民基础教育课程体系的主要内容之一。
\section{软件科学的新理解} \section{软件科学的新理解}
一般而言,驾驭系统固有复杂性的基本途径是有效抽象和层次分解。与其他制品不同,软件是纯粹的逻辑产品,原则上只受能行可计算的限制,可以实现最纯粹的抽象,也可以支持最具扩展性的层次分解。回顾软件学科的发展,贯穿始终的主题是以软件范型(建立抽象)为轴心,系统软件(实现抽象)和软件工程(使用抽象)相互促进、螺旋上升的过程。由于软件在应对复杂性方面具有独特优势,软件成为了各类复杂应用系统的“万能集成器”,也成为了人类构造的最复杂的各类系统的核心。另一方面,正因为此,软件而使得万物互联,其所形成的系统的复杂性往往集中体现为软件的复杂性。 一般而言,驾驭系统固有复杂性的基本途径是有效抽象和层次分解。与其他人工制品不同,软件是纯粹的逻辑产品,原则上只受能行可计算的限制,可以实现最纯粹的抽象,也可以支持最具扩展性的层次分解。回顾软件学科的发展,贯穿始终的主题是以软件范型(建立抽象)为轴心,系统软件(实现抽象)和软件工程(使用抽象)相互促进、螺旋上升的过程。由于软件在应对复杂性方面具有独特优势,软件成为了各类复杂应用系统的“万能集成器”,也成为了人类构造的最复杂的各类系统的核心。另一方面,正因为此,软件而使得万物互联,其所形成的系统的复杂性往往集中体现为软件的复杂性。
在软件作为基础设施、软件定义一切的背景下,软件进一步成为构造开放环境下复杂系统的关键。在展望软件学科在新时代所面临的挑战与机遇之前,我们首先在元级方法学,也就是研究方法学的层面上讨论观察软件学科内涵的若干新视角,包括以驾驭复杂性为目标的系统观、以泛在服务和持续演化为特征的形态观、以使用质量为核心的价值观、以及关注群体协作平衡的生态观。 在软件作为基础设施、软件定义一切的背景下,软件进一步成为构造开放环境下复杂系统的关键。在展望软件学科在新时代所面临的挑战与机遇之前,我们首先在元级方法学,也就是研究方法学的层面上讨论观察软件学科内涵的若干新视角,包括以驾驭复杂性为目标的系统观、以泛在服务和持续演化为特征的形态观、以使用质量为核心的价值观、以及关注群体协作平衡的生态观。
\subsection{系统观} \subsection{系统观}
所谓软件学科的系统观,有三层含义。第一层含义是系统工程。也就是说,软件学科的关注点应从为应用系统提供高质量的软件部件,上升到关注“人-机-物”整个系统的价值实现。软件定义一切的趋势使得软件不仅仅是系统中的信息处理工具,也是管理各类资源、融合人机物的“万能集成器”,是实现应用价值的整体解决方案。 所谓软件学科的系统观,有三层含义。
第一层含义是系统工程。也就是说,软件学科的关注点应从为应用系统提供高质量的软件部件,上升到关注“人-机-物”整个系统的价值实现。软件定义一切的趋势使得软件不仅仅是系统中的信息处理工具,也是管理各类资源、融合人机物的“万能集成器”,是实现应用价值的整体解决方案。
第二层含义是复杂系统。现代软件系统的复杂性体现在其前所未有的代码规模、软件处理的数据量、软件用户量和使用的多样性、软件通过网络形成的连接量和种类、涉及承载运行的计算和物理设备量和种类等方面,也体现在其所处环境的开放性和由于“人在回路”所带来的不确定性。这使得看待软件的视角从封闭规约下的确定行为系统向开放环境中的复杂自适应系统、从单体系统向系统之系统转变。 第二层含义是复杂系统。现代软件系统的复杂性体现在其前所未有的代码规模、软件处理的数据量、软件用户量和使用的多样性、软件通过网络形成的连接量和种类、涉及承载运行的计算和物理设备量和种类等方面,也体现在其所处环境的开放性和由于“人在回路”所带来的不确定性。这使得看待软件的视角从封闭规约下的确定行为系统向开放环境中的复杂自适应系统、从单体系统向系统之系统转变。
第三层含义是系统论。对于上述复杂软件系统,常常难以用其组成部件的性质去解释其整体性质。此时单纯依赖还原论方法难以驾驭其复杂性,需要借鉴系统论方法。 第三层含义是系统论。对于上述复杂软件系统,常常难以用其组成部件的性质去解释其整体性质。此时单纯依赖还原论方法难以驾驭其复杂性,需要借鉴系统论方法。
\subsubsection{系统观下的软件学科发展} \subsubsection{系统观下的软件学科发展}
软件作为人类智力产品,无论是软件制品本身,还是软件开发、使用过程和场景与万物和人类有着紧密关联,其开发和运行的网络化(网构软件的实践),以及软件基础设施化、服务化都触发了软件生产方式、计算平台和运行方式的变革。软件创新从个人、组织智慧发展到群体智慧创新。软件科学与自然科学、社会科学等各领域产生了千丝万缕的联系,信息物理融合、软件社会化、大数据时代的软件新形态使得软件必然成为技术-社会系统Socio-Technical System。人机物融合的软件系统其复杂性本身就呈现在系统乃至系统之系统的层面上综合性和系统性也愈来愈强。系统观要求软件科学体系需超越传统还原论的思维藩篱。 软件作为人类智力产品,无论是软件制品本身,还是软件开发、使用过程和场景与万物和人类有着紧密关联,其开发和运行的网络化(网构软件的实践),以及软件基础设施化、服务化都触发了软件生产方式、计算平台和运行方式的变革。软件创新从个人、组织智慧发展到群体智慧创新。软件科学与自然科学、社会科学等各领域产生了千丝万缕的联系,信息物理融合、软件社会化、大数据时代的软件新形态使得软件必然成为技术-社会系统Socio-Technical System。人机物融合的软件系统其复杂性本身就呈现在系统乃至系统之系统的层面上综合性和系统性也愈来愈强。系统观要求软件科学体系需超越传统还原论的思维藩篱。
近年来,软件科学在系统观方向上进行了不少探索,包括:基于复杂网络来认识大规模软件系统的整体性质、基于多自主体的软件系统和方法、复杂自适应软件与系统、群体化软件开发方法等。网络化和大数据催发了融合软件系统与系统论研究的切入点,数据驱动的软件设计和优化初显端倪,在一些特定领域获得很大成功。人们对于数据驱动的软件的设计,不再遵循传统的自顶向下、分而治之、逐步精化的经典还原论法则,而是一种基于输入输出的黑盒的数据描述,训练出深度神经网络,充当所需要的软件。这种基于深度学习的方法从海量的样本中归纳出神经网络,其泛化能力可视为通过神经元系统的涌现而达成的功能。然而,这些研究仍处于方法层次,还未到达方法论的层次,即关于研究问题需要遵循的途径和研究路线,也可视作具体方法的元级层次。 近年来,软件科学在系统观方向上进行了不少探索,包括:基于复杂网络来认识大规模软件系统的整体性质、基于多自主体的软件系统和方法、复杂自适应软件与系统、群体化软件开发方法等。网络化和大数据催发了融合软件系统与系统论研究的切入点,数据驱动的软件设计和优化初显端倪,在一些特定领域获得很大成功。人们对于数据驱动的软件的设计,不再遵循传统的自顶向下、分而治之、逐步精化的经典还原论法则,而是采用一种基于输入输出的黑盒的数据描述,训练出深度神经网络,充当所需要的软件。这种基于深度学习的方法从海量的样本中归纳出神经网络,其泛化能力可视为通过神经元系统的涌现而达成的功能。然而,这些研究仍处于方法层次,还未到达方法论的层次,即关于研究问题需要遵循的途径和研究路线,也可视作具体方法的元级层次。
新的软件方法学的关键在于如何认识因果和相关。因果观是有前提的相对的相关性是绝对的。软件发展在人机物融合时代人在回路、“拟人化”计算Human Computation、人机共融等需要关于软件规律的元级方法论创新。 新的软件方法学的关键在于如何认识因果和相关。因果观是有前提的相对的相关性是绝对的。软件发展在人机物融合时代人在回路、“拟人化”计算Human Computation、人机共融等需要关于软件规律的元级方法论创新。
在软件系统的建模方面,软件将从单纯信息处理向“场景计算”发展,这里的场景包括物理环境和社会环境。软件与软件所处的环境或应用场景共同决定了软件特性和价值,包括功能、性能、安全、可靠等。软件将作用于环境,并且可以改变自身结构以适应环境变化和影响环境的需求。 在软件系统的建模方面,软件将从单纯信息处理向“场景计算”发展,这里的场景包括物理环境和社会环境。软件与软件所处的环境或应用场景共同决定了软件特性和价值,包括功能、性能、安全、可靠等。软件将作用于环境,并且可以改变自身结构以适应环境变化和影响环境的需求。
在软件系统的机理方面,软件的语义将由传统的还原论形式语义方法,向多尺度、可演化的抽象方向发展,组合方式将从传统的静态组合方式向动态可演化的、具有涌现特性的方式发展,建立软件微观行为与宏观行为的辩证统一。面向人机物融合的认知,软件作为人工智能或者“智能+”的承载,将深化复杂自主系统的智能行为理论和方法,软件定义将成为人机物融合系统中学习赋能(型)资源的管理途径。 在软件系统的机理方面,软件的语义将由传统的还原论形式语义方法,向多尺度、可演化的抽象方向发展,组合方式将从传统的静态组合方式向动态可演化的、具有涌现特性的方式发展,建立软件微观行为与宏观行为的辩证统一。面向人机物融合的认知,软件作为人工智能或者“智能+”的承载,将深化复杂自主系统的智能行为理论和方法,软件定义将成为人机物融合系统中学习赋能(型)资源的管理途径。
软件科学的发展也将促进系统论和系统学的发展。在软件定义一切的时代,软件成为复杂适应系统认知的载体和实验平台,而软件发展中形成的以形式化体系为基础的规则驱动软件理论,高性能计算之上建立的模拟仿真技术,与进入智能化阶段形成的大数据驱动的软件方法,为形成还原论和整体论的辩证统一奠定了良好的基础,软件走向人机物融合更是为系统论和系统学的发展提供了实践探索的大场景。 软件科学的发展也将促进系统论和系统学的发展。在软件定义一切的时代,软件成为复杂适应系统认知的载体和实验平台,而软件发展中形成的以形式化体系为基础的规则驱动软件理论,高性能计算之上建立的模拟仿真技术,与进入智能化阶段形成的大数据驱动的软件方法,为形成还原论和整体论的辩证统一奠定了良好的基础,软件走向人机物融合更是为系统论和系统学的发展提供了实践探索的大场景。
\subsubsection{系统观下软件方法学的关键科学问题} \subsubsection{系统观下软件方法学的关键科学问题}
软件学科的系统观形成、并与系统学的交叉融合将经历一个长期的阶段。当前软件学科所面临的一个关键科学问题是对于人机物融合系统的建模与分析,表现为两个方面:一是系统论驱动的复杂软件系统的观察和度量方法;二是兼容离散、连续、实时等不同特性的模型表示方法及其工具支持。在操作层面,系统观下软件方法学的研究有紧密联系的两个抓手: 软件学科的系统观形成、并与系统学的交叉融合将经历一个长期的阶段。当前软件学科所面临的一个关键科学问题是对于人机物融合系统的建模与分析,表现为两个方面:一是系统论驱动的复杂软件系统的观察和度量方法;二是兼容离散、连续、实时等不同特性的模型表示方法及其工具支持。在操作层面,系统观下软件方法学的研究有紧密联系的两个抓手:
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展望未来,多自主体形成的协同与自组织以及自适应结构和能力、网络化产生的大数据与数据语义的复杂网络,将是软件系统在传统规则驱动基础上走向人机物融合超大规模系统的基础。软件作为复杂系统乃至复杂巨系统,在软件定义时代,软件科学将与系统学共同发展,软件方法学将吸收系统论成果,并支撑系统论和系统学的发展。 展望未来,多自主体形成的协同与自组织以及自适应结构和能力、网络化产生的大数据与数据语义的复杂网络,将是软件系统在传统规则驱动基础上走向人机物融合超大规模系统的基础。软件作为复杂系统乃至复杂巨系统,在软件定义时代,软件科学将与系统学共同发展,软件方法学将吸收系统论成果,并支撑系统论和系统学的发展。
\subsection{形态观} \subsection{形态观}
随着计算机技术的发展和计算机应用的不断深入,软件的外在形态逐步从硬件附属物、独立的软件制品发展到网络化服务。与之相对应,软件开发范型也经历了无结构、结构化、面向对象、面向构件、面向服务的发展历程。当前,软件的外在形态正在朝着泛在化和可持续成长的方向发展:在空间维度上,软件应用的范围越来越广,对于人类生活和现实世界的渗透力越来越强,呈现出泛在化的趋势;时间维度上,软件应用随着上下文环境及用户需求的变化不断适应和演化,呈现出持续成长的趋势。与此同时,软件开发范型也进一步向网构化以及数据驱动方向发展。 随着计算机技术的发展和计算机应用的不断深入,软件的外在形态逐步从硬件附属物、独立的软件制品发展到网络化服务。与之相对应,软件开发范型也经历了无结构、结构化、面向对象、面向构件、面向服务的发展历程。当前,软件的外在形态正在朝着泛在化和可持续成长的方向发展:在空间维度上,软件应用的范围越来越广,对于人类生活和现实世界的渗透力越来越强,呈现出泛在化的趋势;时间维度上,软件应用随着上下文环境及用户需求的变化不断适应和演化,呈现出持续成长的趋势。与此同时,软件开发范型也进一步向网构化以及数据驱动方向发展。
\subsubsection{软件应用的泛在化} \subsubsection{软件应用的泛在化}
计算和信息处理早已通过各种移动设备、嵌入式设备以及各种传感器渗透到了我们日常生活的方方面面,并通过各种通信技术实现了广泛的设备互连和信息互通。各种软件应用以嵌入式的方式实现预定义的信息处理和通信功能。近些年来,信息技术呈现软件定义一切的发展趋势,即软件全面接管人类社会以及物理社会中的各种资源(包括物理、计算和人力资源),以各种形式的接口对外提供服务。这一发展建立在软件的云化与服务化基础上,这使得软件的核心能力脱离了固化的用户界面和使用环境,可以按需灵活获取并组合。另一方面,硬件专用化使得运行在各种面向特定用途的硬件设备上的软件应用能够获得更好的执行效率。 计算和信息处理早已通过各种移动设备、嵌入式设备以及各种传感器渗透到了我们日常生活的方方面面,并通过各种通信技术实现了广泛的设备互连和信息互通。各种软件应用以嵌入式的方式实现预定义的信息处理和通信功能。近些年来,信息技术呈现软件定义一切的发展趋势,即软件全面接管人类社会以及物理社会中的各种资源(包括物理、计算和人力资源),以各种形式的接口对外提供服务。这一发展建立在软件的云化与服务化基础上,这使得软件的核心能力脱离了固化的用户界面和使用环境,可以按需灵活获取并组合。另一方面,硬件专用化使得运行在各种面向特定用途的硬件设备上的软件应用能够获得更好的执行效率。
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最后,软件与人将在不断汇聚的群体智慧中实现融合发展。软件的覆盖面越来越广、渗透性越来越强,最终用户对于软件的依赖也越来越强。由此,软件所能获得的关于用户行为和反馈的数据越来越全面和丰富,并在此基础上形成越来越强的群体智慧。这种群体智慧注入软件后又将服务于每个最终用户,使得他们能够在各种应用场景中以更加智能化和个性化的方式满足自身的需求,从而使得软件在使用中越来越有“灵性”和“人性”。未来的软件学科及相关研究需要摈弃“人”与“软件”二元分离的思维定式,更加自觉的考虑人机共融,不仅考虑“人因”,更要考虑“群智”。 最后,软件与人将在不断汇聚的群体智慧中实现融合发展。软件的覆盖面越来越广、渗透性越来越强,最终用户对于软件的依赖也越来越强。由此,软件所能获得的关于用户行为和反馈的数据越来越全面和丰富,并在此基础上形成越来越强的群体智慧。这种群体智慧注入软件后又将服务于每个最终用户,使得他们能够在各种应用场景中以更加智能化和个性化的方式满足自身的需求,从而使得软件在使用中越来越有“灵性”和“人性”。未来的软件学科及相关研究需要摈弃“人”与“软件”二元分离的思维定式,更加自觉的考虑人机共融,不仅考虑“人因”,更要考虑“群智”。
\subsection{价值观} \subsection{价值观}
传统的软件质量观以软件制品为中心,人们主要通过客观度量软件系统来评估软件。新时代下,软件制品的内外部质量要求进一步强化和扩展。更重要的变化,软件通过服务的方式满足用户需求,软件无迹可寻的趋势强化了软件作为人类价值载体的特征,需要在传统的质量观的基础上发展以人为中心的价值观。 传统的软件质量观以软件制品为中心,人们主要通过客观度量软件系统来评估软件。新时代下,软件制品的内外部质量要求进一步强化和扩展。更重要的变化,软件通过服务的方式满足用户需求,软件无迹可寻的趋势强化了软件作为人类价值载体的特征,需要在传统的质量观的基础上发展以人为中心的价值观。
\subsubsection{从质量走向价值} \subsubsection{从质量走向价值}
传统的软件质量模型定义了内部质量、外部质量和使用质量其主要关注包含内部质量和外部质量的系统质量。新时代下软件生态和形态特征变化使得对于软件质量需要有新的认识。一方面变化是软件的服务化特征软件系统通过服务满足用户需求用户不再拥有软件制品只享受软件提供的服务。另一方面技术对社会的影响使得软件体现了人类价值观。人类价值观指的是“基于人的一定的思维感官之上而作出的认知、理解、判断或抉择体现了人、事、物一定的价值或作用”价值观具有稳定性、持久性、历史性和选择性等特点软件通过一系列价值要素体现了主观的人类价值观这些价值要素包括隐私性、安全性safety \& security、平等性等。传统的质量观转变为 “以软件制品为基础,以用户体验为中心”的价值观。在价值观主导下,不同用户会有不同的软件预期,也会使得同一软件系统具有不同的价值。 传统的软件质量模型定义了内部质量、外部质量和使用质量其主要关注包含内部质量和外部质量的系统质量。新时代下软件生态和形态特征变化使得对于软件质量需要有新的认识。一方面变化是软件的服务化特征软件系统通过服务满足用户需求用户不再拥有软件制品只享受软件提供的服务。另一方面技术对社会的影响使得软件体现了人类价值观。人类价值观指的是“基于人的一定的思维感官之上而作出的认知、理解、判断或抉择体现了人、事、物一定的价值或作用”价值观具有稳定性、持久性、历史性和选择性等特点软件通过一系列价值要素体现了主观的人类价值观这些价值要素包括隐私性、安全性safety \& security、平等性等。传统的质量观转变为 “以软件制品为基础,以用户体验为中心”的价值观。在价值观主导下,不同用户会有不同的软件预期,也会使得同一软件系统具有不同的价值。
\subsubsection{新时代软件系统的价值要素} \subsubsection{新时代软件系统的价值要素}
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安全性要求为人类活动和生存环境提供必要的安全保障包括系统安全Safety和信息安全Security。系统安全是指能及时有效地避免给人员、设施、环境、经济等造成严重损害信息安全是指能有效防控各类的非法获取、传播和使用。软件信息安全保障失效的后果之一就是系统安全故障因此本书将两种安全性合二为一统称为安全性Safety\&Security。传统软件质量观将安全视作系统质量的一部分强调软件个体的安全性。随着人机物融合软件系统已融入人类社会并与人类无缝交互。换言之泛在计算平台上软件与软件、软件与人的交互无处不在软件个体可影响整个泛在网络计算平台的行为软件个体的漏洞等故障很容易扩散传播。软件作为基础设施参与并掌控了很多关键领域的资源其安全性威胁会给整个系统带来致命的威胁。因此安全性这一质量属性随着软件成为基础设施的现状变得愈发重要。 安全性要求为人类活动和生存环境提供必要的安全保障包括系统安全Safety和信息安全Security。系统安全是指能及时有效地避免给人员、设施、环境、经济等造成严重损害信息安全是指能有效防控各类的非法获取、传播和使用。软件信息安全保障失效的后果之一就是系统安全故障因此本书将两种安全性合二为一统称为安全性Safety\&Security。传统软件质量观将安全视作系统质量的一部分强调软件个体的安全性。随着人机物融合软件系统已融入人类社会并与人类无缝交互。换言之泛在计算平台上软件与软件、软件与人的交互无处不在软件个体可影响整个泛在网络计算平台的行为软件个体的漏洞等故障很容易扩散传播。软件作为基础设施参与并掌控了很多关键领域的资源其安全性威胁会给整个系统带来致命的威胁。因此安全性这一质量属性随着软件成为基础设施的现状变得愈发重要。
3 伦理观 3伦理观
作为人类价值载体,软件行为体现了人类价值观;由于软件无迹可寻,导致人类价值观又通过软件影响人类社会。因此,软件系统的行为应符合社会道德标准,不会对个人和社会产生负面结果,这种规范称为软件系统的伦理观。社会道德定义了一定时间区域内人们行为规范,可具体表现为无歧视、尊重隐私、公平公正等,并最终体现于软件系统的具体行为。因此,软件系统的伦理观,也体现于软件行为的上述方面,并需要通过软件开发和运行的诸多机制进行支持。 作为人类价值载体,软件行为体现了人类价值观;由于软件无迹可寻,导致人类价值观又通过软件影响人类社会。因此,软件系统的行为应符合社会道德标准,不会对个人和社会产生负面结果,这种规范称为软件系统的伦理观。社会道德定义了一定时间区域内人们行为规范,可具体表现为无歧视、尊重隐私、公平公正等,并最终体现于软件系统的具体行为。因此,软件系统的伦理观,也体现于软件行为的上述方面,并需要通过软件开发和运行的诸多机制进行支持。