コンピューターサイエンスIntroduction to Computer Science

1. 前付けまえがき4項目
   • まえがき
     • 扱う内容と範囲
     • 著者について
     • 学術的誠実性

2. 第1部　問題解決とアルゴリズム

3. 第1章コンピューターサイエンス入門17項目
   • はじめに
   • 1.1　コンピューターサイエンス
     • コンピューターサイエンスとは何か
     • コンピューターサイエンスにできることと、その限界
     • H-1Bビザによる労働力不足への対応
     • インターネットでの商取引
   • 1.2　さまざまな学問分野とコンピューターサイエンス
     • ターゲティング広告
     • 情報科学
   • 1.3　コンピューターサイエンスと社会の未来
     • 技術の社会的決定論
     • 社会に役立つ技術の設計
     • 社会に役立つ技術の設計（続き 4）
   • 章の復習
     • 1.3 コンピューターサイエンスと社会の未来
     • 概念を考える問題
     • 実習
4. 第2章計算論的思考と設計の再利用性22項目
   • はじめに
   • 2.1　計算論的思考
     • 計算論的思考の技法
     • 暮らしの中の計算論的思考
     • チェスの問題解決における計算論的思考
     • 計算論的思考の実用例
   • 2.2　適応的な設計の再利用を念頭に置いた解決策の構築
     • 事例研究：賢い設計でオンラインの買い物を簡単にする
     • 企業全体のアーキテクチャー領域
     • 企業全体の技術アーキテクチャー
     • 企業のビジネスアーキテクチャー
     • 設計の再利用
     • 情報システムアーキテクチャーのビュー
   • 2.3　アーキテクチャーを使える製品へと発展させる
     • 一般的なビジネスソリューションの作成を加速する
     • Web 3.0のビジネスソリューション
     • 革新的なクラウドマッシュアップ
   • 章の復習
     • まとめ
     • 確認問題
     • 問題集A
     • 実習
5. 第3章データ構造とアルゴリズム30項目
   • はじめに
   • 3.1　データ構造とアルゴリズム入門
     • データ構造を選ぶ
     • 木のデータ構造
     • 地震を追跡する
     • 接触者追跡
   • 3.2　アルゴリズムの設計と発見
     • 機械学習アルゴリズム
     • アルゴリズムの設計パターン
     • アイデンティティーを検索する
   • 3.3　アルゴリズムの形式的性質
     • 増加のオーダーのビッグO記法
     • 見えないアイコンを2次の時間で並べる
   • 3.4　アルゴリズムの基本的な考え方
     • 総当たりアルゴリズム
     • 貪欲アルゴリズム
     • 帰着アルゴリズム
   • 3.5　問題別のアルゴリズムの例
     • ハッシュ法
     • 最小全域木
   • 3.6　コンピューターサイエンスの理論
     • 計算量クラス
     • 配送の物流
   • 章の復習
     • まとめ
     • 3.4 アルゴリズムの基本的な考え方
     • 3.6 コンピューターサイエンスの理論
     • 概念を考える問題
     • 問題集A
     • 考えてみよう

6. 第2部　アルゴリズムの実現

7. 第4章アルゴリズムの言語による実現：低水準プログラミング言語26項目
   • はじめに
   • 4.1　計算モデル
     • 低水準プログラミング
     • 中水準・高水準プログラミング
     • 命令型プログラミングのパラダイム
     • 手続き型プログラミング
     • オブジェクト指向プログラミング
   • 4.2　Cプログラムを作る
     • YouTube初期のCの利用
     • Cプログラムの開発
     • プログラムのリンク
     • シンボルの種類と解決
     • CのAPI
     • オブジェクトファイルを操作するツール
   • 4.3　並列プログラミングのモデル
     • GPUの応用
     • 並列プログラムの設計
     • 人工ニューラルネットワーク
   • 4.4　プログラミングモデルの応用
     • あなたとモノのインターネット
   • 章の復習
     • まとめ
     • 4.4 プログラミングモデルの応用
     • 概念を考える問題
     • 問題集A
     • 実習
8. 第5章アルゴリズムのハードウェアによる実現：コンピューターシステム設計28項目
   • はじめに
   • 5.1　コンピューターシステムの構成
     • コンピューターシステムを学ぶ理由
     • 入出力装置
   • 5.2　コンピューターの抽象化レベル
     • アプリケーションプログラムの抽象化
     • 命令セットアーキテクチャー
     • デジタル論理の抽象化
     • 新しい破壊的なコンピューターシステムの抽象化
   • 5.3　機械レベルでの情報表現
     • なぜ整数なのか？
   • 5.4　機械レベルでのプログラム表現
     • アセンブリと機械語コード
     • レジスタ
     • アセンブリの操作
     • 手続き呼び出し操作
   • 5.5　メモリ階層
     • メモリ階層
     • メモリ：SRAM
     • ハードディスク
     • 局所性
   • 5.6　プロセッサアーキテクチャー
     • 複数のコア
   • 章の復習
     • まとめ
     • 5.5 メモリ階層
     • 概念を考える問題
     • 問題集A
9. 第6章インフラストラクチャーの抽象化層：オペレーティングシステム33項目
   • はじめに
   • 6.1　オペレーティングシステムとは何か
     • 効率の管理
     • OSカーネルの機能
     • オープンソースOSの倫理
   • 6.2　OSの基本概念
     • アドレス空間とメモリ空間の管理
     • デバイスレジスタ
     • OSの構造
     • ハードウェアの抽象化
     • 遠隔で使う電子メール
   • 6.3　プロセスと並行性
     • プロセス間通信
     • スケジューリングとディスパッチ
     • 同期
     • マルチタスク
   • 6.4　メモリ管理
     • リンカーと動的リンク
     • 仮想メモリ
     • コンピューターへのいらだち
   • 6.5　ファイルシステム
     • ファイルシステムインターフェース
     • 世界規模の分散ファイルシステム
   • 6.6　信頼性とセキュリティー
     • 回復
     • 寿命
     • VMとオンプレミスのコンピューティング
   • 章の復習
     • まとめ
     • 6.3 プロセスと並行性
     • 6.6 信頼性とセキュリティー
     • 概念を考える問題
     • 考えてみよう

10. 第3部　ソフトウェアソリューションの設計と開発

11. 第7章高水準プログラミング言語34項目
    • はじめに
    • 7.1　プログラミング言語の基礎
      • 新しいHLLを学ぶ
      • HLLの歴史
      • C++とObjective C
      • C#
      • 並列プログラミング
      • HLLとTechWorks
    • 7.2　プログラミング言語の構成要素
      • 複合データ型
      • 変数
      • 名前付き定数
      • 文書化とコメント
      • 順次実行
      • 反復
      • 関数
      • 関数呼び出し
      • 再帰
      • ファイルと入出力（続き 11）
    • 7.3　ほかのプログラミングモデル
      • カプセル化
      • ポリモーフィズム
      • 同期の実装
      • スクリプト言語によるプログラミング
      • スクリプト言語によるプログラミング（続き 6）
    • 7.4　プログラミング言語の実装
      • コンパイラーのミドルエンドの構造
      • アセンブル
      • 実績のある高水準言語を使う
    • 章の復習
      • まとめ
      • 確認問題
      • 問題集A
      • 考えてみよう
12. 第8章データ管理40項目
    • はじめに
    • 8.1　データ管理の重点
      • 産業でのデータ管理
      • データガバナンスとコンプライアンス
      • データスチュワード
    • 8.2　データ管理システム
      • データベースシステムとデータベース管理
      • データモデルの分類
      • DBMSの利用分野
    • 8.3　関係データベース管理システム
      • 構造化照会言語
      • タプル関係計算とドメイン関係計算
      • RDBMS
      • 関係データベースの設計
      • 物理設計
      • 関係モデルと構成子
      • RDBMSのアプリケーション例
      • 並列処理と分散処理
    • 8.4　非関係データベース管理システム
      • OODBMSとオブジェクトデータベース
      • XMLデータと関係データの違い
      • タプルストアとドキュメントストア
      • C++とデータベース
    • 8.5　データウェアハウス、データレイク、ビジネスインテリジェンス
      • データマート
      • データレイクの発展
    • 8.6　浅い学習と深層学習のアプリケーションのためのデータ管理
      • データ品質とマスターデータ管理
      • ビッグデータ分析
      • 分析の種類
      • SQL on Hadoop
      • 認知分析と人工知能
      • NYSEで重要な役割を担うMPP
    • 8.7　インフォマティクスとデータ管理
    • 章の復習
      • まとめ
      • 8.5 データウェアハウス、データレイク、ビジネスインテリジェンス
      • 概念を考える問題
      • 練習問題
      • 考えてみよう
13. 第9章ソフトウェア工学36項目
    • はじめに
    • 9.1　ソフトウェア工学の基礎
      • 費用の管理
      • ソフトウェアの性質と影響
      • 絶えず変わるソフトウェアプラットフォームの世界
      • ソフトウェア工学における専門職の責任
      • プログラミング言語：ソフトウェアエンジニアの道具箱
    • 9.2　ソフトウェア工学の工程
      • アジャイル型プロセスモデル
      • ソフトウェアプロセスの枠組み上の活動
      • 推敲の活動
      • 適切な問いを立てる
      • 配備の活動
      • 横断的活動／アンブレラ活動
      • 実用に耐えるシステムを届ける
      • よく使われるソフトウェアプロセスモデル
      • Vモデル
      • スパイラルモデル
      • アジャイル型プロセスモデル
      • アジャイル型プロセスモデル（続き 13）
      • 推奨するプロセスモデル
    • 9.3　個別の重要な話題
      • 単体テスト
      • テスト駆動開発
      • 受け入れテスト
      • 自動車メーカーによるユーザビリティテストと受け入れテスト
      • バージョン管理システム
      • ソフトウェアの再利用
      • リファクタリング
      • ソフトウェア工学の倫理と法的側面
      • ソフトウェア工学のこれから
    • 章の復習
      • まとめ
      • 復習問題
      • 練習問題
      • 思考を深める問い
14. 第10章エンタープライズアーキテクチャーとソリューションアーキテクチャーの管理19項目
    • はじめに
    • 10.1　パターンの管理
      • 分析・設計モデルのパターン
      • パターン言語
    • 10.2　エンタープライズアーキテクチャ管理の枠組み
      • 事業と技術の戦略を整合させる
      • 戦略を整合させる
      • The Open Group Architecture Framework
      • EAMが直面する新たな課題
      • 企業の業務アーキテクチャと技術アーキテクチャ
      • ArchDev（SecOps）
    • 10.3　ソリューションアーキテクチャの管理
      • アーキテクチャとソフトウェア工学
      • 企業の技術アーキテクチャの枠組み
    • 章の復習
      • まとめ
      • 10.3 ソリューションアーキテクチャの管理
      • 概念を考える問題
      • 考察を深める問い

15. 第4部　ビジネスと社会の問題に対する現代的なエンドツーエンドソリューションの構築

16. 第11章Webアプリケーション開発27項目
    • はじめに
    • 11.1　現代のWebアプリケーションのアーキテクチャ
      • フレームワークにおける国際化と地域化の重要性
      • Webサービスで大きな役割を果たすAPI
      • フレームワークの選択
      • ネイティブ・Web・ハイブリッドの各モバイルアプリケーション開発の利点と欠点
      • Web 3.0アプリケーションのアーキテクチャ
      • Web 3.0アプリケーションの課題
      • Web 2.0/3.0を組み合わせたアプリケーション（続き 8）
    • 11.2　BootstrapとDjangoによるレスポンシブWebアプリケーション開発の例
      • Todoアプリの作成と登録
      • DjangoのREST APIの設定
      • 利用者インターフェースの作成
    • 11.3　Bootstrap/ReactとNodeによるレスポンシブWebアプリケーション開発の例
      • MongoDBデータベースとMongooseの設定
      • REST APIの設定
      • Bootstrapとその他の依存パッケージのインストール
    • 11.4　Bootstrap/ReactとDjangoによるレスポンシブWebアプリケーション開発の例
    • 11.5　React NativeとNodeまたはDjangoによるネイティブアプリケーション開発の例
      • React Nativeアプリのコンポーネントの作成
    • 11.6　Ethereumブロックチェーンを使うWeb 2.0/Web 3.0アプリケーションの例
      • フロントエンドのReactコンポーネントの作成
    • 章の復習
      • 11.2 BootstrapとDjangoによるレスポンシブWebアプリケーション開発の例
      • 復習問題
      • 概念を考える問題
      • 考察を深める問い
17. 第12章クラウドネイティブアプリケーション開発34項目
    • はじめに
    • 12.1　クラウドネイティブアプリケーション入門
      • コンポーネントとサービス
      • マイクロサービスアーキテクチャとクラウドネイティブアプリケーション
      • クラウドネイティブアプリケーションのアーキテクチャ
      • Webネイティブアーキテクチャの例
      • APIを基にしたフレームワーク
      • 弾力的で動的な規模の拡大と縮小
      • クラウドネイティブアプリケーション開発の優れた実践方法
      • Kubernetes
      • Red Hat OpenShift
    • 12.2　クラウドベースおよびクラウドネイティブのアプリケーションの配置技術
      • クラウドの配置モデル
      • IaaSの配置方法の選択肢
      • PaaSの配置方法の選択肢
      • PaaSとFaaSの比較
      • CaaS、PaaS、それともFaaSか
      • クラウド配置技術の実装
      • クラウド配置技術の選択
      • 実生活と技術
    • 12.3　クラウドネイティブアプリケーションをPaaSとFaaSで配置する例
      • クラウドネイティブアプリケーションを作成し、配置する
      • マイクロサービスのイメージを構築し、Azure Container Registryへ保存する
      • Azure Kubernetes Serviceのインスタンスを作成する
      • VMWare Tanzuを使い、サンプルのクラウドネイティブアプリケーションをPaaSへ配置する
      • Kuardのデモアプリケーションをインストールして試す
      • クラウドネイティブアプリケーションの例をFaaSへ配備する
      • FaaSの消費側の関数を作成・ビルド・配備する
      • 配備したFaaSの生成側・消費側の関数をテストする
    • 章の復習
      • まとめ
      • 12.3 クラウドネイティブアプリケーションのPaaS・FaaS配備の例
      • 概念を考える問題
      • 問題集B
18. 第13章ハイブリッドマルチクラウドのデジタルソリューション開発29項目
    • はじめに
    • 13.1　ハイブリッド・マルチクラウドのソリューションとクラウドマッシュアップ
      • ストリーミングにハイブリッドクラウドモデルを活用する
      • クラウドサービスを活用したアプリケーションのワークロードの実装
    • 13.2　大手クラウドのIaaSで使える主な機能
      • 計算サービス
      • Web・モバイルアプリケーションのサービス
      • コンテナー管理サービス
    • 13.3　大手クラウドのPaaSで使える主な機能
      • 浅い機械学習と深層学習のサービス
      • 仮想現実の環境でアバターを使う
      • 機械学習ツールキットの性能
      • IBMのブロックチェーンサービス
      • GCPのブロックチェーンサービス
      • AzureのMRサービスと関連PaaS
      • GCPのXRサービスと関連PaaS
      • 医療における3D・4Dプリンティング
    • 13.4　知的で自律的なネットワーク化スーパーシステムへ
      • 進化する標準と指針の検討
      • VRのアクセシビリティー
      • ロボット工学と高度なロボット工学
      • スーパーコンピューター
      • 世界の業務における量子コンピューティング
    • 章の復習
      • まとめ
      • 13.4 知的自律ネットワーク化スーパーシステムに向けて
      • 概念を確かめる問題
      • 問題集A
      • 考えてみよう

19. 第5部　人間中心の責任あるコンピューティング

20. 第14章サイバー資源の品質とサイバーコンピューティングのガバナンス41項目
    • はじめに
    • 14.1　サイバー資源管理のフレームワーク
      • サイバー資源の品質特性
      • サイバー資源の品質を測定する
      • オープンWebプラットフォームの品質上の課題
      • クラウド中心のソリューションの時代
      • クラウドのビッグデータ分析PaaSの品質上の課題
      • クラウドのロボット工学PaaSの品質上の課題
      • スマートエコシステムの3Dモデリング基盤の品質上の課題
      • スマートエコシステムのAR・VR基盤の品質上の課題
      • スマートエコシステムのAI・機械学習基盤の品質上の課題
      • メタバースとスマートエコシステム基盤の品質上の課題
      • 超社会の自律システム基盤の品質上の課題
      • 超社会のナノテクノロジー基盤の品質上の課題
      • 超社会の自律スーパーシステム基盤の品質上の課題
    • 14.2　サイバーセキュリティーを掘り下げる
      • ハッカーのように考える
      • サイバーセキュリティーに関する誤解
      • 技術の技能格差
      • 認証とパスワード
      • ゼロ知識証明
      • 暗号技術の未解決問題
      • 従来型ソフトウェアソリューションのセキュリティー
      • 一般的なサイバー脅威への防御
      • ソフトウェアソリューションの保証手法
      • インターネットソリューションのサイバーセキュリティー
      • ウェブ・モバイルアプリケーション基盤の保証
      • クラウド基盤の保証
      • クラウドアプリケーション基盤の保証
      • ハードウェア危機
      • インダストリー5.0・超社会ソリューションのサイバーセキュリティー
      • 超社会のスーパーコンピューティング基盤の保証
    • 14.3　サイバー資源の利用を統治する
      • サイバー経済とサイバーセキュリティーの国際協力
      • Society 4.0からSociety 5.0へ
      • サイバー経済と責任あるコンピューティングが支援者とITでの職業にもたらす意味
    • 章の復習
      • まとめ
      • 14.3 サイバー資源の利用を統治する
      • 概念を考える問題
      • 問題集B
21. 付録付録・索引10項目
    • 付録A：アルゴリズムのネットワーク設計への応用
      • ネットワークの中心部
      • 符号化
    • 索引
      • C
      • E
      • J
      • O
      • S
      • U

用語索引