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『簡體書』设计原本:计算机科学巨匠Frederick P. Brooks的反思

書城自編碼: 4016903
分類: 簡體書→大陸圖書→計算機/網絡程序設計
作者: [美]小弗雷德里克·布鲁克斯[Frederick P. Br
國際書號(ISBN): 9787302665540
出版社: 清华大学出版社
出版日期: 2024-08-01

頁數/字數: /
書度/開本: 16开 釘裝: 平装

售價:NT$ 454

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全面讲解软件设计的方方面面
內容簡介:
设计是现代项目中不可或缺的环节,设计质量将直接影响项目的成败。那么应该如何开展设计工作呢?这对于任何一位设计者来说都是很难回答的问题。软件行业流行将具体实现进行抽象的设计思想,从繁琐的细节中提取本质,并将其梳理清晰,这样更容易找到解决复杂问题的方案。经过一定程度的抽象,这些方案将具有足够的通用性,不只适用于某种行业或技术。作者布鲁克斯通过自己丰富的职业经历,为读者介绍了应该如何应对现代工作所特有的设计挑战。本书不仅包括对于设计的深刻思考,还举例分析了多个不同领域的设计案例。除了专业的设计知识外,作者还分享了自己对于哲学、艺术和历史的见解,值得读者仔细品读。本书配以丰富的插画,照片,图表和设计原稿,大大提升了阅读体验。
關於作者:
小弗雷德里克·布鲁克斯(Frederick Phillips Brooks,1931年4月19日—2022年11月17日),出生于美国北卡罗来纳州达勒姆,1999年图灵奖得主,美国国家科学院院士,美国国家工程院院士,美国艺术与科学院院士,英国皇家工程院院士,ACM fellow,IEEE fellow,荷兰皇家艺术与科学院院士,生前是北卡罗来纳大学教授。
陈舒扬,毕业于大连交通大学,毕业后一直从事软件研发类的工作,目前就职于索尼公司,负责软件项目的设计与研发。具有多年一线的开发经验,熟悉Java,Python,Javascript等多个主流技术栈,也在项目中担任系统架构和管理的角色。
目錄
第一部分 设计模型 1
第1章 设计的问题 3
1.1 培根说的对吗 4
1.2 设计是什么 4
1.3 真正的设计是什么?是设计理念 5
1.4 设计理念的价值何在 7
1.5 对设计过程的思考 8
1.6 设计类型 9
1.7 注释和相关资料 10
第2章 工程师如何看待设计?—理性模型 12
2.1 模型 13
2.2 模型从何而来 15
2.3 理性模型好在哪里 16
2.4 注释和相关资料 16
第3章 理性模型出了什么问题 19
3.1 在起步时,我们并不真正地了解目标 20
3.2 我们通常不了解设计树,我们在设计过程中逐步探索它 21
3.3 这些节点实际上并不只是一个独立的设计决策,而是处于待定阶段的完整设计 22
3.4 无法渐进地评价分支的优劣 22
3.5 需求和它们的权重在持续变化 23
3.6 制约在不断变化 24
3.7 其他人对理性模型的批评 27
3.8 尽管具有这些缺陷与非议,理性模型却仍然存在 28
3.9 那又如何?设计过程模型重要吗 29
3.10 注释和相关资料 31
第4章 需求、原罪和契约 35
4.1 一段惊人的往事 36
4.2 不幸的是,这种事并不罕见 37
4.3 对抗需求膨胀和蔓延 38
4.4 人类的过失 39
4.5 契约 40
4.6 用来达成契约的模型 40
4.7 注释和相关资料 42
第5章 更好的设计过程模型是什么 45
5.1 为什么需要一个主导模型? 46
5.2 协同演化模型 47
5.3 雷蒙德的集市模型 48
5.4 勃姆的螺旋模型 50
5.5 设计过程模型:对第2~第5章的总结 51
5.6 注释和相关资料 52
第二部分 协作与远程协作 55
第6章 在设计中协作 57
6.1 协作自身是否有益 58
6.2 团队设计成为现代标准 58
6.3 协作的成本 61
6.4 协作的难点在于概念完整性 62
6.5 如何在团队设计中获得概念完整性 64
6.6 需要协作的场景 66
6.7 在设计过程中协作不发挥作用的场景 71
6.8 双人团队是有魔力的 73
6.9 对于计算机科学家又如何呢? 74
6.10 备注和相关资料 75
第7章 远程协作 79
7.1 为什么是远程协作 80
7.2 势在必得—IBM System/360计算机产品线的分布式开发,1961—1965年 81
7.3 拥抱远程协作 83
7.4 远程协作的技术 84
7.5 备注和相关资料 87
第三部分 设计视角 91
第8章 设计领域的理性主义与经验主义之争 93
8.1 理性主义与经验主义之争 94
8.2 软件设计 94
8.3 我是一个固执己见的经验主义者 95
8.4 其他设计领域中的理性主义、经验主义和正确性 96
8.5 注释和相关资料 97
第9章 用户模型——错误优于模糊 101
9.1 定义明确的用户模型和使用模型 102
9.2 团队设计 102
9.3 如果超出个人认知,该怎么办才好 103
9.4 注释和相关资料 105
第10章 英尺、盎司、比特位、支出费用——预算资源 107
10.1 什么是预算资源 108
10.2 与支出费用无关的预算资源 108
10.3 支出费用也有分类及替代品 109
10.4 预算资源会发生变化 109
10.5 如何应对 110
10.6 注释和相关资料 112
第11章 制约因素是益友 114
11.1 制约因素 115
11.2 归结于一点 115
11.3 设计悖论:通用产品比专用产品更难设计 119
11.4 注释和相关资料 121
第12章 技术设计中的美学与风格 124
12.1 技术设计中的美学 125
12.2 何为逻辑之美 125
12.3 技术设计的风格 129
12.4 风格是什么 130
12.5 风格的特性 132
12.6 获得一致性风格的方式—文档化 133
12.7 如何获得一份优秀的设计 134
12.8 注释和相关资料 134
第13章 设计范例 138
13.1 全新设计是罕见的 139
13.2 范例的作用 139
13.3 计算机硬件和软件的设计是什么样的 140
13.4 研究范例的设计原理 141
13.5 如何改进基于范例的设计 145
13.6 范例——惰性、创意和自负 146
13.7 注释和相关资料 148
第14章 设计专家是怎样犯错的 151
14.1 错误 152
14.2 史上最糟糕的计算机编程语言 153
14.3 JCL为何被设计成这样 155
14.4 经验教训总结 156
14.5 注释和相关资料 157
第15章 设计的分离 159
15.1 从应用与实践中分离的设计 160
15.2 为什么要分离 161
15.3 分离的负面影响 161
15.4 改进措施 161
15.5 注释和相关资料 164
第16章 记录设计发展的轨迹及理由 167
16.1 引言 168
16.2 线性化知识网 168
16.3 我们对设计轨迹的捕捉 169
16.4 我们对房屋设计的研究过程 170
16.5 对设计过程的见解 172
16.6 决策树与设计树的对比 174
16.7 模块化与高度集成设计的对比 175
16.8 Compendium软件和一些备选工具 175
16.9 DRed——一款诱人的工具 177
16.10 注释和相关资料 179
第四部分 一个计算机科学家梦寐以求的房屋设计系统 181
第17章 计算机科学家理想的房屋设计系统——将思想输入计算机 183
17.1 挑战 184
17.2 愿景 184
17.3 将思想传输到计算机的愿景 187
17.4 指定动词 188
17.5 指定名词 189
17.6 指定文本 191
17.7 指定副词 191
17.8 指定角度和视野 192
17.9 注释和相关资料 195
第18章 计算机科学家理想的房屋设计系统——计算机的信息展现 198
18.1 双向通道 199
18.2 视觉展现—多线并行窗口 199
18.3 音频展现 203
18.4 触觉展示 204
18.5 泛化 204
18.6 可行性 204
18.7 注释和相关资料 205
第五部分 优秀的设计师 207
第19章 超凡的设计来自于卓越的设计者,而非来自于完善的设计流程 209
19.1 超凡的设计和完善的产品流程 210
19.2 产品流程的利与弊 210
19.3 冲突:流程会扼杀创新,流程又无法避免,我们要做什么 215
19.4 注释和相关资料 217
第20章 卓越的设计者从哪里来 219
20.1 我们必须向他们教授设计 220
20.2 我们必须雇佣具有设计才华的人 221
20.3 我们必须有意地培养团队 222
20.4 我们必须让团队管理更富创意 224
20.5 我们必须拼命去保护他们 225
20.6 作为一名设计者的自我成长 227
20.7 注释和相关资料 229
第六部分 贯穿设计空间的旅途:案例研究 233
第21章 案例研究:海滨别墅“View/360” 235
21.1 亮点与特色 236
21.2 背景介绍 237
21.3 目标 237
21.4 有利条件 238
21.5 制约 239
21.6 设计决策 239
21.7 海滨沿线的合理分配 242
21.8 确定房屋尺寸 244
21.9 错误的尝试 244
21.10 在施工前的再次设计变更 245
21.11 外墙完成并初期入住后的设计变更 246
21.12 结果评估(37年后) 247
21.13 经验教训总结 251
第22章 案例研究:房屋侧楼扩建 253
22.1 亮点和特色 254
22.2 背景介绍 255
22.3 目标 257
22.4 制约因素 258
22.5 非受限因素 259
22.6 设计决策和迭代 260
22.7 结果评估——成功之处和未解决的障碍 265
22.8 经验教训总结 267
22.9 注释和相关资料 267
第23章 案例研究:厨房重构 269
23.1 亮点与特色 270
23.2 背景介绍 270
23.3 目标 271
23.4 有利条件 272
23.5 制约因素 272
23.6 复杂的厨房宽度规划 274
23.7 厨房长度的规划 276
23.8 其他的设计决策 277
23.9 结果评估 279
23.10 其他已满足的需求 280
23.11 平面图、CAD、模型、实物模型和虚拟环境技术在设计中的应用 280
23.12 经验教训总结 282
23.13 注释和相关资料 284
第24章 案例研究:System/360系统架构 286
24.1 亮点与特色 287
24.2 背景介绍 287
24.3 目标 290
24.4 有利条件(截至1961年6月) 290
24.5 挑战和制约因素 291
24.6 最重要的设计决策 292
24.7 里程碑事件 295
24.8 结果评估 297
24.9 经验教训总结 300
24.10 注释和相关资料 301
第25章 案例研究:IBM Operating System/360 304
25.1 亮点与特色 305
25.2 背景介绍 306
25.3 被采纳的提议 309
25.4 设计决策 311
25.5 评估 313
25.6 设计师们 315
25.7 经验教训总结 316
25.8 注释和相关资料 316
第26章 案例研究:《计算机体系结构:概念与演进》图书设计 318
26.1 亮点与特色 319
26.2 背景介绍 320
26.3 目标 321
26.4 有利条件 321
26.5 制约因素 322
26.6 设计决策 322
26.7 成果评估 322
26.8 经验教训总结 323
第27章 案例研究:联合计算机中心机构:三角区大学计算中心 325
27.1 要点和特色 326
27.2 背景介绍 327
27.3 目标 328
27.4 有利条件 329
27.5 制约因素 330
27.6 设计决策 331
27.7 成果评估 332
27.8 经验教训总结 333
27.9 注释和相关资料 334
第28章 推荐阅读 336
內容試閱
我编写本书是为了督促设计者和设计项目的管理者去认真思考设计的过程,特别是复杂系统的设计过程。本书是从一个工程师的角度来思考的,既注重效用和效果,也注重效率和雅致。
谁应该读这本书
在The Mythical Man-Month一书中,我将目标读者定位在“专业程序员、专业管理者,尤其是程序员团队的专业管理者”。我论述了在开发团队构建软件时,实现概念完整性(conceptual integrity)的必要、难点和方法。[1]
相比之下,本书的读者范围则扩大了很多。本书涵盖了我在35年设计经历中收获的宝贵经验,这些设计经验让我深信,在不同领域的设计过程中存在着不变的原则。因此,本书的目标读者如下。
1.各领域的设计者
如果摒除人类的直觉,仅靠系统性的方法做设计,这样只会设计出平庸的仿制品和抄袭品;反过来,如果没有系统性的方法,仅凭直觉,那么设计出的产物可能会过于天马行空,并漏洞百出。设计者要考虑的是如何将直觉和系统性的方法融合在一起,如何成长为一名设计者,如何在设计团队中有所作为。
虽然我希望本书能覆盖不同领域,但我期望的读者主要还是计算机软件和硬件的设计者,因为我最擅长的就是面对这类读者进行具体论述。因此,我在本书中列举的一些示例会涉及技术细节。不过其他领域的读者也不用担心,你们可以放心地跳过这些内容,不会影响理解。
2.设计项目的管理者
为了避免项目出现重大问题,项目管理者在设计阶段必须参考理论指导和实践中的经验教训,不能单纯地复制某些过度简化的学术模型,更不能在没有参考理论指导或他人经验的情况下临时拼凑出一个设计过程。
3.设计领域的研究人员
令人欣慰的是,当下对设计过程的研究日趋成熟,但是其中也存在不足。学术发表的数量虽然在增加,但是它们往往针对的是更为明确的主题,而对于宏观问题的讨论则越来越少。人们普遍相信学术发表是既准确又符合“设计科学”的,因此学术发表之外的声音并不容易被人接受。虽然社会科学方法论(social science methodology)对解决这类问题帮助不大,但是我仍然号召设计领域的思想家和研究人员能和我一样着眼于宏观问题。我相信他们也会质疑我的观察视角是否具有普遍性,以及我的观点是否真实有效。总之,我希望把关于设计过程的研究成果分享给设计领域的实践者,或许这能对整个学科有所帮助。
为什么我要写一本关于设计的书
造物是一大乐趣,会给人带来极大的满足。托尔金(J. R. R. Tolkien)表示,上帝赐予人类的礼物,就是让我们也可以造物,上帝这么做的目的是让我们也能体会造物的乐趣。[2]“千山上的牲畜也是我的……我若是饥饿,我不用告诉你。”[3]圣经中的这句话充分表现了设计本身就是一种乐趣。
然而,无论是在理论上还是在实践上,设计者都没有完全理解设计过程。这并不是因为缺少学术研究,而是因为很多设计者都未曾反思过自己的设计过程。在任何设计领域中,不同水平的实现之间存在着巨大的品质上的差距,这也是我研究设计过程的动机之一。设计成本中的很大一部分来自于返工,即修正错误,这些返工的成本通常要占总设计成本的三分之一。平庸的设计会浪费世界资源、破坏环境、影响国际竞争力。因此,设计非常重要,设计相关的教育也值得重视。
所以,人们认为将设计流程系统化会提高设计者的平均实践水平,事实证明的确如此。德国的机械工程设计师似乎是第一批开始用系统化的方法来做设计的群体。[4]
计算机的出现和其带动的人工智能技术,极大地鼓励了人们对设计过程的研究。起初人们期望人工智能技术可以接管设计中大量常规且枯燥的工作,还希望它能生产出绝妙的设计,甚至能够超出人类已经探知的领域。然而这种期望迟迟没有兑现,并且我也不认为这可以实现。[5]设计就是在这样的背景之下发展的,其有专门的会议、期刊及大量的学术研究。
既然已经有了那么多细致的研究和系统性的论述,那么为什么还要另写一本书呢?
首先,自第二次世界大战以来,设计过程的发展非常迅速,但是却很少有人讨论发展带来的变化。例如,由于产品工艺日趋复杂,导致由团队协作来完成的设计案例越来越多,并且设计团队也经常分散于不同的地理位置。另一个变化是现在的设计者通常只负责设计而不再亲手构建自己设计的产品,逐渐脱离了产品的使用和实现。再就是现在所有领域的设计工作都不再采用手工绘图,而是依赖计算机建模。设计过程的培训越来越同质化,这在很大程度上是企业的强制要求。
其次,设计中仍然存在着大量难以理解的地方。当我们试图教授学生如何设计好作品的时候,双方在理解上的分歧就会尤为明显。设计研究界的一位先驱,尼格尔·克罗斯(Nigel Cross)追溯了设计过程研究演化的四个阶段:
(1)理想设计流程的规范化;
(2)针对设计问题内在特性的描述;
(3)针对设计活动现状的观察;
(4)针对设计基本概念的反思。[6]
在过去的60年中,我从事过五个领域的设计工作:计算机架构、软件研发、房屋建造、书籍出版和组织架构。在每个领域,我既担任过总设计师,也当过团队成员。[7]我对设计过程一直很感兴趣,1956年我的博士学位论文的题目就是《自动化数据处理系统的分析设计》(The Analytic Design of Automatic Data Processing System)。[8]对比那时的自己,可能现在正是我进行反思的最佳时机。
这是一本什么类型的书
让我大受震撼的是,设计过程之间竟然存在着如此惊人的相似!常见的设计过程不外乎是构思、与人交流、反复迭代、排除制约、生产实施,所有这些过程都有着极大的相似性。这本书所思考的就是其背后不变的设计过程。
对计算机领域来说,无论是硬件架构还是软件架构,它们的发展历史都很短,并且也很少见到有关设计过程的反思。但是在其他领域,如建筑或机械设计,它们都有着悠久而光辉的历史。这些领域涌现了大量与设计有关的学术理论和学术巨匠。
我是一名计算机领域的专业设计者,不过在这个领域缺少深入的反思,而在一些历史悠久又积累颇深的领域,我只能算是一个业余爱好者。因此,我尝试从较早的设计理论中提取一些经验教训,并将其应用于计算机和软件的设计工作之中。
我坚信“设计科学”是一个不切实际的目标,追求“设计科学”甚至会使人误入歧途。这种大胆的质疑,一是出自我的直觉,二是出自经验。所谓的经验不只是我个人的经验,也包括那些慷慨地与我分享他们见解的其他设计者的经验。[9]
所以这本书不是富含有序论证的专题论文集或教科书,而是一些包含个人观点的篇章。虽然我尝试提供实用的参考文献和注释以开拓读者的思路,但我还是建议读者先通读全书,然后再返回来研究这些内容。因此,我将这些内容附在每章的末尾。
本书第六部分的内容是案例研究,提供了一些具体示例来验证文中的论点。选择这些示例并不是因为它们很重要,而是因为凭借它们我搭建了一个简易的经验库,让我可以从中找到结论和论点。我尤其喜欢关于房屋功能设计的案例研究,我认为任何领域的设计者都可以参考它们。
我曾经作为总设计师为三个房屋项目进行功能设计(详细的楼层平面图、照明、电气和管道)。将房屋功能设计的过程与复杂计算机硬件和软件的设计过程进行比较,有助于我提取设计过程的“本质”。因此,我将这些设计过程作为案例研究,在本书中详细地进行描述。
回顾这些案例研究,许多都具有一个引人注目的共同特征:无论决策者是谁,成果中的大部分收益来自最大胆的决策。这些大胆的决策有时是出于远见,有时是出于破釜沉舟的精神。这种决策犹如赌博投机一般,需要额外的投资以期望获得更好的回报。
鸣谢
关于本书的标题,我借用了前辈戈登·克雷格(Gordon Glegg)的一部著作。他是一位天才机械设计大师,有着非凡的魅力,他在剑桥大学时也是一位极具人气的教师。1975年,我有幸与他共进午餐,在与他的接触中,我感受到了他对设计的热情。他为自己的著作起了一个完美的标题,我发现这个标题超越了我尝试过的所有标题。因此,我充满感激和敬重地,再一次使用它作为本书的标题。[10]
感谢伊凡·苏泽兰(Ivan Sutherland)对我的鼓励。他在1997年建议我将一套讲义扩展为读本,并在十多年后对初稿进行了精准的指正,使其品质得到了极大的提升。在与苏泽兰先生的思维碰撞中我收获颇多。
正是凭借北卡罗来纳大学教堂山分校和我的两位系主任史蒂芬·韦斯(Stephen Weiss)和杨·普林斯(Jan Prins)授予我的三个研修假期,以及剑桥大学的彼得·罗宾逊(Peter Robinson)、伦敦大学学院的梅尔·斯莱特(Mel Slater)和他们的系主任、同事们的帮助,我才得以完成这项工作。
美国国家科学基金会(National Science Foundation, NSF)的计算机和信息科学工程理事会(Computer and Information Science and Engineering Directorate)的设计科学项目由副理事长彼得·弗里曼(Peter A. Freeman)发起,该项目为本书的完成和相关网站的搭建提供了大力的资助。这些资金使我得以采访了许多设计师,并让我在过去的几年里将主要精力集中在撰写本书上。
我深深地感谢每位与我分享他们见解的一线设计师。我在本书的末尾列出了一份致谢受访者和评审人员的名单。我深受一些书籍的启发和影响,因此我在本书第28章“推荐阅读”中将其列出。
我的妻子南希(Nancy)是书中部分内容的共同创作者,是她一直支持和鼓励着我,我的孩子肯尼思·布鲁克斯(Kenneth P. Brooks)、罗杰·布鲁克斯(Roger E. Brooks)和巴巴拉·拉丁(Barbara B. La Dine)也是如此。罗杰校阅了我的手稿,并对每个章节都提出了几十条建议,大到概念观点,小到标点符号,他都做得十分出色。
感谢北卡罗来纳大学教堂山分校给予了我强有力的行政支持,包括蒂莫西·奎格(Timothy Quigg)、惠特尼·沃恩(Whitney Vaughan)、达琳·弗里德曼(Darlene Freedman)、奥德丽·拉贝莱(Audrey Rabelais)和大卫·莱恩斯 (David Lines)。 感谢艾迪生·韦斯利出版公司(Addison-Wesley Publishing Company)的出版合作伙伴彼得·戈登(Peter Gordon)对我提供的非同寻常的鼓励。 朱莉·纳希尔(Julie Nahil)是艾迪生·韦斯利出版公司的全方位制作经理,巴巴拉·伍德 (Barbara Wood)是本书的校对编辑,他们的专业知识和耐心帮助我完成了工作,在此对他们表示感谢。
约翰·范弗莱克(John H. van Vleck)是诺贝尔物理学奖得主,我在哈佛艾肯实验室(Aikens lab)攻读研究生时,他是工程与应用科学学院的院长。范弗莱克非常关注工程实践建立在坚实的科学基础之上。在他的领导下,美国工程学的教学方法发生了剧烈的转变,教学方针从设计转为应用科学。由于这次的转变过于激进,反对的声音随之而来,相比设计,更倾向应用的教学方法一直备受争议。我很感谢我的三位哈佛老师,他们自始至终都能意识到设计的重要性,并向学生教授设计相关的知识,他们是菲利普·勒科贝莱(Philippe E. Le Corbeiller)、哈里·米姆诺(Harry R. Mimno)和霍华德·艾肯(Howard H. Aiken),他们是我的领路人。
感谢并赞美伟大的造物主,他慷慨地赐予我们财富、每日所需和造物的乐趣。
北卡罗来纳州教堂山市
2009年11月
注释
[1]本书封面的说明源自斯莫瑟斯特(Smethurst)的The Pictorial History of Salisbury Cathedral(1967年),这本书中写道:“……因此,索尔兹伯里是英格兰除圣保罗大教堂外唯一的、整个内部结构都由一个人(或一个双人团队)设计并在没有间断的情况下完成的大教堂。”
[2]托尔金(Tolkien)的《精灵故事集》,收录于Tree and Leaf (1964年)的第54页。
[3]出自Psalm的章节50:10,重点强调12小节。
[4]帕尔(Pahl)和拜兹(Beitz)编写了著名的Konstructionslehre(1984年),在这本书的1.2.2节,二人追溯了这段始于1928年的历史。这本书已经出版了7个版本,可能是最重要的、介绍系统化设计的著作。我将自己对“设计过程”的研究与特定平台的设计规则区分开来。而对于设计过程的研究已经有着近千年的历史。
[5]主要的专著是赫伯特·西蒙(Herbert Simon)的The Sciences of the Artificial(1969年,1981年,1996年)。
[6]克罗斯(Gross),Developments in Design Methodology(1983年)。
[7]我将自己的设计经历整理成了表格,放在网站上,读者可以通过访问以下网站地址来查阅,http://www.cs.unc.edu/~brooks/DesignofDesign。
[8]布鲁克斯的The Analytic Design of Automatic Data Processing Systems(1956年),哈佛大学博士论文。
[9]读者可以在维基百科中找到关于设计方法的描述(http://en.wikipedia.org/wiki/Design_methods,我于2010年1月5日访问),可惜我没有为此做出贡献。
“挑战在于将个人经验、框架和观点,转化为一个共享的、可理解的知识领域,最重要的是可以将它教授给他人。维克多·马戈林(Victor Margolin)列出了三个原因,说明为什么这是困难的,其中一个原因是:‘……对设计论述的个人探索过于关注个人叙事,导致形成个人观点,而不是一个带有批判性的、带有共享价值观的事物。’”
对此,我必须承认:“罪名成立。”
[10]克雷格The Design of Design(1969)。

 

 

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