本书是《10000个科学难题》系列丛书中的信息科学卷。为了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、副主任委员的基础上，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。本书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。
本书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。希望本书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。
样章试读
目录
- 《10000个科学难题》序
前言
科普篇
微电子的纳米时代 赵正平
破译基因表达的调控密码 汪小我 李衍达 孙啸
Fermat原理之谜 梁昌洪 陈曦
梦的重建与读脑术 尧德中 雷旭
太赫兹生物分子光谱学——生命之谜的窗口 陈晓东 刘小明
水声科学与水下通信 杨德森
如何持续提升计算机系统的性能? 孙凝晖 陈明宇 包云岗
计算机系统如何成为可靠的系统? 宫云战 杨朝红 李晓维 韩银和
自动编程:如何让计算机自动地从需求规约生成软件 王戟
电脑(计算机)能否接近人脑? 张钹
知识的自动发现 杨强 薛贵荣
自然语言处理 刘知远 马少平
计算机感知 万华根
如何让计算机实现人工世界? 赵沁平
网络科学的基本问题 陆建华
机器学习之模型选择 徐雷
操控量子世界 谈自忠 张靖 吴热冰
合作演化之谜 王龙 陈小杰 伏锋
微型飞行器控制问题 李洪儒
多相航行器的航行控制问题 关世义
微纳米生物学系统状态空间建模 谈自忠 高瑞 张明君
飞行器大包线鲁棒飞行控制 易建强 仇立伟
脑机接口:人类与机器的对话 李醒飞
测量及仪器科学的发展和面临的科学难题 徐可欣
光的七个极限问题 朱晓农
空间太阳能发电站 曹良才
光镊及其应用 李银妹 张晓晖
全光开关研究进展 李淳飞
太赫兹波 张存林 牧凯军
半导体激光器面临的挑战 滕京华
弱激光治疗对人体细胞生物学作用的机理和量效关系 顾瑛 陈虹霞
光动力疗法的机制及量效作用规律 顾瑛 陈虹霞
专题篇
太赫兹波(光)源与探测器 曹俊诚
等离子体填充微波器件 王彬
太赫兹电真空器件 鄢扬
基于过模互作用电路的回旋放大器 刘濮鲲 杜朝海
带状电子注的成形与传输 阮存军
微波真空电子器件的发展 丁耀根
纳米尺度场发射的理论问题 冯进军
分子电子学的难题 薛增泉
从医学超声成像发展看隐含信息的揭示 陈思平
复合发射阴极与热-场统一发射模型 李季
自旋电子学中的自旋传输矩效应 陈培毅
无缺陷硅单晶 杨德仁
硅基电泵激光 杨德仁
固态太赫兹源 赵正平
高效率硅量子点激光器 赵新为 彭英才
稀磁半导体——内禀磁性的物理机理? 张新惠
Ⅳ-Ⅵ族半导体光电应用的瓶颈 吴惠桢
CMOS工艺特征尺寸的极限是什么? 陈书明 刘尧
辐射环境下的单粒子效应 陈书明 刘忠立 陈建军
纳米集成电路的软错误问题 张民选
量子点存储器中存取速度与保持时间的矛盾 陈坤基
中间能带半导体 罗毅 王健
多核芯片系统 杨华中
集成电路的互连问题 毛军发
集成电路在纳米级工艺下面临的设计挑战李冬梅 刘力源
GaN基宽禁带半导体 王占国
半导体金刚石 王占国
ZnO半导体材料 王占国
量子点激子太阳电池 彭英才 赵新为
多结叠层太阳能电池 廖显伯 向贤碧
突破硅单结太阳电池转换效率的理论极限王启明 左玉华
氮化物表面态——何时能探其究竟? 陈堂胜 孔月婵
固态微波器件 王晓亮
电磁黑洞 崔铁军 程强
超级人工电磁材料 崔铁军 蒋卫祥
多层媒质的电磁并矢Green函数 洪伟 周后型 宋喆 胡俊 郑开来
射频电路的非线性行为描述与建模 翟建锋 周健义 洪伟
微波毫米波功率合成 樊勇 徐锐敏
统计电磁学 张敏
电磁波与复杂多尺度媒质体的作用机理 盛新庆
微波的非热效应 黄卡玛
电磁辐射与散射中的近场理论 何国瑜
神经递质检测方法研究 蔡新霞
生物传感器 王雪梅 张晓璐
基于纳电子技术的DNA测序 刘明
睡眠快速眼动的信息处理 孙复川
脑信号的解码 王海贤
生物系统建模及其生物鲁棒性 包家立
微生物燃料电池 顾忠泽 吴文果
单光子源 张巍
时间的精确度量 戴一堂 徐坤
安全方案中的单向函数 王天择
密码学中的整数分解问题 赵岩
RSA问题 冯登国
安全方案中的离散对数问题 张旭升
Diffie-Hellman问题 张旭升
格约化问题 史涛
纠错码的译码问题 张寅
多项式分层 李振琦
偶数变元APN置换的存在性 林东岱
量子计算机和量子通信的出现所引发的安全协议设计问题 颜俊
弹性布尔函数的非线性度的紧上界 张卫国 肖国镇
非交互式零知识证明中的私密信息提取难题 周福才 李慧
视觉密码方案的最优化问题 刘峰
是否存在安全实用的量子公钥密码? 温巧燕
网络中的未知行为识别问题 隆克平 彭云峰
网络信息论 尹长川 罗涛 乐光新
光纤通信频谱效率的极限 喻松 顾畹仪
网络中的信息流最大化 廖建新 王敬宇
Shannon信息论中的语义鲁棒性难题 刘健 隆克平
互联网的可测性问题 谢高岗 闵应骅 孟洛明
网络的建模方法及建模 高志鹏 邱雪松 孟洛明
网络的基本性质 邱雪松 高志鹏 孟洛明
通信网络的免疫自愈问题 隆克平 彭云峰
复杂网络中关键节点集合的确定 苏森 李勇辉 阎冬
多域协同通信机理 陆建华
空间网络科学 陆建华
非均匀采样问题 穆鹏程 殷勤业
空谱的描述与定义 穆鹏程 殷勤业
具有明确物理含义且满足边缘条件的非负时频分布的存在性 张建国 殷勤业
无线通信系统中信道容量的定义和度量 邓科 穆鹏程
图像差异感知模型 牟轩沁
能否建立多种物理场联合反演的一般理论与方法 高静怀
高性能迭代解码问题 邓科
用分段线性时不变系统逼近时变系统的条件与方法 高静怀
微波成像的稀疏表示问题 廖桂生 王伟伟
非均匀样本条件下的协方差矩阵估计问题 廖桂生 李明
语义不确定的新媒体信息量化描述问题 苏志武 曹三省
融合网络媒体服务环境中的用户行为模型方法问题 曹三省 苏志武
面向未来媒体的人机工程理论与身心服务机制 曹三省 苏志武
水下高性能声呐 杨德森
水声通信 卞红雨 杨德森
处理器芯片的性能极限是多少? 范东睿
超大规模并行编程 陈文光 陈莉 冯晓兵
突破冯·诺依曼结构的挑战 包云岗 陈明宇 孙凝晖
计算机的存储墙 吴松
大规模分布式计算系统的建模 廖小飞
海量信息存储 周可
计算系统的能耗瓶颈 喻之斌
未来网络交换机理 马华东
网络的自适应性 苏森 孙毅 谢高岗
网络体系结构的优化问题 徐恪
Mu-演算模型检测复杂度 林惠民
BQP类的大小 刘田
约束求解与优化 季晓慧 刘田 王怀民
计算复杂性若干未解决问题 李昂生 朱洪
逻辑公式可满足性问题 赵希顺 李初民
UniqueGames猜想 张鹏
Tarski指数函数问题 詹乃军
DNA计算中的检测问题 许进
三维凸多面体相交检测 朱滨海
基因组间的转位距离 朱滨海
非阿贝尔群上的隐子群问题 孙晓明
软件性能的自动优化问题 郑纬民 陈文光 陈德颢
软件可测度性及度量 徐宝文 周毓明
软件质量保证承诺 赵建华 王林章 卜磊 陈鑫 张天 李宣东
静态分析与形式验证 赵建华 张健
软件需求的自动获取 金芝
软件系统复杂性控制 吕建
软件模型:可表达性与可理解性 梅宏 焦文品
面向数据管理的数据模型 王珊 陈红
数据质量可保障性 周晓方
数据库管理系统体系结构面临的挑战 李建中 金澈清
数据密集型计算系统的平衡性 周傲英 钱卫宁 周敏奇
面向敏感数据的隐私保护 杨晓春 于戈
社会网络协同计算问题 钱铁云 彭智勇
复杂知识表示与推理 刘大有 欧阳丹彤 王国胤 杨博 王生生 漆桂林 欧阳继红
高维数据降维 乔立山 陈松灿 张道强
因果推断 耿直
模式特征的抽取和表达 丁晓青
数字媒体内容的理解 王蕴红
自然启发的计算 焦李成 公茂果
几何计算的健壮性问题 高曙明 齐建昌
复杂装备和系统的高精度交互模拟分析 刘振宇
从多幅照片还原立体场景:复杂三维场景重建中的对应点自动匹配问题 章国锋
计算机全息图形的生成 彭群生 王章野
虚拟环境与真实环境的“无缝”融合 陈小武
自然高效的人机交互 王宏安 田丰
海量数据可视化分析 陈为 屈华民
静态输出反馈下的干扰解耦 陈本美
鲁棒自适应非线性控制 姜钟平
大种群随机多自主体系统的自适应动态博弈 李韬
非线性控制系统分析与设计中的结构分解方法 林宗利
数据驱动控制系统设计 李少远
宏观经济控制问题 叶旭东
目标跟踪中的数据关联问题 李晓榕
基于脑电信号的人机融合控制 王行愚
部分可观马尔可夫决策过程的性能优化 汪德新 曹希仁
大规模网络服务集群系统节能机理的建模与控制 奚宏生 康宇
有限信息系统的辨识与适应控制 赵延龙
关联系统分散控制及其应用 段志生
微分平坦系统的判定 霍伟
控制器结构与控制性能之间约束关系的定量化 陈增强
神经网络控制系统的优化设计 任雪梅
随机系统H_∞预演控制 张焕水 王宏霞
滑动模态的抖振问题 李文林
区间系统的鲁棒严格正实综合 郁文生 王龙
不准确量测下非完整系统控制问题 王朝立
线性时变系统的渐近稳定性 张龙 谭峰 段广仁
流体中机器人运动载体对环境力载荷的抗干扰 龚振邦 罗均
机器人的仿生自主供能 王越超 刘金国
服务机器人的认知与情感 王田苗 孟偲
水下仿生机器人的推进控制 谭民 王硕
仿人机器人的双足自然行走机理与实现 黄强 范宁军 余张国
旋翼飞行机器人高机动自主飞行控制 齐俊桐 韩建达 王越超
机器人视觉中的物体表达问题 胡占义
高速移动机器人高精度漂移控制 刘景泰 王鸿鹏
相对阶不小于1的P型迭代学习控制系统 孙明轩
数据驱动自适应迭代学习控制系统的设计和分析 侯忠生
自适应动态规划的结构和算法优化 刘德荣
数据驱动控制理论基础问题 侯忠生
学习控制系统 许建新
无线网络调度策略的稳定性及分布式实现关新平 杨博
卫星姿态系统相平面控制的稳定性分析 解永春 刘涛
复杂卫星姿态动力学建模和甚高精度姿态控制 刘一武
平流层飞艇大范围变参数与多场耦合的控制 李智斌 岳宝增
飞行器PID控制的实用稳定性 孟斌
在轨闭环参数辨识 孟斌 黎康
飞行器的非最小相位控制问题 宗群
变体飞行器的控制问题 陆宇平
欠驱动飞行器运动控制 葛晖 杨永胜 敬忠良
临近空间飞行器地磁导航与制导 蔡洪
高超声速飞行器的最优闭环制导问题 沈作军
飞行器控制的操纵问题 周军
湿度测量的计量标准 王雪 王鹏
交流量子化霍尔电阻基准的建立 王雪 王勇 刘长
非球面和自由曲面形状量值溯源问题 谭久彬 王伟波
μN/nN级微小力量值溯源 齐永岳
不依赖于时间基准与光速的长度自然基准及米定义 张国雄
通过测定阿伏伽德罗常数定义质量自然基准 戴高良
空间超高精度时空基准 张高飞 尤政
如何实现长度计量中的高精度、无导轨大尺寸测量 任大海
复杂系统分形(自相似)结构与功能及行为 王雪 张星
Mathieu方程与谐振式传感器动态特性 樊尚春
原子干涉陀螺仪中隔离重力的干涉方法 房建成
延长原子自旋陀螺仪弛豫时间的方法 房建成
超细光束探针的形成与传感机理 谭久彬 林杰
显微仪器信息容量极限及表征 谭久彬 刘俭
具有超宽抑制频带的光学带通滤波器形成机理与特性表征 陆振刚
微位移的极限问题及表征 崔继文
超短或超薄波导间光能量耦合问题及传感机理 崔继文
三维超高分辨率共焦显微探测机理 谭久彬 刘涛 刘俭
外空间极大尺度的超精密测量 谭久彬 胡鹏程
分子量级精度圆、球、圆柱形状标准的形成 谭久彬 黄景志 谷伟
大尺度测量中绝对测量精度高和测量范围大之间矛盾的协调问题 邾继贵
光束直径与光束发散角的同步压缩难题 谢洪波
真空中光速恒定性及影响因素研究 张国雄
光在人体组织中的传播规律及观测方法 顾瑛 赵会娟
扩散光学成像中crosstalk的问题 蒋华北 袁振
地下电磁探测深度与分辨率的矛盾 刘长胜 林君
如何赋予机械手触觉功能? 余有龙
微纳精密测量仪器中的精度控制问题 卢荣胜
建立坐标测量机面向任务的测量不确定度模型与传递链函数 陈晓怀
大动态范围油气勘探用地震信号传感器 李淑清 陶知非
纳米三坐标测量机的精度标定 范光照
衍射极限问题的突破 范光照
超高分辨率光学显微镜 李奇峰
中长期天气的温、湿度预测 王鹏 王雪
量子运动测量问题 王雪 孙欣尧
超高精度、长航时、微型化惯性导航测量 冯焱颖
地磁场测量高斯分析中的唯一性问题 李玉和 杨建中
精密封闭内腔几何/物理特性表征与探测方法 陆振刚
在体活体细胞三维实时探测与表征 谭久彬 刘涛 刘俭
中微子质量的探测机理与表征 崔俊宁
人工运动神经系统重建原理与机制 明东
能否实现人体血糖浓度的无创伤检测? 刘蓉 徐可欣
是否能依据食品的综合光学特征进行成分掺杂的快速识别? 余辉 徐可欣
经络穴位精密测量 欧阳健飞
是否大多数癌症可实现血液的早期诊断? 蒋景英 王毅
微深槽三维几何量特征参数的测量方法 胡晓东
肿瘤拉曼散射诊断方法学的挑战 陈达
单次曝光任意光波波形测量 李桂芳
电磁波探测地球深度的确定 朱凯光 林君
地球深部的水能直接探测吗? 王应吉 林君
欠冗余传感器网络的故障诊断 陈伟民 胡顺仁 税爱社 章鹏
光学频率的直接测量 张书练 徐春欣
自由曲面光学设计理论 侯佳
真实立体感头戴式三维显示器 程德文 黄涛 王涌天
真实感空间三维显示 刘旭
光在随机介质中的传播与成像 李晓彤
X射线超衍射极限分辨成像研究 穆宝忠 王占山
红外成像高分辨率与衍射极限的矛盾问题 叶振华 林春 胡晓宁 丁瑞军 何力
远场超分辨成像 袁小聪 张斗国 明海 匡翠方 刘旭
基于光场量子态的量子信息研究 张宽收 彭堃墀
量子态的制备、操控和精密测量 张永生 郭光灿
基本物理问题的量子光学检验 张永生 郭光灿
弱光非线性效应 张国权 孔勇发 孙骞 张心正 许京军
新型高效红外非线性光学晶体 陶绪堂 王善朋 蒋民华
新型人工电磁材料的吸波与隐身问题 何赛灵
纳米表面等离子集成光子学 黄旭光
表面等离子体传播的主动调控 李一岑 王茜 袁小聪 梅霆
高灵敏度高空间分辨率表面增强拉曼散射光谱 袁小聪 苑光辉 肖晓晟 杨昌喜
光学旋涡 袁小聪 张凝 林皎
亚波长金属孔阵列光学异常透射现象的微观解释 刘海涛
从光学衍射极限到超分辨率成像和加工 洪明辉 陈国新
单向性高品质因子非对称光学微腔 肖云峰
纳米光学天线 宋勇 王涌天
可集成的低折射率高非线性材料 张林
金属在紫外-微波波段的吸收特性 兰胜
太阳能电池提高光子能量利用率及转换效率的问题 董建荣
有机柔性发光二极管 章勇
Ⅲ族氮化物半导体高效发光问题 李述体
ZnO器件的高效电泵激子发光 宿世臣 梅霆
单片光子集成的难题 梅霆 滕京华
石墨烯 申泽骧 倪振华 詹达
全光缓存 徐安士 肖晓晟 杨昌喜
无噪声的全光放大 肖晓晟
激光混沌通信 闫连山
纳米尺度集成型非线性光信号处理器件的效率问题 高士明
太赫兹波室温下的直接探测 张存林 苏波
太赫兹脉冲波前整形 张存林 钟华
基于固态增益介质能级跃迁的太赫兹波辐射机理 姚建铨 徐德刚 李忠洋
光频段到太赫兹波频率下转换效率限制 徐德刚 姚建铨 王与烨 钟凯
太赫兹波大气传输统一模型 姚建铨 汪静丽 徐德刚
如何测量含水环境中生物样品的太赫兹频率响应 汪力
基于新型人工电磁媒质的可调谐太赫兹功能器件 金飚兵
太赫兹表面等离子体激元 杨冬晓
高光子能量、高亮度阿秒级相干X射线源 李儒新 刘鹏
X射线自由电子激光 王东
X射线自由电子激光与物质作用机理 李文斌 王占山
激光荧光冷却 孟俊清
高功率中红外超连续谱激光光源 周军 陈卫标
用光纤激光直接产生高功率可见光输出 楼祺洪
纳米尺度等离子体激光及SPASER宁存政
基于全固型光子带隙光纤的三次谐波产生的研究 栗岩锋 王清月
大气中超短脉冲激光的成丝 常胜江 刘伟伟
用于直接泵浦的中长波红外激光介质 程小劲
超短脉冲激光烧蚀产生的极端非平衡物质状态 张楠 朱晓农
如何实现活体生物信息的无标记光学获取 邢达
活体蛋白质功能的跨层次动态光学分子成像 骆清铭
神经网络回路的高分辨光学成像 曾绍群
光声显微与层析成像 汪立宏
具有大成像深度的光学无损活体生物组织医学成像 谈宜东
引力波的激光直接测量 陈卫标
无衍射光束 刘娟 王涌天
红外与微波一体化隐身 潘建珍 陆卫
编后记
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