計算機科學前沿熱點及發展趨勢

　　摘要：文章系統地介紹了信息處理、文字與自然語言的理解、數據倉庫和數據挖掘、知識科學、人工智能、人工神經網絡的研究、遺傳算法、邏輯學等領域研究中前沿的若干問題，并提出未來計算機科學的發展趨勢。
　　關鍵詞：信息技術；知識科學；智能技術；發展趨勢
　　一、計算機科學前沿熱點
　　（一）信息處理技術
　　信息處理技術是當今計算機科學發展的重點，目前計算機處理的信息可分為符號和數據，因而一切要由計算機處理的對象首先是符號化和數字化。信息科學正在形成和迅速發展，現在主要的研究課題集中在以下方面：信息源理論和信息的獲取；信息的傳輸、存儲、檢索、轉化和處理；信號的測量、分析、處理及顯示；模式信息處理，研究對文字、聲音、圖像等信息的處理、分類和識別，研制機器圖像和語音識別系統；知識信息處理，研究知識的表示、獲取和應用，建立具有推理和自動解決問題能力的知識信息處理系統，即專家系統；決策和控制，在對信息的采集、分析、處理、識別和理解的基礎上做出判斷、決策或控制，從而建立各種控制系統、管理信息系統和決策支持系統。
　　（二）知識科學
　　知識進步是人類社會發展的永恒動力，知識經濟是推動其他經濟發展的原動力，知識產權關系國家命運。可見知識在計算機科學中發展的重要意義。計算機科學雖然是一門剛剛興起的學科，但它與數學、邏輯學、語言學、認知科學、心理學、哲學等關系相當大。目前知識科學主要的研究領域表現在：知識模型研究，常識性知識研究；非規范知識研究，知識處理的數學理論；知識獲取理論和技術；知識科學和軟件科學；基于知識的計算機藝術。
　　（三）智能處理技術
　　從第一臺電子計算機誕生至今，其主要功能都是進行數值計算和數據處理。但隨著基于符號的運算、推理邏輯的迅速發展和對人類大腦的思維形式的研究逐步清晰，人們開始研制具有“智能”的計算機，這是人工智能的基本思想。人工智能（Artificial Intelligence，AI）、人工神經網絡（Artificial Neural Network，ANN）、遺傳算法、邏輯學的高速發展構成了計算機科學發展新趨勢。這些計算機科學的眾多研究熱點在我國國家自然科學、863計劃、攻關項目等均有較大的投入。信息是計算機的源，知識是信息的模型，人工智能是知識挖掘的動力，三者協調發展是非常必要的。
　　二、計算機發展趨勢
　　（一）智能化的超級計算機
　　超高速計算機采用平行處理技術改進計算機結構，可以使計算機系統同時執行多條指令，或同時對多個數據進行處理，進一步提高計算機運行速度。超級計算機通常是由成百數千甚至更多的處理器構成，能完成普通計算機和服務器所不能計算的大型的復雜任務。從超級計算機獲得的數據分析和模擬成果，能推動各個領域高精尖項目的研究與開發，為我們的日常生活帶來更多的便利。
　　（二）新型高性能計算機問世
　　隨著硅芯片技術的高速發展，硅技術越來越接近了其自身的物理發展極限。因此，迫切要求計算機從結構變革，到器件與技術的革命這一系列的技術都要產生一次質的飛躍才行。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機和納米計算機由此應運而生。
　　量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是在量子效應基礎上開發的，利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。量子計算機中的數據用量子位存儲。
　　光子計算機是利用光子取代電子進行數據運算、傳輸及存儲。光子計算機即全光數字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數據，可以對復雜度高、計算量大的任務實現快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數上升。
　　分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。由于分子芯片的原材料是蛋白質分子，所以分子計算機既有自我修復的功能，又可直接與分子活體相聯。預計20年后，分子計算機將進入實用階段。
　　納米計算機是用納米技術研發的新型高性能計算機。納米技術是從20世紀80年代初迅速發展起來的新的前沿科研領域，最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產品。現在納米技術正從微電子機械系統起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構成一個系統。應用納米技術研制的計算機內存芯片，其體積只有數百個原子大小，相當于人的頭發絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計算機，推動計算機行業的快速發展。
　　綜上所述，計算機技術主要朝著三個方向發展：一是向“快”的方向，速度越來越快，性能越來越高，計算機的主頻越來越快；二是向“廣”度方向發展，計算機發展的趨勢無處不在，應用范圍更加廣泛；三是向“深”度方向發展，即向信息的智能化發展。
　　參考文獻：
　　1、張瑞.計算機科學與技術的發展趨勢探析[J].制造業