淺析計(jì)算機(jī)科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)、推陳出新，服務(wù)于人類的方方面面，計(jì)算機(jī)在其中扮演著非常重要的角色，計(jì)算機(jī)科學(xué)已經(jīng)滲透到我們涉及到的各個(gè)領(lǐng)域，并且推進(jìn)了各個(gè)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，在此我就計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行歸納和整理。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；科學(xué)；應(yīng)用；領(lǐng)域

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.141

1 計(jì)算機(jī)科學(xué)

計(jì)算機(jī)科學(xué)狹義上是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種信息的整理和計(jì)算，而實(shí)際上計(jì)算機(jī)科學(xué)還包括計(jì)算機(jī)本身硬件的開發(fā)與研究、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的開發(fā)與研究、計(jì)算機(jī)語言編輯的開發(fā)與研究，并將這種技術(shù)擴(kuò)展到其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的人工智能等，都是計(jì)算機(jī)科學(xué)的研究范疇，通常我們把計(jì)算機(jī)科學(xué)劃分為理論科學(xué)和實(shí)驗(yàn)科學(xué)兩部分。

2 計(jì)算機(jī)科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)際上既包括硬件的理論研究和開發(fā)，又包括軟件的設(shè)計(jì)、計(jì)算和開發(fā)。計(jì)算機(jī)學(xué)科主要應(yīng)對四大領(lǐng)域：計(jì)算理論，算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，編程方法與編程語言，以及計(jì)算機(jī)元素與架構(gòu)。其中還包含了社會較為重要的領(lǐng)域如軟件開發(fā)、人工智能領(lǐng)域、互聯(lián)網(wǎng)智能通信領(lǐng)域、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)并行計(jì)算、智能翻譯、計(jì)算機(jī)智能圖形，以及數(shù)值和符號計(jì)算等。

2.1 理論計(jì)算機(jī)科學(xué)

理論計(jì)算機(jī)科學(xué)從廣義的角度分析包括計(jì)算的理論知識和其它專注于更抽象、邏輯與數(shù)學(xué)方面的計(jì)算。理論計(jì)算機(jī)科學(xué)設(shè)計(jì)的領(lǐng)域有：①自動(dòng)機(jī)論與形式語言理論②程序理論③形式語義學(xué)④算法分析和計(jì)算復(fù)雜性理論。

在人們研究了各種各樣的計(jì)算和創(chuàng)立了許許多多的算法之后，為了能夠處理數(shù)學(xué)基礎(chǔ)遇到的理論問題，即解決存在的問題是否可以通過算法解決，數(shù)學(xué)邏輯學(xué)家開發(fā)了一些不同的算法和定義，從而建立了可計(jì)算性理論，最終成為了現(xiàn)有的理論計(jì)算機(jī)科學(xué)，即什么能夠被有效地自動(dòng)計(jì)算。

2.2 信息編碼論

信息編碼論與信息和信息量有關(guān)，主要是進(jìn)行信號的處理和搜尋的操作極限，例如壓縮數(shù)據(jù)的處理、可靠數(shù)據(jù)的存儲和通訊處理。編碼理論是對一些適宜它們特質(zhì)的問題進(jìn)行編碼研究，一般我們應(yīng)用于數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域、密碼領(lǐng)域、糾錯(cuò)領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)信息編輯領(lǐng)域。

我們研究編碼的目的一般是為了設(shè)計(jì)出更加高效而且可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?/p>

2.3 計(jì)算方法

計(jì)算方法是指非常便捷的計(jì)算程序，一般我們設(shè)定一個(gè)或一組數(shù)值作為已知進(jìn)行輸入，通過預(yù)定好的計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，得出一個(gè)或一組數(shù)值進(jìn)行輸出。

計(jì)算方法是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的一個(gè)非常重要的領(lǐng)域，同時(shí)也是其他計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域最基本的運(yùn)用手段，計(jì)算的方法主要包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、幾何計(jì)算、圖形計(jì)算等。除此之外，還包括運(yùn)行模式的匹配、部分?jǐn)?shù)論等。

2.4 程序設(shè)計(jì)理論

程序設(shè)計(jì)語言理論主要處理程序設(shè)計(jì)語言的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、分析、描述和分類，以及它們的個(gè)體特性。

程序設(shè)計(jì)的基本過程是：對待解決的問題進(jìn)行分析，定義用戶需求，描述數(shù)據(jù)和加工過程，再把這種描述細(xì)化、編碼，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的表示形式。如：Visual Basic程序設(shè)計(jì)理論、C語言程序設(shè)計(jì)理論等。

2.5 形式化方法

在計(jì)算機(jī)科學(xué)和軟件工程開發(fā)領(lǐng)域，形式化方法是在計(jì)算科學(xué)的特種技術(shù)基礎(chǔ)之上，適用于軟件和硬件系統(tǒng)的描述、開發(fā)和驗(yàn)證。我們將形式化方法應(yīng)用于軟件和硬件的設(shè)計(jì)，主要是希望能通過計(jì)算機(jī)手段，結(jié)合計(jì)算流程加以計(jì)算提高設(shè)計(jì)的可靠性。

采用形式化方法通常只用于開發(fā)注重安全性的高度整合的系統(tǒng)，能夠更加精準(zhǔn)的找到隱藏的邏輯關(guān)系，從而設(shè)定出適合的邏輯規(guī)則，能夠?qū)崿F(xiàn)理論體系的嚴(yán)密性，也能準(zhǔn)確的把握訓(xùn)練思維，使抽象的思維更加形象化。

2.6 并發(fā)，并行和分布式系統(tǒng)

我們一般需要多個(gè)計(jì)算機(jī)相互交互共同執(zhí)行同一個(gè)任務(wù)，這種方式叫并行性，所以某些數(shù)學(xué)模型都創(chuàng)建了并行計(jì)算模式，例如Petri網(wǎng)、進(jìn)程演算和PRAM模型。為了能夠充分發(fā)揮多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的效用，又創(chuàng)建了分布式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了同一個(gè)分布式系統(tǒng)中的多個(gè)計(jì)算機(jī)可以擁有自己的私有內(nèi)存，為了完成同一個(gè)任務(wù)，每個(gè)計(jì)算機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)信息的互換。

2.7 數(shù)據(jù)庫和信息檢索

數(shù)據(jù)庫的設(shè)定是保證能有效、迅速、準(zhǔn)確地組織、存儲和檢錯(cuò)大量的數(shù)據(jù)提供范圍。主要由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成其功能，通過存儲的模型和查詢語言進(jìn)行檢索完成。

2.8 人工智能

這個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)分支旨在創(chuàng)造可以解決計(jì)算問題，以及像動(dòng)物和人類一樣思考與交流的人造系統(tǒng)。無論是在理論還是應(yīng)用上，都要求研究者在多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域具備細(xì)致的、綜合的專長，用于推動(dòng)智能研究領(lǐng)域，或者被應(yīng)用到其它需要計(jì)算理解與建模的學(xué)科領(lǐng)域。

人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)，得到了愈加廣泛的重視。并在機(jī)器人，經(jīng)濟(jì)政治決策，控制系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

2.9 機(jī)器翻譯

機(jī)器翻譯是利用計(jì)算機(jī)將一種自然語言（源語言）轉(zhuǎn)換為另一種自然語言（目標(biāo)語言）的過程。

它涉及計(jì)算機(jī)、認(rèn)知科學(xué)、語言學(xué)、信息論等學(xué)科，是人工智能的終極目標(biāo)之一，既具有科學(xué)研究價(jià)值又具有重要的實(shí)用價(jià)值。隨著經(jīng)濟(jì)全球化及互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，機(jī)器翻譯技術(shù)在促進(jìn)政治、經(jīng)濟(jì)、文化交流等方面起到越來越重要的作用。

2.10 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與工程

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是計(jì)算機(jī)的主要功能結(jié)構(gòu)，包括硬件設(shè)計(jì)、硬件性能、運(yùn)行程序、編碼設(shè)計(jì)。

這個(gè)領(lǐng)域經(jīng)常涉及計(jì)算機(jī)工程和電子工程學(xué)科，選擇和互連硬件組件以創(chuàng)造滿足功能、性能和成本目標(biāo)的計(jì)算機(jī)。

2.11 計(jì)算機(jī)安全和密碼學(xué)

計(jì)算機(jī)安全的目標(biāo)是保護(hù)信息免受未經(jīng)授權(quán)的訪問、中斷和修改，同時(shí)為系統(tǒng)的預(yù)期用戶保持系統(tǒng)的可訪問性和可用性。密碼學(xué)是對于隱藏（加密）和破譯（解密）信息的實(shí)踐與研究，很多加密和解密算法都是基于它們的計(jì)算復(fù)雜性。

2.12 軟件工程

軟件工程是對于設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和修改軟件的研究，以確保軟件的高質(zhì)量、適中的價(jià)格、可維護(hù)性，以及能夠快速構(gòu)建。它是一個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法，涉及工程實(shí)踐到軟件的應(yīng)用。

通過本文的歸納和整理，我們可以明了計(jì)算機(jī)科學(xué)并不僅僅指的是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，還有很多其他的應(yīng)用領(lǐng)域。

作者簡介：李曉堅(jiān)（1966-），男，廣西玉林人，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。