淺析計算機科學的應用領域

摘 要：隨著科學技術的突飛猛進、推陳出新，服務于人類的方方面面，計算機在其中扮演著非常重要的角色，計算機科學已經滲透到我們涉及到的各個領域，并且推進了各個領域的迅猛發展，在此我就計算機科學應用領域進行歸納和整理。

關鍵詞：計算機；科學；應用；領域

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

1 計算機科學

計算機科學狹義上是指運用計算機進行各種信息的整理和計算，而實際上計算機科學還包括計算機本身硬件的開發與研究、計算機軟件系統的開發與研究、計算機語言編輯的開發與研究，并將這種技術擴展到其他領域實現的人工智能等，都是計算機科學的研究范疇，通常我們把計算機科學劃分為理論科學和實驗科學兩部分。

2 計算機科學的應用領域

計算機科學實際上既包括硬件的理論研究和開發，又包括軟件的設計、計算和開發。計算機學科主要應對四大領域：計算理論，算法與數據結構，編程方法與編程語言，以及計算機元素與架構。其中還包含了社會較為重要的領域如軟件開發、人工智能領域、互聯網智能通信領域、云計算、大數據并行計算、智能翻譯、計算機智能圖形，以及數值和符號計算等。

2.1 理論計算機科學

理論計算機科學從廣義的角度分析包括計算的理論知識和其它專注于更抽象、邏輯與數學方面的計算。理論計算機科學設計的領域有：①自動機論與形式語言理論②程序理論③形式語義學④算法分析和計算復雜性理論。

在人們研究了各種各樣的計算和創立了許許多多的算法之后，為了能夠處理數學基礎遇到的理論問題，即解決存在的問題是否可以通過算法解決，數學邏輯學家開發了一些不同的算法和定義，從而建立了可計算性理論，最終成為了現有的理論計算機科學，即什么能夠被有效地自動計算。

2.2 信息編碼論

信息編碼論與信息和信息量有關，主要是進行信號的處理和搜尋的操作極限，例如壓縮數據的處理、可靠數據的存儲和通訊處理。編碼理論是對一些適宜它們特質的問題進行編碼研究，一般我們應用于數據壓縮領域、密碼領域、糾錯領域、網絡信息編輯領域。

我們研究編碼的目的一般是為了設計出更加高效而且可靠數據傳輸的方法。

2.3 計算方法

計算方法是指非常便捷的計算程序，一般我們設定一個或一組數值作為已知進行輸入，通過預定好的計算程序進行計算，得出一個或一組數值進行輸出。

計算方法是計算機科學研究的一個非常重要的領域，同時也是其他計算機科學領域最基本的運用手段，計算的方法主要包括數據結構、幾何計算、圖形計算等。除此之外，還包括運行模式的匹配、部分數論等。

2.4 程序設計理論

程序設計語言理論主要處理程序設計語言的設計、實現、分析、描述和分類，以及它們的個體特性。

程序設計的基本過程是：對待解決的問題進行分析，定義用戶需求，描述數據和加工過程，再把這種描述細化、編碼，轉換成計算機可以接受的表示形式。如：Visual Basic程序設計理論、C語言程序設計理論等。

2.5 形式化方法

在計算機科學和軟件工程開發領域，形式化方法是在計算科學的特種技術基礎之上，適用于軟件和硬件系統的描述、開發和驗證。我們將形式化方法應用于軟件和硬件的設計，主要是希望能通過計算機手段，結合計算流程加以計算提高設計的可靠性。

采用形式化方法通常只用于開發注重安全性的高度整合的系統，能夠更加精準的找到隱藏的邏輯關系，從而設定出適合的邏輯規則，能夠實現理論體系的嚴密性，也能準確的把握訓練思維，使抽象的思維更加形象化。

2.6 并發，并行和分布式系統

我們一般需要多個計算機相互交互共同執行同一個任務，這種方式叫并行性，所以某些數學模型都創建了并行計算模式，例如Petri網、進程演算和PRAM模型。為了能夠充分發揮多個計算機網絡連接的效用，又創建了分布式系統，實現了同一個分布式系統中的多個計算機可以擁有自己的私有內存，為了完成同一個任務，每個計算機之間可以實現信息的互換。

2.7 數據庫和信息檢索

數據庫的設定是保證能有效、迅速、準確地組織、存儲和檢錯大量的數據提供范圍。主要由數據庫管理系統完成其功能，通過存儲的模型和查詢語言進行檢索完成。

2.8 人工智能

這個計算機科學分支旨在創造可以解決計算問題，以及像動物和人類一樣思考與交流的人造系統。無論是在理論還是應用上，都要求研究者在多個學科領域具備細致的、綜合的專長，用于推動智能研究領域，或者被應用到其它需要計算理解與建模的學科領域。

人工智能在計算機領域內，得到了愈加廣泛的重視。并在機器人，經濟政治決策，控制系統，仿真系統中得到應用。

2.9 機器翻譯

機器翻譯是利用計算機將一種自然語言（源語言）轉換為另一種自然語言（目標語言）的過程。

它涉及計算機、認知科學、語言學、信息論等學科，是人工智能的終極目標之一，既具有科學研究價值又具有重要的實用價值。隨著經濟全球化及互聯網的飛速發展，機器翻譯技術在促進政治、經濟、文化交流等方面起到越來越重要的作用。

2.10 計算機體系結構與工程

計算機系統結構，是計算機的主要功能結構，包括硬件設計、硬件性能、運行程序、編碼設計。

這個領域經常涉及計算機工程和電子工程學科，選擇和互連硬件組件以創造滿足功能、性能和成本目標的計算機。

2.11 計算機安全和密碼學

計算機安全的目標是保護信息免受未經授權的訪問、中斷和修改，同時為系統的預期用戶保持系統的可訪問性和可用性。密碼學是對于隱藏（加密）和破譯（解密）信息的實踐與研究，很多加密和解密算法都是基于它們的計算復雜性。

2.12 軟件工程

軟件工程是對于設計、實現和修改軟件的研究，以確保軟件的高質量、適中的價格、可維護性，以及能夠快速構建。它是一個系統的軟件設計方法，涉及工程實踐到軟件的應用。

通過本文的歸納和整理，我們可以明了計算機科學并不僅僅指的是計算機的應用，還有很多其他的應用領域。

作者簡介：李曉堅（1966-），男，廣西玉林人，副教授，研究方向：計算機應用。