計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

張利峰

當(dāng)今世界各產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展速度也在提高，為當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了巨大幫助。有關(guān)調(diào)查研究表明，目前計(jì)算機(jī)技術(shù)已深入到了人門日常生活、工作學(xué)習(xí)的各個(gè)方面，對(duì)推動(dòng)人類生活方式產(chǎn)生了巨大影響。

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷史已經(jīng)有60余年，在當(dāng)今世界占據(jù)了非常關(guān)鍵的戰(zhàn)略地位。這里對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r加以分析，并以Python計(jì)算機(jī)技術(shù)為主要講解案例，指出當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)同時(shí)兼顧的計(jì)算機(jī)專業(yè)寬口徑學(xué)科，意在培養(yǎng)具備優(yōu)秀的科學(xué)素養(yǎng)，具備主動(dòng)學(xué)習(xí)科學(xué)意識(shí)與創(chuàng)造意識(shí)，以科研型與工程技術(shù)型相結(jié)合的計(jì)算機(jī)專業(yè)高素質(zhì)技術(shù)人才。在企業(yè)管理工作中通過對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)加以合理運(yùn)用，不但能夠提高日常工作的便利性，還能夠大大提高效率。如在人工管理中，通過對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的合理運(yùn)用，就能夠避免產(chǎn)生遺漏，從而大大提高管理的準(zhǔn)確度。中國(guó)的電腦科技的發(fā)展還處于相對(duì)初級(jí)階段，有一些問題需要克服與完善，提升計(jì)算機(jī)的應(yīng)用率是當(dāng)前電腦技術(shù)人員的工作任務(wù)。

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

第一，多極化。受經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)的影響，計(jì)算機(jī)科學(xué)在各領(lǐng)域中都獲得了有效運(yùn)用，而各個(gè)領(lǐng)域在計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用方面所提供的需求具有多樣性，從而導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的多極化發(fā)展趨勢(shì)。

第二，智能化。隨著社會(huì)現(xiàn)代化的進(jìn)步與發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)表現(xiàn)出了鮮明的現(xiàn)代化特征，能夠更好地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需要，從而得到了有效突破。

第三，網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的主要特征，也是最主要的發(fā)展趨勢(shì)，可以為信息資源共享帶來(lái)有效方式。

第四，多媒體技術(shù)化。多媒體技術(shù)是目前廣受重視的技術(shù)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中融入了多媒體技術(shù)，就能夠在各種信息系統(tǒng)中形成有效聯(lián)系，并構(gòu)建起具有人機(jī)交互特性的新系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的功能。

從改革開放至今，我國(guó)的電腦用戶數(shù)量在持續(xù)地增加，使用的程度也在日益增強(qiáng)。如何使計(jì)算機(jī)技術(shù)越來(lái)越高級(jí)，就要求計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)人員加深探索。計(jì)算機(jī)技術(shù)的主要研究重點(diǎn)為計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、人工智能技術(shù)及其算法等領(lǐng)域。要將計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到日常生活中去，首先要弄清楚哪些是計(jì)算機(jī)程序能做的事、怎樣使程序能做更多的事、以及數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)問題與數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)問題。數(shù)據(jù)的智能化以及對(duì)人機(jī)交流的研究，都是計(jì)算機(jī)技術(shù)研究的重要領(lǐng)域。而計(jì)算機(jī)技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下3個(gè)特點(diǎn)：高、廣、深。將來(lái)計(jì)算的整體性能會(huì)愈來(lái)愈高，不僅體現(xiàn)在芯片的高頻率上，而是更加體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總體性能上。將來(lái)電子計(jì)算機(jī)會(huì)逐漸滲透到人類生活的方方面面，它將會(huì)成為人類最普遍的生活必需品。

下一個(gè)計(jì)算機(jī)時(shí)代將向信息收集和應(yīng)用的高度智能化方向發(fā)展，電腦的內(nèi)部程序?qū)?huì)更加復(fù)雜化，自動(dòng)化機(jī)器人的頭腦會(huì)堪比人類大腦。更發(fā)達(dá)的電子計(jì)算機(jī)將是建設(shè)現(xiàn)代社會(huì)的重要助力。

Python

Python由荷語(yǔ)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)理論研究學(xué)會(huì)的Guido VAN Rossum所創(chuàng)建，第一版發(fā)表于1991年，它既是貝瑞計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的后繼者，也是一個(gè)采用了傳統(tǒng)中綴表示的LISP方言。Python提供了簡(jiǎn)潔有效的高級(jí)數(shù)據(jù)分析架構(gòu)外，還能夠簡(jiǎn)潔有效地面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。Python編程語(yǔ)言和動(dòng)態(tài)分類，包括解釋型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的本質(zhì)，使它能夠作為在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上編寫腳本并迅速發(fā)布應(yīng)用的編程語(yǔ)言，由于版本的不斷更新并且編程語(yǔ)言創(chuàng)新功能的增加，逐漸被用作獨(dú)立的、大型項(xiàng)目的開發(fā)。Python支持各種編程語(yǔ)言范型，包括函數(shù)式、指令式、結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο笠约胺瓷湫途幊獭ython解釋器容易擴(kuò)充，并且能夠使用C或C++（或是任何能夠透過C調(diào)用的編程語(yǔ)言）擴(kuò)充新的功用與種類，因此Python也能夠作為可定制化軟體中的擴(kuò)充編程語(yǔ)言。

Python還具有動(dòng)態(tài)類型操作系統(tǒng)和垃圾處理的功能，并可以手動(dòng)管理內(nèi)存應(yīng)用，同時(shí)其自身還具有一種強(qiáng)大且廣泛的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，并提供了適合于所有主要操作系統(tǒng)平臺(tái)的源代碼或機(jī)器碼。自20世紀(jì)90年代的初期Python編程語(yǔ)言的問世，它就一直被人們運(yùn)用于企業(yè)系統(tǒng)中的信息處理和網(wǎng)絡(luò)編程。Python的創(chuàng)始人Guido VAN Rossum之所以選擇了Python（大蟒蛇的含義）成為該程式語(yǔ)言的第一個(gè)名字，是源自20世紀(jì)70年代在英國(guó)所播放過的一部電視喜劇片《蒙提·派森干的空中馬戲團(tuán)（Monty Python’s Flying Circus）》。ABC語(yǔ)言是一種由Guido參加設(shè)計(jì)開發(fā)的一種交互式教學(xué)程序的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。就拿Guido自己來(lái)說(shuō)，ABC這種程式語(yǔ)言已經(jīng)非常的先進(jìn)和偉大了，是用于為非專業(yè)的技術(shù)程序人員專門設(shè)計(jì)的。不過ABC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)句卻一直不能完成，究其原因，Guido認(rèn)為是其非公開導(dǎo)致的，于是Guido就決定從Python中解決了這一問題。同樣，他還想要完成在ABC中曾經(jīng)閃現(xiàn)過而沒有完成的事情，因此，Python從Guido那里出現(xiàn)了，也可以說(shuō)，Python在ABC中迅速發(fā)展壯大了起來(lái)，并且它首先就受到了Modula-3（一種非常優(yōu)秀且巨大的編程語(yǔ)言的影響，而且融合了Unix的shell和C語(yǔ)言的習(xí)慣，現(xiàn)在已經(jīng)變成了最廣受歡迎的編程語(yǔ)言之一。

自2004年以后，Python的使用量一直呈現(xiàn)線性上升，在2011年1月，被TIOBE的編程語(yǔ)言排行榜中列入了2010年編程語(yǔ)言。

基于Python編程語(yǔ)言的簡(jiǎn)單性、易懂性和擴(kuò)展，在海外采用Python做科學(xué)計(jì)算的研發(fā)機(jī)構(gòu)也越來(lái)越多，部分國(guó)際著名高校也開始采用Python編程語(yǔ)言來(lái)教授編程課。如美國(guó)卡耐基梅隆學(xué)院的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)技術(shù)與程序?qū)д摱嗖捎昧薖ython編程語(yǔ)言教學(xué)。2018年3月，該語(yǔ)言作者在郵件列表上聲明Python2.7將在2020年1月1日后停止支援。使用者若希望在這個(gè)時(shí)間以后繼續(xù)獲得Python2.7相關(guān)的功能，則必須付費(fèi)給供應(yīng)商。隨著Python 2的產(chǎn)品壽命結(jié)束，只有Python 3.9和后續(xù)版本正在被完全支持，但仍提供對(duì)3.6、3.7和3.8版本的安全性修正。

Python一直在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上保持著簡(jiǎn)潔清晰的設(shè)計(jì)風(fēng)格，這也讓Python變成了一個(gè)容易讀、易于維護(hù)以及被大部分使用者所喜愛的、使用廣泛的編程語(yǔ)言。

談起科學(xué)計(jì)算，第一個(gè)會(huì)被提及的大概就是Matlab。但是，除了Matlab部分專業(yè)性很強(qiáng)的工具箱功能還無(wú)法被替換以外，Matlab的很多常見功能都可從Python世界中得到相關(guān)的擴(kuò)展庫(kù)。與Matlab一樣，使用Python做科學(xué)計(jì)算有以下好處。首先，Matlab是一款商務(wù)軟件，而且價(jià)格不菲，而由于Python絕對(duì)免費(fèi)，且諸多開源的科學(xué)與統(tǒng)計(jì)庫(kù)都給出了對(duì)Python的調(diào)用連接。因此用戶可在所有電腦上免費(fèi)安裝Python及其大部分的擴(kuò)展庫(kù)。

其次，和Matlab比較，Python是一種更易學(xué)、更嚴(yán)格的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)句，它也可以讓用戶編寫出更易讀、易維修的代碼。

最后，Matlab將重點(diǎn)注重于工程技術(shù)與科學(xué)的計(jì)算。但是即便在計(jì)算應(yīng)用的領(lǐng)域中，也往往會(huì)面臨著文檔數(shù)據(jù)管理、界面設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信等多個(gè)要求。而由于Python擁有大量的擴(kuò)展庫(kù)，能夠輕易滿足多個(gè)高端功能，因此開發(fā)者往往能夠利用Python來(lái)實(shí)現(xiàn)并完善應(yīng)用所需要的多種功能。

Python的產(chǎn)品設(shè)計(jì)哲理是高效、明晰、簡(jiǎn)潔。所以，Perl編程語(yǔ)言中“總能有幾種辦法來(lái)做同一項(xiàng)事”的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念在 Python開發(fā)人員中往往無(wú)法接受。Python開發(fā)人員的哲理是“用一個(gè)辦法，盡量只做一項(xiàng)事”。所以在產(chǎn)品設(shè)時(shí)，如果存在著多個(gè)選項(xiàng)，Python開發(fā)人員往往都會(huì)摒棄花俏的語(yǔ)句，而選用更加明晰的、沒有甚至極少有歧義的語(yǔ)句。Python自身也被設(shè)定為可擴(kuò)充的，不是將全部的特征和性能都整合在語(yǔ)言內(nèi)核。Python中采用了大量的API和開發(fā)工具，使得程序員們都可以很簡(jiǎn)單地通過C編程語(yǔ)言、C++、Cython來(lái)創(chuàng)建擴(kuò)充模型。而Python編輯器自己也可能被整合在其他需要腳本語(yǔ)言的編程中。為此，許多人還將Python當(dāng)成一個(gè)“膠水語(yǔ)言（glue language）”來(lái)應(yīng)用。通過Python可以把用任何編程語(yǔ)言寫的程式加以整合和包裝。在Google里面的許多工作，比如Google Engine用C++寫了功能需求極高的組件，之后再用Python或Java/Go調(diào)整相關(guān)的模組。《Python技能使用手冊(cè)》的作家馬特利（Alex Martelli）表示：“這還很難說(shuō)，在2004年，由于Python技能已在Google里面廣泛運(yùn)用，所以Google召募了一些Python高手，但在此就已經(jīng)確定采用Python，他們的主要目的就是Python where we Can，C++where we must，在操控硬件的場(chǎng)景采用C++，而在快速的時(shí)候采用Python。”

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前景及趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)科學(xué)的高速發(fā)展，對(duì)開發(fā)新興的計(jì)算機(jī)科學(xué)產(chǎn)生了重要的促進(jìn)作用，加速了對(duì)量子計(jì)算機(jī)技術(shù)和納米科技的研究。

新型的高性能電子計(jì)算機(jī)，以及智能電腦的普及是目前電腦科技的主要發(fā)展趨勢(shì)。在將來(lái)，電腦科技將遍及全球的所有角落，人們?cè)诩抑芯湍軌蚪邮艿絹?lái)自全球不同地方的資訊，而透過攝像頭能夠身臨其境地到各個(gè)旅游點(diǎn)欣賞景色，極大地豐富了人類的日常生活，開闊了人類的眼界。隨著電腦科技的不斷提升，人類將接觸到優(yōu)質(zhì)、高性能的生活。總的來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展可以大致分為以下幾方面。

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)更加智能

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展將會(huì)越來(lái)越趨向于更加智能，通過技術(shù)的革新，計(jì)算機(jī)就會(huì)以更加自然、更多種的方式和人類進(jìn)行有效連接。目前，就許多高級(jí)計(jì)算機(jī)而言，已經(jīng)能智能地進(jìn)行簡(jiǎn)單的家務(wù)，甚至還可以與主人進(jìn)行聊天。在未來(lái)，計(jì)算機(jī)可以同時(shí)處理更復(fù)雜的運(yùn)算，擁有多個(gè)處理器共同處理，根據(jù)不同的指令，進(jìn)行更加復(fù)雜的任務(wù)。另外，會(huì)更加人性化，幫助人類解決一些人類現(xiàn)在還辦不了的事情，比如一些具有極大危險(xiǎn)和困難的工作，人可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作機(jī)器就解決問題。

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的更加無(wú)線化

人類從未停止追求自由的腳步，科技也不例外。以前的電視機(jī)沒有遙控器等設(shè)備，現(xiàn)在電視機(jī)可以運(yùn)用遙控裝置，甚至還可以直接連接無(wú)線，在距離很遠(yuǎn)的地方還可以用手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。之前只有臺(tái)式電腦，不能移動(dòng)，而且需要插很多線，而現(xiàn)在有了筆記本電腦，可以直接隨身帶。在未來(lái)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展只會(huì)讓人類的活動(dòng)更加自由，不會(huì)局限在一個(gè)地方。無(wú)線化的發(fā)展，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域會(huì)得到充分的利用。

電腦為人類的日常生活提供了方便，隨著計(jì)算機(jī)的水平日益提高，人類的生活質(zhì)量也出現(xiàn)了變化。不管醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、工業(yè)，或是餐飲和娛樂業(yè)等，都和計(jì)算機(jī)具有莫大的聯(lián)系。而近年來(lái)，由于人工智能的水平大大提升了，人類已開始追求著更高品質(zhì)的日常生活，也重視起了保健和娛樂，因此手機(jī)和個(gè)人電腦也成為了人類的左膀右臂。在信息化時(shí)代，人類社會(huì)對(duì)技術(shù)的需求將變得愈來(lái)愈高，而計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)在各個(gè)方向的發(fā)展，都必須和各應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展相適應(yīng)，才能更好地推動(dòng)人類社會(huì)不斷發(fā)展。