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計算機科學是一門包含各種各樣與計算和信息處理相關主題的系統學科,從抽象的演算法分析、形式化語法等等,到更具體的主題如編程語言、程序設計、軟體和硬體等。作為一門學科,它與數學、計算機程序設計、軟體工程和計算機工程有顯著的不同,卻通常被混淆,儘管這些學科之間存在不同程度的交叉和覆蓋。

基本資料

計算機科學 computer science

  研究計算機及其周圍各種現象和規律的科學,亦即研究計算機系統結構、程序系統(即軟體)、人工智慧以及計算本身的性質和問題的學科。計算機是一種進行算術和邏輯運算的機器,而且對於由若干台計算機聯成的系統而言還有通信問題,並且處理的對象都是信息,因而也可以說,計算機科學是研究信息處理的科學。
計算機科學分為理論計算機科學和實驗計算機科學兩個部分。後者時常稱為「計算機科學」而不冠以「實驗」二字。前者還有其他名稱,如計算理論、計算機理論、計算機科學基礎、計算機科學數學基礎等。在數學文獻中所說的計算機科學,一般是指理論計算機科學。實驗計算機科學還包括有關開闢計算機新的應用領域的研究。

學科起源 

計算機科學中的理論部分在第一台數字計算機出現以前就已存在。20世紀30年代中期,英國數學家A.M.圖靈和美國數學家E.L.波斯特幾乎同時提出了理想計算機的概念(圖靈提出的那種理想機在後來的文獻中稱為圖靈機)。40年代數字計算機產生后,計算技術(即計算機設計技術與程序設計技術)和有關計算機的理論研究開始得到發展。這方面構成了現在所說的理論計算機科學。至於圖靈機理論,則可以看作是這一學科形成前的階段。至於「計算機科學」一詞則到60年代初才出現,此後各國始在大學中設置計算機科學系。

學科內容

  計算機科學是一門年輕的科學,它究竟包括哪些內容,還沒有一致公認的看法。一般認為,計算機科學主要包括理論計算機科學、計算機系統結構、軟體工程的一部分和人工智慧。
  理論計算機科學  理論計算機科學是在20世紀30年代發展起來的。40年代機電的與電子的計算機出現后,關於現實計算機及其程序的數學模型性質的研究以及計算複雜性(早期稱作計算難度)的研究迅速發展起來,形成自動機論、形式語言理論、程序設計理論、演算法設計與分析和計算複雜性理論幾個領域。
  計算機系統結構  50年代以來,計算機的性能在計算速度和編址空間方面已提高了幾個數量級。但大部分是通過元件更新而獲得的。在系統結構方面基本上仍是屬於40年代後期形成的存儲程序型,即所謂諾伊曼型機器。這種結構的主要特點是它屬於控制流型。在這種結構中,一項計算先做什麼后做什麼是事先確定了的,程序中指令的順序是事先確定了的。為了在計算機的性能方面取得大的進展,需要突破這種舊的形式。計算機系統結構方面的重要課題之一,是探索非諾伊曼型機器的設計思想。
  在非諾伊曼型機器中,有一種是70年代初提出的數據流機器(又名數據驅動機器)。美國、蘇聯和英國都已製成這種機器。這種機器的特點是,在一項計算中先做什麼后做什麼不是事先確定,所執行的指令是動態排序的。排序的原則是操作數已準備就緒的先做,因而稱作數據驅動機器。這種類型的機器更便於實現并行計算。

軟體工程 

   程序設計在相當長的時間內是一種類似「手藝」而不是類似現代工程的技術。60年代以來出現了大程序。這些大程序的可靠性很難保證。到60年代後期,西方國家出現了「軟體危機」。這是指有些程序過於龐大(包含幾十萬條以至幾百萬條指令),成本過高而可靠性則比較差。於是提出了軟體工程的概念,目的在於使軟體開發遵守嚴格的規範,使用一套可靠的方法,從而保證質量。
  現代軟體工程的方向是形式化和自動化,而形式化的目的在於自動化。這裡所說的自動化就是將程序設計中可以由機器來完成的工作,盡量交給機器去做。中心課題之一是程序工具和環境的研究。://www.hudong.com/wiki/%E7%BC%96%E8%AF%91%E7%A8%8B%E5%BA%8F" class=innerlink>編譯程序、編輯程序、排錯程序等;程序環境則是指一套結合起來使用的用來輔助人編程序的程序工具。
  人工智慧  用計算機模擬人的智能,特別是模擬思維活動的技術及其有關理論。由於人的思維活動離不開語言,而且人對於某一類問題進行思索和探索解法時,總是需要以關於這一類問題的基本知識(專業知識或常識)作為出發點。於是,知識表示和機器對自然語言的理解就構成人工智慧的兩個重要領域。所謂知識表示,是指將原來用自然語言表示的知識轉換成用符號語言表示的,從而可以儲存在機器內供機器使用的知識。
  人工智慧的研究角度有探索法的角度和演算法的角度。通常所說的解題演算法是指機械的和總是有結果的方法,而這裡所說的演算法卻是廣義的,包括那些機械的而在使用時不一定有結果的演算法。這種方法時常稱作半可判定的方法。
  人在解決問題時,時常採用探索法。這種方法具有「試錯法」的性質,也就是說,試驗若干條途徑,一條路走不通時再試另一條,直到問題得到解決時為止。機器可以模擬人用探索法解題的思維活動。但由於可能途徑的數目非常之大,不可能進行窮舉式的探索。人一般是只選出一些最有希望得到結果的途徑去進行探索。人的這種能力,就是進行創造性思維的能力。這是機器極難模擬的事情。
  採用演算法角度,使用特定的解題演算法或半可判定的方法時,會遇到另一方面的困難。那就是當問題的複雜程度較高時(比如說是指數的),即使問題是有結果的,機器也無法在實際可行的時間內得到結果。在計算機出現的初期,人們曾寄希望於機器的高速度,以為在模擬人的思維時,機器可能用它的高速度來換取它所不具有的創造性思維。但通過「組合性爆炸」問題(「組合性爆炸」是指一些組合數學中的問題,在參數增大時,計算時間的增長率時常是指數的,甚至高於指數),人們認識到,單純靠速度不能繞過組合性爆炸所產生的障礙。有無辦法來克服這種困難,尚有待於進一步研究。
  與其他學科的關係 計算機是由物理元件構成的,迄今主要是由電子元件構成的。因此,物理學的一些分支和電子工程便構成計算機科學的基礎。同時,計算機科學在一定意義上是演算法的科學,而演算法是一個數學概念。因此,數學的某些分支如演算法理論(即可算性理論,又名遞歸函數論)也構成計算機科學的基礎。 
   但計算機科學已發展成為一門獨立的技術科學,既不是電子學的一個分支,也不是數學的一個分支。這是就這個學科的整體而言。至於理論計算機科學,由於它可以看作是計算機科學的數學基礎,在一定意義上,可以看作是數學的一個分支。
  另一個與計算機科學有密切關係的學科是控制論。控制論作為應用數學方法來研究機械系統和生命系統中的控制和通信現象的學科,同計算機科學有內容上的交叉,但後者不是它的一部分。
  自從40年代製成數字計算機以來,計算機的性能有了很大的提高。但在系統結構方面變化不大。一些計算技術發達國家正在研製新一代的計算機。這種計算機的系統結構將與過去40年的機器很不相同,所用的程序設計語言也將是新型的。
計算機科學將研究由此出現的新問題,如有關并行計算的問題。對計算的數學性質的研究大都還是關於串列計算的,對并行計算性質的研究自70年代才發展起來,預計將成為計算機科學的中心課題之一。
  另一個問題是程序設計的自動化問題。在程序設計方面,明顯的趨勢是將機器能做的盡量交給機器去做。程序環境的研究構成了軟體工程的一個中心課題。形式化方法越來越受到重視,因為它是提高自動化程度所必需的。

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1 計算機科學 -專業介紹

培養目標   本專業培養德、智、體全面發展,具有計算機應用技術的基礎理論知識,具備計算機及相關設備的維護與維修、行業應用軟體、平面圖像處理、廣告設計製作、動畫製作、計算機網路及網站建設與管理、資料庫管理與維護等應用能力和操作能力的高等技術應用性人才。

主要課程 

 計算機應用基礎、計算機組裝與維護、計算機區域網絡的建設與管理、網路工程、操作系統、伺服器、資料庫的開發與應用、網站建設與網頁設計、C/C++語言、Visual Basic語言、平面設計、3D圖形設計、多媒體設計、專業英語。

就業方向   畢業生主要面向交通系統各單位、交通信息化與電子政務建設與應用部門、各類計算機專業化公司、廣告設計製作公司、汽車營銷技術服務等從事IT行業工作。

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