美國(guó)大學(xué)CS專(zhuān)業(yè)，十四大研究方向詳解

　　1.系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)(System and Network)

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是利用通信設(shè)備和線(xiàn)路將地理位置不同的、功能獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的硬件、軟件及資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)即連接兩臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的系統(tǒng)，此分支方向主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相關(guān)組成硬件，傳輸媒體(光導(dǎo)纖維，同軸電纜，雙絞線(xiàn)的有線(xiàn)傳輸，衛(wèi)星傳輸，紅外線(xiàn)傳輸，激光傳輸，無(wú)線(xiàn)電波等無(wú)線(xiàn)傳輸)，到各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。

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　　2.人工智能與機(jī)器人(Artificial Intelligence and Robotics)

　　主要包括機(jī)器意識(shí)(包括機(jī)器學(xué)習(xí)，知識(shí)表達(dá)與推論，機(jī)器人)，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模擬，動(dòng)力學(xué)計(jì)算，觸覺(jué)控制(haptic control)自然語(yǔ)言習(xí)得與處理，計(jì)算語(yǔ)言學(xué)，統(tǒng)計(jì)語(yǔ)言技術(shù)，自動(dòng)推理，圖形圖像，人機(jī)交互，成像感知與傳感器，概率推論，神經(jīng)估算，計(jì)算機(jī)視覺(jué)，視覺(jué)場(chǎng)景認(rèn)知，模式識(shí)別，人工免疫，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法，小波分析，信息系統(tǒng)以及計(jì)劃，信息提取，制造和控制理論等。

　　3.計(jì)算機(jī)隱私與安全(Privacy and Security)

　　計(jì)算機(jī)安全主要是保護(hù)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)免于濫用和干擾。從過(guò)去的歷史看來(lái)，計(jì)算機(jī)攻擊一般來(lái)說(shuō)包含了攻擊系統(tǒng)的完整性，保密性與可用性。而如今的信息安全技術(shù)一直在發(fā)展中，不單包含了對(duì)上述攻擊的防御，同時(shí)也增加了更多的應(yīng)用，如垃圾郵件，以及防止身份盜用而導(dǎo)致的信息泄露等。

　　4.編程語(yǔ)言(Programming Language)

　　包括開(kāi)發(fā)新型編程語(yǔ)言以助程序員實(shí)用高效地開(kāi)發(fā)可靠的軟件，計(jì)算機(jī)輔助語(yǔ)言學(xué)習(xí)，計(jì)算語(yǔ)言學(xué)，從初階的打字理論，自動(dòng)定理證明，語(yǔ)義學(xué)等發(fā)展到如今的基于語(yǔ)言的途徑以解決計(jì)算機(jī)安全與分布式編程中的重大問(wèn)題，語(yǔ)言應(yīng)用，編程分析與優(yōu)化等，可以從根本上提高軟件可靠性與安全性。

　　5.數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)

　　與數(shù)據(jù)管理相關(guān)的所有方面，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)檢索，數(shù)據(jù)分析和視覺(jué)化，如為超大型數(shù)據(jù)組開(kāi)發(fā)高效算法，為各種新型的應(yīng)用領(lǐng)域建立大型的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，也有與其他領(lǐng)域進(jìn)行跨學(xué)科的研究，可應(yīng)用的領(lǐng)域有電腦游戲設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)隱私與安全等。

　　6.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(Computer Graphics)

　　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(Computer Graphics，簡(jiǎn)稱(chēng)CG)是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。 如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形,以及如何利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的生成、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容。圖形通常由點(diǎn)、線(xiàn)、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線(xiàn)型、線(xiàn)寬等非幾何屬性組成。從處理技術(shù)上來(lái)看，圖形主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是由線(xiàn)條組成的圖形，如工程圖、等高線(xiàn)地圖、曲面的線(xiàn)框圖等，另一類(lèi)是類(lèi)似于照片的明暗圖(Shading)，也就是通常所說(shuō)的真實(shí)感圖形。

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　　7.生物信息學(xué)與計(jì)算生物學(xué)(Bioinformatics and Computational Biology)

　　人類(lèi)基因工程的完成對(duì)現(xiàn)代生物學(xué)中的新型計(jì)算和理論工具提出了新的要求。這些計(jì)算和理論工具對(duì)于分析，理解和控制生命的具體信息都是至關(guān)重要的。生物信息學(xué)與計(jì)算生物學(xué)在此歷史背景下應(yīng)運(yùn)而生。此方向?qū)傩屡d的研究，主要是利用應(yīng)用數(shù)學(xué)，信息學(xué)，統(tǒng)計(jì)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的方法來(lái)研究生物學(xué)的問(wèn)題，因此也需要從事此方向?qū)W習(xí)和研究的學(xué)生有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)背景。目前來(lái)說(shuō)研究方法包括對(duì)生物學(xué)數(shù)據(jù)的搜索(收集和篩選)，處理(編輯，整理，管理和顯示)及利用(計(jì)算和模擬)。

　　8.算法(Algorithm)

　　廣義上面的算法是指為解決一個(gè)問(wèn)題而采取的方法和步驟，而CS下的算法則是指計(jì)算機(jī)為了解決某一個(gè)問(wèn)題或者完成某一個(gè)任務(wù)的一系列清晰的指令。一個(gè)算法的優(yōu)劣可以用空間復(fù)雜度與時(shí)間復(fù)雜度來(lái)衡量�，F(xiàn)代的算法理論主要的研究目的在于如何開(kāi)發(fā)出更加效率的算法，研究相關(guān)的算法的設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

　　9.計(jì)算機(jī)理論(Computer Theory)

　　計(jì)算機(jī)理論，顧名思義，是為計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展與研究提供理論基礎(chǔ)的一門(mén)學(xué)科。這個(gè)課程的學(xué)習(xí)涉及到CS的核心課題，歸納起來(lái)涵蓋了可計(jì)算性、文法與自動(dòng)機(jī)、邏輯學(xué)、復(fù)雜性及語(yǔ)義學(xué)等5個(gè)部分，涉及到可計(jì)算性理論、形式語(yǔ)言、邏輯學(xué)與自動(dòng)演繹、可計(jì)算復(fù)雜性和編程語(yǔ)言的語(yǔ)義等內(nèi)容，并學(xué)習(xí)和研究這些內(nèi)容之間的聯(lián)系。

　　10.科學(xué)計(jì)算(Scientific Computing)

　　科學(xué)計(jì)算，又稱(chēng)為計(jì)算科學(xué)，它的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容和研究領(lǐng)域是利用數(shù)學(xué)模型的構(gòu)造以及數(shù)量分析的技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)分析和解決科學(xué)問(wèn)題。在實(shí)際的應(yīng)用中，科學(xué)計(jì)算經(jīng)常用于計(jì)算機(jī)仿真以及其它各種問(wèn)題的數(shù)學(xué)計(jì)算，包括數(shù)值模擬、模型擬合與數(shù)據(jù)分析以及最優(yōu)化計(jì)算等等。數(shù)值分析(Numerical analysis)，是科學(xué)計(jì)算專(zhuān)業(yè)方向中所會(huì)應(yīng)用到的核心方法。

　　11.軟件工程(Software Engineering)

　　軟件工程是一門(mén)研究用工程化方法構(gòu)建和維護(hù)有效的、實(shí)用的和高質(zhì)量的軟件的學(xué)科。它的目標(biāo)是在時(shí)間、資源、人員這3個(gè)主要限制條件下構(gòu)建滿(mǎn)足用戶(hù)需求的軟件系統(tǒng)，包括提高軟件質(zhì)量設(shè)計(jì)新的形式與結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)新的科技以降低軟件系統(tǒng)的成本、提高軟件的正確性與實(shí)用性。軟件工程的關(guān)注點(diǎn)是如何為用戶(hù)創(chuàng)造價(jià)值。在學(xué)習(xí)內(nèi)容方面它涉及到程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件開(kāi)發(fā)工具、系統(tǒng)平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)模式等方面。

　　12.計(jì)算機(jī)視覺(jué)(Computer Vision)

　　計(jì)算機(jī)視覺(jué)是一門(mén)研究如何使機(jī)器―看‖的科學(xué)，更進(jìn)一步的說(shuō)，就是指用攝影機(jī)和計(jì)算機(jī)代替人眼對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和測(cè)量等機(jī)器視覺(jué)，并進(jìn)一步做圖像處理，用計(jì)算機(jī)處理成為更適合人眼觀(guān)察或傳送給儀器檢測(cè)的圖像。作為一個(gè)科學(xué)學(xué)科，計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究相關(guān)的理論和技術(shù)，試圖建立能夠從圖像或者多維數(shù)據(jù)中獲取―信息‖的人工智能系統(tǒng)。比較經(jīng)典的計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用包括識(shí)別(如在巨大的圖像集合或視頻中尋找包含指定內(nèi)容的所有圖片或視頻片段)、運(yùn)動(dòng)(圖像跟蹤：跟蹤運(yùn)動(dòng)的物體)、場(chǎng)景重建以及圖像恢復(fù)等等。

　　13.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)(Computer Architecture)

　　計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)主要學(xué)習(xí)與研究計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能，以及它們?cè)陔娮蛹夹g(shù)方面的應(yīng)用。抽象來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)系統(tǒng)在其所處環(huán)境中最高層次的概念;它確定了一臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件和軟件之間的銜接。具體地說(shuō)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觀(guān)念與架構(gòu)，描述計(jì)算機(jī)在實(shí)做的設(shè)計(jì)原則。它確定了一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的部件、部件功能以及部件間接口。以常見(jiàn)的馮·諾伊曼設(shè)計(jì)為例，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括了：指令集、微體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示、尋址方式、寄存器定義、指令系統(tǒng)、異常機(jī)制、機(jī)器工作狀態(tài)的定義和切換、輸入輸出結(jié)構(gòu)等。

　　14.人機(jī)交互(Human Computer Interaction)

　　人機(jī)交互，簡(jiǎn)稱(chēng)HCI，是一門(mén)研究人、計(jì)算機(jī)以及它們之間的相互影響的學(xué)科。人機(jī)交互技術(shù)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對(duì)話(huà)的技術(shù)。它包括機(jī)器通過(guò)輸出或顯示設(shè)備給人提供大量有關(guān)信息及提示請(qǐng)示等，人通過(guò)輸入設(shè)備給機(jī)器輸入有關(guān)信息，回答問(wèn)題等。人機(jī)交互技術(shù)是計(jì)算機(jī)用戶(hù)界面設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一。它與認(rèn)知學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域有密切的聯(lián)系。 

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