浅析计算机科学的应用领域

摘 要：随着科学技术的突飞猛进、推陈出新，服务于人类的方方面面，计算机在其中扮演着非常重要的角色，计算机科学已经渗透到我们涉及到的各个领域，并且推进了各个领域的迅猛发展，在此我就计算机科学应用领域进行归纳和整理。

关键词：计算机；科学；应用；领域

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

1 计算机科学

计算机科学狭义上是指运用计算机进行各种信息的整理和计算，而实际上计算机科学还包括计算机本身硬件的开发与研究、计算机软件系统的开发与研究、计算机语言编辑的开发与研究，并将这种技术扩展到其他领域实现的人工智能等，都是计算机科学的研究范畴，通常我们把计算机科学划分为理论科学和实验科学两部分。

2 计算机科学的应用领域

计算机科学实际上既包括硬件的理论研究和开发，又包括软件的设计、计算和开发。计算机学科主要应对四大领域：计算理论，算法与数据结构，编程方法与编程语言，以及计算机元素与架构。其中还包含了社会较为重要的领域如软件开发、人工智能领域、互联网智能通信领域、云计算、大数据并行计算、智能翻译、计算机智能图形，以及数值和符号计算等。

2.1 理论计算机科学

理论计算机科学从广义的角度分析包括计算的理论知识和其它专注于更抽象、逻辑与数学方面的计算。理论计算机科学设计的领域有：①自动机论与形式语言理论②程序理论③形式语义学④算法分析和计算复杂性理论。

在人们研究了各种各样的计算和创立了许许多多的算法之后，为了能够处理数学基础遇到的理论问题，即解决存在的问题是否可以通过算法解决，数学逻辑学家开发了一些不同的算法和定义，从而建立了可计算性理论，最终成为了现有的理论计算机科学，即什么能够被有效地自动计算。

2.2 信息编码论

信息编码论与信息和信息量有关，主要是进行信号的处理和搜寻的操作极限，例如压缩数据的处理、可靠数据的存储和通讯处理。编码理论是对一些适宜它们特质的问题进行编码研究，一般我们应用于数据压缩领域、密码领域、纠错领域、网络信息编辑领域。

我们研究编码的目的一般是为了设计出更加高效而且可靠数据传输的方法。

2.3 计算方法

计算方法是指非常便捷的计算程序，一般我们设定一个或一组数值作为已知进行输入，通过预定好的计算程序进行计算，得出一个或一组数值进行输出。

计算方法是计算机科学研究的一个非常重要的领域，同时也是其他计算机科学领域最基本的运用手段，计算的方法主要包括数据结构、几何计算、图形计算等。除此之外，还包括运行模式的匹配、部分数论等。

2.4 程序设计理论

程序设计语言理论主要处理程序设计语言的设计、实现、分析、描述和分类，以及它们的个体特性。

程序设计的基本过程是：对待解决的问题进行分析，定义用户需求，描述数据和加工过程，再把这种描述细化、编码，转换成计算机可以接受的表示形式。如：Visual Basic程序设计理论、C语言程序设计理论等。

2.5 形式化方法

在计算机科学和软件工程开发领域，形式化方法是在计算科学的特种技术基础之上，适用于软件和硬件系统的描述、开发和验证。我们将形式化方法应用于软件和硬件的设计，主要是希望能通过计算机手段，结合计算流程加以计算提高设计的可靠性。

采用形式化方法通常只用于开发注重安全性的高度整合的系统，能够更加精准的找到隐藏的逻辑关系，从而设定出适合的逻辑规则，能够实现理论体系的严密性，也能准确的把握训练思维，使抽象的思维更加形象化。

2.6 并发，并行和分布式系统

我们一般需要多个计算机相互交互共同执行同一个任务，这种方式叫并行性，所以某些数学模型都创建了并行计算模式，例如Petri网、进程演算和PRAM模型。为了能够充分发挥多个计算机网络连接的效用，又创建了分布式系统，实现了同一个分布式系统中的多个计算机可以拥有自己的私有内存，为了完成同一个任务，每个计算机之间可以实现信息的互换。

2.7 数据库和信息检索

数据库的设定是保证能有效、迅速、准确地组织、存储和检错大量的数据提供范围。主要由数据库管理系统完成其功能，通过存储的模型和查询语言进行检索完成。

2.8 人工智能

这个计算机科学分支旨在创造可以解决计算问题，以及像动物和人类一样思考与交流的人造系统。无论是在理论还是应用上，都要求研究者在多个学科领域具备细致的、综合的专长，用于推动智能研究领域，或者被应用到其它需要计算理解与建模的学科领域。

人工智能在计算机领域内，得到了愈加广泛的重视。并在机器人，经济政治决策，控制系统，仿真系统中得到应用。

2.9 机器翻译

机器翻译是利用计算机将一种自然语言（源语言）转换为另一种自然语言（目标语言）的过程。

它涉及计算机、认知科学、语言学、信息论等学科，是人工智能的终极目标之一，既具有科学研究价值又具有重要的实用价值。随着经济全球化及互联网的飞速发展，机器翻译技术在促进政治、经济、文化交流等方面起到越来越重要的作用。

2.10 计算机体系结构与工程

计算机系统结构，是计算机的主要功能结构，包括硬件设计、硬件性能、运行程序、编码设计。

这个领域经常涉及计算机工程和电子工程学科，选择和互连硬件组件以创造满足功能、性能和成本目标的计算机。

2.11 计算机安全和密码学

計算机安全的目标是保护信息免受未经授权的访问、中断和修改，同时为系统的预期用户保持系统的可访问性和可用性。密码学是对于隐藏（加密）和破译（解密）信息的实践与研究，很多加密和解密算法都是基于它们的计算复杂性。

2.12 软件工程

软件工程是对于设计、实现和修改软件的研究，以确保软件的高质量、适中的价格、可维护性，以及能够快速构建。它是一个系统的软件设计方法，涉及工程实践到软件的应用。

通过本文的归纳和整理，我们可以明了计算机科学并不仅仅指的是计算机的应用，还有很多其他的应用领域。

作者简介：李晓坚（1966-），男，广西玉林人，副教授，研究方向：计算机应用。