計算機科學(xué)前沿?zé)狳c及發(fā)展趨勢.docx

計算機科學(xué)前沿?zé)狳c及發(fā)展趨勢【摘要】 當(dāng)代，發(fā)展最快而且對人類生活影響最大的學(xué)科無疑是計算機科學(xué)與信息技術(shù)了，計算機已經(jīng)成為了21世紀(jì)的一種象征，當(dāng)代的社會，計算機科學(xué)與信息技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到社會生活的各個方面，已經(jīng)成為推動和社會進步的重要引擎，已被成為“計算機文化”和“計機思維”。計算機科學(xué)圍繞信息、知識、智能等主題發(fā)展迅速。本文詳細(xì)地介紹了計算機科學(xué)前沿?zé)狳c的若干問題，并提出未來計算機科學(xué)的發(fā)展趨勢?！娟P(guān)鍵詞】 信息技術(shù) 計算機科學(xué) 智能技術(shù) 發(fā)展趨勢 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)成為我們工作上的工具，成為生活中的控制中心是必然的事情，了解計算機科學(xué)將會讓我們驚嘆科學(xué)技術(shù)的力量，感受計算機技術(shù)給我們生活帶來的變化。在短短的60年里，計算機科學(xué)發(fā)展至今，取得了巨人的成就。從觀念上改變了人們對世界的認(rèn)識，將人類社會帶入了信息時代。加速T人類社會的發(fā)展。在今天計算機科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ髦胁豢苫蛉钡闹匾M成部分，而計算機技術(shù)的發(fā)展也將越來越多影響人類社會的進步。1 .計算機科學(xué)前沿?zé)狳c近年來，計算機科學(xué)中前沿的問題主要圍繞信息、知識、智能三大研究領(lǐng)域展開討論。而知識不同于信息，它是人們對信息經(jīng)過大腦的加工與處理后，形成的規(guī)律、規(guī)則、方法及認(rèn)識。智能則是指大腦從歷史信息、知識的基礎(chǔ)之上形成的對現(xiàn)有信息、知識的推理、演繹、判斷的方法。根據(jù)研究分析表明，在三大研究領(lǐng)域中，主要有以下前沿?zé)狳c研究：(1)信息方面:信息處理、數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘、生物信息學(xué)。(2)知識方面：以知識科學(xué)與知識工程為主要研究的問題。(3)智能方面：以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究,機器證明,人工智能與專家系統(tǒng),遺傳算法,代數(shù)邏輯學(xué)形成了本研究領(lǐng)域的主要特色。1.1 信息科學(xué) 1.1.1信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)是當(dāng)今計算機科學(xué)發(fā)展的重點，目前計算機處理的信息可分為符號和數(shù)據(jù)，因而一切要由計算機處理的對象首先是符號化和數(shù)字化。信息科學(xué)正在形成和迅速發(fā)展，現(xiàn)在主要的研究課題集中在以下六個方面:(1)信息源理論和信息的獲取。主要研究自然信息源和社會信息源,以及從信息源提取信息的方法和技術(shù)。(2)信息的傳輸、存儲、檢索、轉(zhuǎn)化和處理。(3)信號的測量、分析、處理及顯示。(4)模式信息處理。研究對文字、聲音，圖像等信息的處理、分類和識別，研制機器圖像和語音識別系統(tǒng)。(5)知識信息處理。研究知識的表示、獲取和應(yīng)用，建立具有推理和自動解決問題能力的知識信息處理系統(tǒng)，即專家系統(tǒng)。(6)決策和控制。在對信息的采集、分析、處理、識別和理解的基礎(chǔ)上作出判斷、決策或控制，從而建立各種控制系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)。1.2 知識科學(xué)知識進步是人類社會發(fā)展的永恒動力,知識經(jīng)濟是推動其他經(jīng)濟發(fā)展的原動力，知識產(chǎn)權(quán)關(guān)系國家命運?？梢娭R在計算機科學(xué)中發(fā)展的重要意義。計算機科學(xué)雖然是一門剛剛興起的學(xué)科，但它與數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)、語言學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)等關(guān)系相當(dāng)大。目前知識科學(xué)主要的研究領(lǐng)域表現(xiàn)在:(1)知識模型研究,常識性知識研究;(2)非規(guī)范知識研究,知識處理的數(shù)學(xué)理論;(3)知識獲取理論和技術(shù);(4)知識科學(xué)和軟件科學(xué);(5)基于知識的計算機藝術(shù)。1.3智能處理技術(shù)1.3.1人工智能從第一臺電子計算機誕生至今,其主要功能都是進行數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理。但隨著基于符號的運算、推理邏輯的迅速發(fā)展和對人類大腦的思維形式的研究逐步清晰，人們開始研制具有“智能”的計算機，這是人工智能的基本思想。人工智能，是一門正在發(fā)展中的綜合性前沿學(xué)科，主要由計算機科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、語言學(xué)等多個學(xué)科相互滲透發(fā)展而來，研究和應(yīng)用領(lǐng)域概括起來有以下六個方面：(1)問題答疑； (2)語言、模式識別； (3)智能數(shù)據(jù)庫；(4)智能博奕；(5)智能機器人；(6)程序自動設(shè)計。1.3.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論取得巨大的成果，其主要前沿研究方向與以下五個方面結(jié)合:(1)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與人工智能、專家系統(tǒng)的結(jié)合；(2)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊數(shù)學(xué)結(jié)合產(chǎn)生新的人工智能方法；(3)與計算機硬件結(jié)合產(chǎn)生神經(jīng)計算機；(4)符號化神經(jīng)計算和進化計算；(5)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論。2 .計算機發(fā)展趨勢2.1智能化的超級計算機超高速計算機采用平行處理技術(shù)改進計算機結(jié)構(gòu)，可以使計算機系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令，或同時對多個數(shù)據(jù)進行處理，進一步提高計算機運行速度。超級計算機通常是由成百數(shù)千甚至更多的處理器構(gòu)成，能完成普通計算機和服務(wù)器所不能計算的大型的復(fù)雜任務(wù)。從超級計算機獲得的數(shù)據(jù)分析和模擬成果，能推動各個領(lǐng)域高精尖項目的研究與開發(fā)，為我們的日常生活帶來更多的便利。2.2新型高性能計算機問世隨著硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展，硅技術(shù)越來越接近了其自身的物理發(fā)展極限。因此，迫切要求計算機從結(jié)構(gòu)變革，到器件與技術(shù)的革命這一系列的技術(shù)都要產(chǎn)生一次質(zhì)的飛躍才行。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機和納米計算機由此應(yīng)運而生。2.2.1量子計算機量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，量子計算機是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是在量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。量子計算機中的數(shù)據(jù)用量子位存儲。2.2.2光子計算機光子計算機是利用光子取代電子進行數(shù)據(jù)運算、傳輸及存儲。光子計算機即全光數(shù)字計算機，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，可以對復(fù)雜度高、計算量大的任務(wù)實現(xiàn)快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。2.2.3分子計算機分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以分子計算機既有自我修復(fù)的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。2.2.4納米計算機納米計算機是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計算機。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品?，F(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構(gòu)成一個系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計算機內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計算機，推動計算機行業(yè)的快速發(fā)展。3.結(jié)論綜上所述，計算機技術(shù)主要朝著下面三個方向發(fā)展：一是向“快”的方向。速度越來越快，性能越來越高，計算機的主頻越來越快。專用計算機的并行程度比通用機更高，并行計算機的關(guān)鍵技術(shù)是如何高效率地把大量計算機互相連接起來，即各處理機之間的高速通信，以及如何有效地管理成千上萬臺計算機使之協(xié)調(diào)工作，這就是并行計算機的系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)的功能。另一個方向就是向“廣”度方向發(fā)展，計算機發(fā)展的趨勢無處不在，應(yīng)用范圍更加廣泛。近年來更明顯的趨勢是網(wǎng)絡(luò)化與向各個領(lǐng)域的滲透，即在廣度上的發(fā)展開拓。國外稱這種趨勢為普適計算或者叫無處不在的計算。未來計算機將存在于家中的各種電器中，到那時筆記本，書籍都將電子化、數(shù)字化。所以有人預(yù)言未來計算機也將成為最常用的日用品。第三個方向是向“深”度方向發(fā)展，即向信息的智能化發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)上有大量的信息，為了使這些信息轉(zhuǎn)變成所需要的知識，同時又具有更加友好的人機界面，計算機將具備更多的智能成分。未來計算機將具有多種感知能力及一定的思考能力。人們可以用自然語言、手寫的文字，甚至可以用表情、手勢來與計算機溝通，使人機交流更加快捷。讓人能產(chǎn)生身臨其境感覺的虛擬現(xiàn)實技術(shù)是這一領(lǐng)域發(fā)展的集中體現(xiàn)。參考文獻1劉永紅，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展與前沿