如何看待计算机科学？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-07-16 13:31 标签： 计算机科学与技术的理解
本文笔者系谢博士（华南理工大学机械工程专业）这是由计算机技术自身特性所促成的一种必然趋势！随着计算机学科的迅猛发展，包括硬件技术、软件技术以及各类新兴技术的崛起与拓展，计算机科学的应用越来越丰富，可以说在任何领域都能有所发挥。在科学研究中，计算机的角色涉及办公软件，涉及到各种设备的系统控制，涉及到数据处理，涉及到视觉交互与展示等等，其正在渐渐渗透到各个学科的研究中。作为一名即将毕业的985博士（机械工程专业），我想结合自己在直博的五年期间接触到的研究，谈一谈计算机是如何渗透到其他学科，起到何作用。本科的时候，我在一门选修课上认识了Matlab这个平台，作为一个强大的编程与数学矩阵运算平台，它可以用来进行一切与数学相关的运算与研究，而当下计算机学科的发展也与数学密切相关，因为计算机本身的工作原理就是基于数学与逻辑运算。之所以提到Matlab，是因为它已经被广泛应用在各个学科的研究中，作为一种编程与计算工具，活跃在各个学术社区。我博士生涯接触到的第一个科研小课题，就与计算机技术有关。在读博第一年，博士师兄给初入实验室的我分配的第一个小课题，就是借助Matlab编程对实验结果进行图像处理，进而实现图像中特征信息的提取与统计。我所在学术团队的课题比较丰富，且具有较强的学科交叉属性，例如我负责的课题是薄膜的微结构与力学研究，结合了多孔材料、软物质与结构力学等专业知识，是力学学科与材料学科的交叉应用研究。在我的博士课题研究中，涉及到许多计算机技术的应用，除了前面提到的在信息统计中应用了计算机数字图像处理技术，我在材料分子力学行为的研究中应用了基于数学概率模型的分子动力学模拟技术，我在微结构力学行为的研究中应用了基于数学离散与微分思想的有限单元仿真技术，并且经常借助计算机编程实现数据分析、数据绘图以及商用软件的二次开发（例如进行某软件底层指令文档的编制）。从博士课题研究中，我已经可以切身体会到计算机学科技术对我的帮助，可以说我的许多研究进展离不开计算技术的支持，在这里，计算机学科不仅仅是“渗透”，已经是一种关键的“参与”角色。这里可以看出，计算机之所以渗透到其他学科的研究中，一个关键原因是计算机技术具有强大的“工具”属性，可以实现各项数学层面的应用操作，可以基于自动程序简化工作，进而提升研究中的工作效率。团队中有一位博士师兄，他的课题方向是机械学科中的传热传质领域，在传统的传热研究中多以实验测试为主，而他却借助计算机技术，除了引入有限元理论，还引入格子玻尔兹曼算法，借助计算机编程实现一些特殊场景下流体传热与传质的数值模拟计算，为课题研究带来一种强有力的技术手段。借助计算机技术进行模拟研究，可以实现一些真实情况下难以达到的实验条件，例如在真空环境下开展一些实验测试对设备要求较高，设备成本过高，而计算机模拟则可以轻易实现真空环境的模拟。如今数值模拟技术应用广泛，是因为自然界中物体的物理、化学等行为其实都可以通过特地的数学方程进行表达，例如离子在流体中的扩散行为可以用流体控制方程、密度扩散函数等数学方程进行描述，进而实现其计算分析，这也是计算机学科现今几乎渗透到所有学科中的另一个关键原因，因为科学现象往往可以用特定的数学方程进行描述与研究，而计算机技术则是实现数学方程推导与运算的关键工具。近年来人工智能（AI）技术的发展可谓日新月异，可以说AI技术已经渗透到许多学科的研究中，同时其研发的应用产品也已经渗透到生活的诸多方面。AI技术在计算机视觉、自然语言处理以及文字识别三大常见领域中的广泛应用，结合计算机再数据分析中的优势，已经被广泛应用在各项智能电子产品、金融分析、教育机器人、医疗影像、自动驾驶等等方面的研究。课题组的一位优秀博士师弟，他的课题是一项融合材料学科、化学学科、力学学科以及电子通信学科的交叉研究，同样地，也离不开计算机学科技术的支持。他研发的柔性电子皮肤（传感器）在传感环节的研究中采用了信号采集、信号处理技术，并应用AI技术进行信号优化以及力传感图像的进一步分析。一个本科及博士都同班的博士同学（车辆工程），其在博士期间开展过两个研究，一个是电动汽车电池热管理系统的算法优化，一个是智能泊车服务的算法优化，可见他的课题研究都是基于计算机学科技术的算法优化研究。可以发现，计算机智能技术对所有学科的研究与发展都是有所帮助的，因为这是科学技术发展与社会生产中自动化与智能化大趋势所促使的计算机学科应用越发广泛，使其地位逐渐提升。总的来看，计算机学科渐渐渗透到其他学科的研究中，从另一个角度看，其实是其他学科的研究中更多地应用了计算机技术。这得益于计算机技术与数学的紧密关系，得益于计算机技术、智能技术、计算工具等的迅猛发展。从我的所见所闻，发现一个比较关键的信息，计算机技术更多的是为其他学科研究提供一种新的、便利的、高效的研究技术手段，它并不会取代其他学科的研究理论，而是一种协助其他学科研究更高速发展的辅助手段。以上内容均由湾区博士科研教育签约导师、华南理工大学机械工程专业的谢博士提供。如果这个回答对你有用，欢迎点赞支持！如果你对「科研背景提升」、「论文发表」、「名校升学」、「保研考研」有任何想法的话，欢迎来【湾区博士】公众号免费咨询我们。给到你最专业的建议，让你从同龄学子中脱颖而出，进入梦寐以求的大学。
自从香农提出信息论以来，信息技术不断发展，逐渐吞噬世界。所有的科学研究、商业分析都可以抽象为对信息的处理。而计算机作为信息处理的工具，成为了信息技术最佳的代名词。计算机诞生之初，就是为了给人类提供计算服务，随着人类数学的不断发展，人类想要计算的东西越来越多。如傅里叶最早给法国军队服役，为了计算出炮弹的轨迹还发明了炮击计算尺。炮击计算尺在20世纪初，随着分子光谱的发展，科学家们越来越用到傅里叶变换，为了快速计算傅里叶变换，伟大的物理学家迈克尔逊制造出了一台机械傅里叶变换计算机：二战期间，盟军为了破译德国的电报密码，专门让图灵制造出了最早的密码破解计算机。可以看出百年前，计算机作为信息处理的工具，就被发明出来，伴随着信息处理的需求到处攻城略地。1. 计算机吞噬世界的第一阶段：成为计算的工具。计算机刚刚诞生的时候，并没有掏出制造他的目的，而是作为一种计算工具，向各行各业渗透。如曼哈顿计划还有中国的原子弹氢弹都大量用到计算机来进行核武器的设计。同时，各个学科都借助计算机计算的力量，来发展自己的学科，如机械土木学科里发展出的有限元分析，航空航天学科发展处的计算流体力学，电子电磁学科发展处的计算电磁学，还有计算化学、计算材料学种种以计算机为工具的计算学科。FEM计算仿真工具COMSOL2. 计算机吞噬世界的第二阶段：成为设计工具。随着计算机图形化界面技术的发展，大家发现“计算”的概念并不只是解一些偏微分方程，执行各种功能和逻辑同样是计算的一部分。这时候各个学科吸收计算机图形学的一些方法，逐渐发展出自己的计算机辅助设计系统，如计算机辅助设计（CAD），计算机辅助制造（CAM）， 计算机辅助工程（CAE），电子设计自动化（EDA）,建筑信息模型化（BIM）等等。3. 计算机吞噬世界的第三阶段：正在成为学科基石Calling it 'computer science' is like calling surgery 'knife science' - Dijkstra计算机科学被称为计算机科学就像外科手术被称为手术刀科学一样。其实计算机科学的本质是计算的科学，关于信息处理的科学。随着计算机的发展，聪明的计算机科学家们抽象出很多更加底层的概念来，各种各样的算法与数据结构，应用大量数学工具来处理计算机面对的各种问题。而早年这些抽象工具，正渐渐的被其他学科所借鉴，举个例子，生物学里的生物信息学，大量借鉴计算机早期对字符串处理的算法来建模DNA序列的匹配，氨基酸序列的匹配。现在各种蛋白质构型的预测同样从计算机学科大量借鉴机器学习和人工智能的方法进行处理。深入进去看，你发现计算机科学逐渐成为信息生物学的基石。同样的例子还有很多，语言学中的分支，计算语言学，早期大量使用计算机科学里的各种工具，如正则表达式及各种文本解析技术。如今，两个学科交融，诞生出了自然语言处理这个计算机科学的分支，成为了研究人工智能的前沿领域。计算信息学、计算历史学、计算社会学，数位人文学，大量这些学科越来越把计算机科学当做他们的基石，成为了这些学科方向不可或缺的一部分。所以某些角度说，你学好了计算机，未来想从事这些学科的工作和研究将会很容易，因为你们共享一个大的基础技能。

我要回帖

更多关于 计算机科学与技术的理解 的文章

 

随机推荐