【学科介绍】计算机科学

计算理论：
计算理论：它是用来研究计算的过程与功效的数学理论。计算理论有三个传统领域：自动机、可计算性和复杂性。自动机理论阐述了计算的数学模型的定义和性质。有穷自动机模型用在文本处理、编译程序以及硬件设计中；上下文无关文法模型用在程序设计语言和人工智能上；自动机理论还有个应用：在编译原理中，FA与RE用于词法分析器设计，CFG用于语法分析器设计。可计算性理论中，是把问题分成可解的和不可解的。在复杂性理论中，目标是把问题分成容易计算和难计算的；

算法和数据结构
程序=数据结构+算法；
数据结构是数据的组织结构，用来组织和存储数据。数据结构分为逻辑结构和物理结构，逻辑结构分为集合结构、线性结构、树形结构、图形结构。物理结构分为顺序存储结构和链式存储结构。常见的数据结构包括数组、链表、栈、队列、哈希表、字符串、树和图。在实际编程问题中，选择合适的数据结构来解决相应的问题，会极大提高程序的性能。算法是一系列运算步骤，有五种基本特性：输入、输出、有穷性、确定性、可行性。常见的算法策略有枚举、递归、分治、回溯、贪心和动态规划，算法的优劣可以用时间复杂度和空间复杂度来衡量。

程序设计语言
程序设计语言是用来书写计算机程序的语言，它是根据规则由记号构成的记号串。程序设计语言包括三大类：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器能够直接识别的程序语言或指令代码，每一操作码在计算机内部都有相应的电路来完成，它是最低级的语言。汇编语言指令是机器指令的符号化，与机器指令存在着直接的对应关系。高级语言是面向用户的语言，独立于计算机种类和结构的语言，它在形式上接近算术语言和自然语言，通用性强，应用广泛，语言种类繁多，比较常见的高级语言有python、java、c、c++、php等。

信息和编码理论
信息和编码理论
信息论与信息量化相关，由Claude E. Shannon创建，用于寻找信号处理操作的根本极限，比如压缩数据和可靠的数据存储与通讯。编码理论是对编码以及它们适用的特定应用性质的研究。编码（code）被用于数据压缩，密码学，前向纠错，也被用于网络编码。研究编码的目的在于设计更高效、可靠的数据传输方法。

离散数学
离散数学在计算机科学中有着广泛的应用，它是搭建在数学和计算机科学之间的桥梁。离散数学的集合论、关系、图论和树分别对应了数据结构中的四大结构（集合、线性结构、树形结构、图状结构或网状结构），其中的笛卡尔积是研究关系型数据库的一种重要方法，数学推理和布尔代数为人工智能中的很多非形式化工作提供形式化处理，数理逻辑部分在计算机硬件的设计中也发挥了重要的作用。

操作系统
操作系统是一个系统软件，他作为计算机设备和程序员之间的一个接口，对设备的管理操作都交给操作系统处理。程序员通过调用操作系统提供的接口就可以方便地访问计算机的软硬件资源，不用去了解每个设备的细节，大大提高了开发效率。一般的操作系统的主要功能是进程管理、存储管理、文件管理、设备管理。进程管理的主要工作是进程的调度，在单用户单任务的情况下，处理器仅被一个用户的一个任务独占，进程管理的工作十分简单，但在多道程序或多用户的情况下，组织多个作业或任务时，就要解决处理器的调度、分配和回收等问题。存储管理包括存储分配、存储共享、存储保护和存储扩张。设备管理提供对硬件设备的管理和优化功能，使程序可以方便使用硬件，保证一个设备同时只能被一个程序使用。文件管理包括文件的存储空间的管理、目录管理、文件操作管理和文件保护。

数据库
数据库即用来存放数据的仓库，数据库设计的目的就是让用户可以简单高效地检索提取数据。数据库可以分为关系型数据库和非关系型数据库，顾名思义，建立在数据的紧密关系基础之上的就叫做关系型数据库，建立在松散的数据关系之上的是非关系型数据库，关系型数据库包括Oracle、MySQL、SQLServer，非关系型数据库NoSql。其中最常用的数据库是MySql，可以通过insert、delete、update、select对数据进行增删改查操作。

计算机网络
计算机网络是由一些相互连接的、以共享资源为目的、自治的计算机的集合。它能够实现数据通信、资源共享、集中管理、分布式处理、负载均衡。计算机网络采用层次结构的设计，层次结构包括OSI的七层模型和TCP/IP的四层模型，在学习计算机网络时，采用的是五层结构，从上到下依次是应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层，各层之间相互独立，都有特定的功能和相应的协议。比如应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用，常见的应用层协议有域名系统DNS、HTTP协议和SMTP协议。运输层的主要任务向两台主机进程之间的通信提供数据传输服务。运输层主要有面向连接、可靠的传输控制协议TCP和无连接的，尽最大努力交付的用户数据报协议UDP。网络层的主要任务是选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时送达。在TCP/IP体系结构中，网络层使用的是IP协议。数据链路层的任务是将网络层交下来的IP数据包封装成帧，常见的协议有Ethernet、IEEE802.3、PPP、HDLC协议。物理层是实现计算机节点之间比特流的透明传输，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。

计算机体系结构
计算机体系结构是指计算机基本组成和工作原理。当前计算机的设计都是采用的冯诺依曼体系结构，冯诺依曼计算机的思想：它是由运算器、存储器、控制器、输入输出设备五大部件组成的，其中运算器和控制器就是我们现在所说的CPU；指令是由操作码和地址码组成的；指令和数据都采用二进制表示，它们以同等地位存于存储器中，可按地址访问。

人机交互
人机交互（HCI）是一门研究系统和用户之间交互关系的计算机科学分支学科。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人家交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流、并进行操作，通过良好设计的界面可以增强用户的使用体验。

人工智能
人工智能是通过机器对人类智能过程进行的模拟，它的应用领域包括专家系统、自然语言处理，语音识别和计算机视觉。人工智能涉及模式识别、机器学习、数据挖掘和智能算法四大技术分支。模式识别是指对表征事物或现象的各种形式信息，包括数值的文字和逻辑关系等等进行处理分析，以及对事物或现象进行描述分析解释的过程，比如汽车车牌号的辨别就涉及到图像处理分析等技术。机器学习是研究计算机如何模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识和技能，重新组织已有知识结构来不断完善自身的性能。数据挖掘是指通过算法搜索挖掘出有用的信息，应用于市场分析和疾病预测等。智能算法是解决某类问题的一些特定模式算法，比如最短路径问题和工程预算问题等等。

计算机图形学
计算机图形学研究如何在计算机中表示图形，以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。它主要包含建模、渲染、动画和人机交互四大部分的内容。对于建模来说，三维模型的建模是计算机图形学的基础，是其它内容表达的前提。目前常见的三维建模方法包括NURBS方法、细分曲面造型方法和利用软件的直接手工建模方法等。第二部分是渲染，渲染是计算机图形学的核心任务，早期有很多渲染模型，随着技术的发展，渲染技术不断复杂，目前的渲染技术能够将各种物体渲染的十分逼真，同时还有一些商业化软件提供了强大真实的渲染效果。第三部分是动画，它是采用连续播放静止图像的方法产生运动的效果，应用领域十分广泛，比如物理仿真、运动动画和虚拟角色的动画系统等。

软件工程
软件工程包括软件需求分析、软件设计、软件项目管理、软件开发方法等内容。随着软件规模的不断增加，开发软件变得越来越困难，需要从工程学的角度来对软件开发的各个阶段进行控制，以此确保软件产品的质量。这一领域也包括了对软件开发、测试、控制相关工具的了解和学习。

软件工程是指导计算机软件开发和维护的一门工程学科。它包括软件需求分析、软件设计、软件构造、软件测试、软件维护等。软件需求分析的认识是：准确定义新系统的目标，回答系统必须“做什么”的问题，并编制需求规格说明书…

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