美國(guó)大學(xué)CS專業(yè)分支介紹

   美國(guó)大學(xué)CS專業(yè)的研究領(lǐng)域極為廣闊，美國(guó)的各大高校的CS系的研究方向也有較大的不同。通過(guò)對(duì)各所院校的CS研究方向的考察，我們將其下屬方向歸納為14個(gè)主要研究方向。以下我們會(huì)按照各個(gè)方向在CS專業(yè)排名榜上的76所院校開設(shè)的熱門程度從高到低逐一進(jìn)行介紹。

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，雙絞線的有線傳輸，衛(wèi)星傳輸，紅外線傳輸，激光傳輸，無(wú)線電波等無(wú)線傳輸），到各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。

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，視覺場(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）

   概括地說(shuō)，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）

   包括開發(fā)新型編程語(yǔ)言以助程序員實(shí)用高效地開發(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)分析和視覺化，如為超大型數(shù)據(jù)組開發(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、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線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，一類是由線條組成的圖形，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是類似于照片的明暗圖（Shading），也就是通常所說(shuō)的真實(shí)感圖形。

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

   將計(jì)算機(jī)科學(xué)中的方法，如數(shù)據(jù)挖掘，機(jī)器學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)處理，計(jì)算模型，計(jì)算機(jī)視覺，分析工具，算法研究等用于生物系統(tǒng)中便于人類理解分子生物序列數(shù)據(jù)，分析蛋白質(zhì)的形成，生物功能預(yù)測(cè)，基因網(wǎng)絡(luò)研究，細(xì)胞范圍的計(jì)算等。在此過(guò)程中，CS研究人員與生物研究人員緊密合作。將生物信息學(xué)與計(jì)算生物學(xué)之間的差別為：生物信息學(xué)更側(cè)重于生物學(xué)領(lǐng)域中計(jì)算方法的使用和發(fā)展，而計(jì)算生物學(xué)強(qiáng)調(diào)應(yīng)用信息學(xué)技術(shù)對(duì)生物學(xué)領(lǐng)域中的假說(shuō)進(jìn)行檢驗(yàn)，并嘗試發(fā)展新的理論。

8、算法（Algorithm）

   廣義上面的算法是指為解決一個(gè)問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)算專業(yè)方向中所會(huì)應(yīng)用到的核心方法。