Очерк компьютерной науки

Информатика (также называемая вычислительной наукой) — это изучение теоретических основ информации и вычислений , а также их реализации и применения в компьютерных системах. Одной из хорошо известных систем классификации предметов для компьютерной науки является система классификации вычислений ACM, разработанная Ассоциацией вычислительной техники .

Информатика может быть описана следующим образом:

Подполя

Математические основы

Теория кодирования — полезна в сетевых технологиях, программировании, разработке систем и других областях, где компьютеры взаимодействуют друг с другом.
Теория игр – полезна в искусственном интеллекте и кибернетике .
Дискретная математика - Изучение дискретных структур. Используется в цифровых компьютерных системах.
Теория графов – основы структур данных и алгоритмов поиска.
Математическая логика – булева логика и другие способы моделирования логических запросов; использование и ограничения формальных методов доказательства.
Теория чисел – Теория целых чисел . Используется в криптографии, а также в качестве тестовой области в искусственном интеллекте .

Алгоритмы и структуры данных

Алгоритмы – последовательные и параллельные вычислительные процедуры для решения широкого круга задач.
Структуры данных – организация и обработка данных.

Искусственный интеллект

Очерк искусственного интеллекта

Искусственный интеллект — внедрение и изучение систем, демонстрирующих автономный интеллект или собственное поведение.
Автоматизированные рассуждения — решающие механизмы, такие как используемые в Prolog , которые выполняют шаги к результату по запросу в базе данных фактов и правил, а также автоматизированные доказательные машины теорем , которые стремятся доказать математические теоремы с некоторой помощью программиста.
Компьютерное зрение – алгоритмы распознавания трехмерных объектов по двухмерному изображению.
Мягкие вычисления , использование неточных решений для чрезвычайно сложных проблем:
- Машинное обучение — разработка моделей, способных обучаться и адаптироваться без следования четким инструкциям, с использованием алгоритмов и статистических моделей для анализа и получения выводов из закономерностей в данных.
- Эволюционные вычисления — алгоритмы, вдохновленные биологией.
Обработка естественного языка — создание систем и алгоритмов, которые анализируют, понимают и генерируют естественные (человеческие) языки.
Робототехника – Алгоритмы управления поведением роботов.

Связь и безопасность

Сетевые технологии — алгоритмы и протоколы для надежной передачи данных через различные общие или выделенные среды, часто включающие коррекцию ошибок .
Компьютерная безопасность – Практические аспекты защиты компьютерных систем и компьютерных сетей.
Криптография — применяет результаты теории сложности, вероятности, алгебры и теории чисел для изобретения и взлома кодов , а также анализа безопасности криптографических протоколов .

Архитектура компьютера

Архитектура компьютера — проектирование, организация, оптимизация и проверка компьютерной системы, в основном касающаяся процессоров и подсистем памяти (и соединяющей их шины).
Операционные системы — системы для управления компьютерными программами и обеспечения основы работоспособной системы.

Компьютерная графика

Компьютерная графика — алгоритмы как для синтетического создания визуальных изображений, так и для интеграции или изменения визуальной и пространственной информации, полученной из реального мира.
Обработка изображений – получение информации из изображения посредством вычислений.
Визуализация информации — методы представления и отображения абстрактных данных для облегчения человеческого взаимодействия с целью исследования и понимания.

Конкурентные, параллельные и распределенные системы

Параллельные вычисления — теория и практика одновременных вычислений; безопасность данных в любой многозадачной или многопоточной среде.
Параллелизм (информатика) — вычисления с использованием нескольких параллельных потоков выполнения, разработка алгоритмов решения задач на различных процессорах для достижения максимального ускорения по сравнению с последовательным выполнением.
Распределенные вычисления — вычисления с использованием нескольких вычислительных устройств в сети для достижения общей цели или задачи, что позволяет сократить задержки, возникающие при работе одного процессора для любой задачи.

Базы данных

Обзор баз данных

Реляционные базы данных – теоретико-множественная и алгоритмическая основа баз данных.
Структурированное хранилище — нереляционные базы данных, такие как базы данных NoSQL .
Интеллектуальный анализ данных — изучение алгоритмов поиска и обработки информации в документах и базах данных; тесно связано с поиском информации .

Языки программирования и компиляторы

Теория компиляторов – Теория проектирования компиляторов , основанная на теории автоматов .
Прагматика языка программирования – Таксономия языков программирования, их сильные и слабые стороны. Различные парадигмы программирования , такие как объектно-ориентированное программирование .
Теория языков программирования - Теория проектирования языков программирования
Формальная семантика – строгое математическое исследование смысла программ.
Теория типов — формальный анализ типов данных и использование этих типов для понимания свойств программ, особенно безопасности программ.

Научные вычисления

Вычислительная наука — построение математических моделей и методов количественного анализа , а также использование компьютеров для анализа и решения научных задач.
Численный анализ — приближенное численное решение математических задач, таких как нахождение корней , интегрирование , решение обыкновенных дифференциальных уравнений ; аппроксимация специальных функций .
Символьные вычисления — обработка и решение выражений в символьной форме, также известное как компьютерная алгебра .
Вычислительная физика – Численное моделирование больших неаналитических систем
Вычислительная химия – Вычислительное моделирование теоретической химии с целью определения химических структур и свойств.
Биоинформатика и вычислительная биология — использование компьютерных наук для обработки, анализа, хранения биологических данных и оказания помощи в решении биологических проблем, таких как сворачивание белков , прогнозирование функций и филогения .
Вычислительная нейронаука – Вычислительное моделирование нейрофизиологии .
Компьютерная лингвистика
Вычислительная логика
Вычислительная инженерия

Разработка программного обеспечения

Обзор разработки программного обеспечения

Формальные методы – математические подходы к описанию и обоснованию проектирования программного обеспечения.
Программная инженерия — принципы и практика проектирования, разработки и тестирования программ, а также надлежащие методы проектирования.
Разработка алгоритмов — использование идей теории алгоритмов для творческого проектирования решений реальных задач.
Компьютерное программирование — практика использования языка программирования для реализации алгоритмов.
Взаимодействие человека с компьютером — изучение и проектирование компьютерных интерфейсов, используемых людьми.
Обратное проектирование — применение научного метода для понимания произвольного существующего программного обеспечения.

Теория вычислений

Теория автоматов – Различные логические структуры для решения задач.
Теория вычислимости – Что можно вычислить с помощью современных моделей компьютеров. Доказательства, разработанные Аланом Тьюрингом и другими, дают представление о возможностях того, что можно вычислить, а что нет.
- Список нерешенных проблем в информатике
Теория сложности вычислений – фундаментальные ограничения (особенно по времени и объему памяти) для классов вычислений.
Теория квантовых вычислений – исследует вычислительные модели, включающие квантовую суперпозицию битов.