美國CS專業(yè)十三大研究方向課程

美國大學(xué)CS專業(yè)的研究分支也非常多，不同分支對學(xué)生的要求也會不同，因此，學(xué)生們要根據(jù)自己的條件選擇適合自己的研究方向。

CS在計算機(jī)系統(tǒng)和軟件的理論和設(shè)計，以及重要的應(yīng)用領(lǐng)域培養(yǎng)學(xué)生。

CS主要的研究領(lǐng)域和學(xué)習(xí)領(lǐng)域包括14個主要方向(按英文首字母順序)：

體系結(jié)構(gòu)、編譯器和并行計算 Architecture,Compilers an Parallel Computing

系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò) Systems an Networking

理論與算法 Theory an Algorithms

人工智能 Artificial Intelligence

編程語言 Programming Languages

數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng) Database an Information Systems

圖形學(xué)與多媒體 Graphics an Multimeia

人機(jī)交互 Human-Computer Interaction

科學(xué)計算 Scientific Computing

信息安全 Security

軟件工程 Software Engineering

生物信息學(xué)和計算生物學(xué) Bioinformatics an Computational Biology

計算機(jī)教育 Computers an Eucation

1、體系結(jié)構(gòu)、編譯器和并行計算 Architecture,Compilers an Parallel Computing

體系結(jié)構(gòu)和編譯器的研究主要集中在硬件設(shè)計，編程語言以及下一代編譯器。

并行計算研究的包含范圍很廣，包括并行計算的計算模型，并行算法，并行編譯器設(shè)計等。

2、系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò) Systems an Networking

可細(xì)分為：

(1)網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)(Networking an istribute systems)：移動通信系統(tǒng)，無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(wirelessprotocols)，A-hoc網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)質(zhì)量管理(Quality of Service management，QoS)，多媒體網(wǎng)絡(luò)，計算機(jī)對等聯(lián)網(wǎng)(peer-to-peer networking,P2P)，路由，網(wǎng)絡(luò)模擬，主動隊列管理(active queue management,AQM)和傳感器網(wǎng)絡(luò)(sensor networks)。

(2)操作系統(tǒng)(Operating system)：分布式資源管理，普適計算(ubiquitous computing/pervasive computing)環(huán)境管理，反射中間件(reflective mileware)，中間件元級操作系統(tǒng)(mileware “meta-operating systems”)，面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)設(shè)計，允許單個用戶與多計算機(jī)、對等操作系統(tǒng)服務(wù)交互的用戶設(shè)計，上下文敏感的分布式文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心的電源管理，文件/存儲系統(tǒng)，自主計算(autonomic computing)，軟件健壯性的系統(tǒng)支持以及數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)支持。

(3)安全(Security): 隱私，普適計算，無線傳感器(wireless sensors)，移動式和嵌入式計算機(jī)，規(guī)范，認(rèn)證，驗證策略，QoS保證和拒絕服務(wù)保護(hù)，下一代電話通訊，操作系統(tǒng)虛擬化和認(rèn)證，關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，例如SCADA控制系統(tǒng)和醫(yī)療，消息系統(tǒng)，安全網(wǎng)關(guān)，可用性安全。

(4)實時和嵌入式系統(tǒng)(Real-time an embee systems)：開放式實時系統(tǒng)，Qos驅(qū)動的實時調(diào)度和通信協(xié)議，控制設(shè)計和實時調(diào)度整合，實時、容錯和安全協(xié)議整合，網(wǎng)絡(luò)化器件和智能空間的魯棒動態(tài)實時構(gòu)架。

3、理論與算法 Theory an Algorithms

計算機(jī)理論研究主要集中在算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析，以及計算復(fù)雜性的研究。具體包括最優(yōu)化(optimization)，計算幾何和拓?fù)?computational geometry an topology)，近似算法(approximation algorithms)，密碼(cryptography)和安全計算(secure computation)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(network esign)，數(shù)據(jù)挖掘(ata mining)，機(jī)器學(xué)習(xí)(machine learning)，有限元網(wǎng)格生成(finite-element mesh generation)和自動化軟件驗證(automatic software verification)。

4、人工智能 Artificial Intelligence

這個領(lǐng)域包含廣泛的研究課題，包括知識表示，機(jī)器學(xué)習(xí)，計算機(jī)視覺，推理和機(jī)器人等。

知識表示(knowlege representation)：把知識按照一種有利于推理(得出結(jié)論)的方式表示出來。

機(jī)器學(xué)習(xí)(machine learning)：自動學(xué)習(xí)如何識別復(fù)雜模式并基于數(shù)據(jù)作出智能決策。

計算機(jī)視覺(computer vision)：使機(jī)器自動從圖像和視頻中提取信息并理解其中包含的視覺概念。

推理(reasoning)：學(xué)習(xí)推理的計算模型。

機(jī)器人(robotics)：工程學(xué)和機(jī)器人技術(shù)，以及它們的設(shè)計，制造，應(yīng)用和結(jié)構(gòu)配置。

5、編程語言 Programming Languages

該領(lǐng)域的研究包括計算機(jī)語言的設(shè)計與實現(xiàn)，其目標(biāo)是同時提高開發(fā)人員的開放效率和軟件質(zhì)量。包含如下一些課題：

(1)程序語言設(shè)計和實現(xiàn)(Programming Language Design an Implementation)：編譯器優(yōu)化(Compiler optimization)，語義(Semantics)，即時編譯器(JIT complier)，域特定語言(DSL：Domain-specific languages)。

(2)編程環(huán)境和工具(Programming Environments an Tools)：監(jiān)控(Monitoring)，程序員搜索引擎(Programmer search engines)，基于模型的設(shè)計(Moel-base esign)。

(3)程序分析和驗證(Program Analysis an Verification)：模型檢測(Moel checking)，靜態(tài)和動態(tài)分析(Static an ynamic analysis)，定理證明(Theorem proving)，實時系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度分析(Scheulability analysis for real-time systems)。

6、數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng) Database an Information Systems

包括以下研究內(nèi)容：

(1)數(shù)據(jù)庫(Database)：數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)查詢、集成，各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)等。

(2)數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining)：從數(shù)據(jù)中提取模式的處理過程。它在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，例如市場營銷、監(jiān)測、入侵檢測和科學(xué)發(fā)現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)很相關(guān)，但是數(shù)據(jù)挖掘更關(guān)注實際應(yīng)用。

(3)信息檢索(Information Retrieval)：研究如何提取各種媒體(文本、音頻、視頻等，目前的研究以文本居多)中的信息，同時還搜索與之關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫和萬維網(wǎng)。

(4)自然語言處理(Natural language processing)：構(gòu)建一種可以分析、理解和生成自然語言的計算機(jī)系統(tǒng)。研究課題包含自動摘要(automatic summarization)，語篇分析(iscourse analysis)，機(jī)器翻譯(machine translation)，命名實體識別(name entity recognition)，自然語言生成(natural language generation)和語音識別(speech recognition)等。

7、圖形學(xué)與多媒體 Graphics an Multimeia

圖形學(xué)的研究包含對自然景象的建模和動畫生成(moeling an animation of natural phenomena)，計算拓?fù)鋵W(xué)(computational topology)，圖形硬件的使用(graphics harware utilization)，渲染(renering)，網(wǎng)格處理和簡化(mesh processing an simplification)，形狀建模(shape moeling)，曲面參數(shù)化(surface parameterization)和可視化處理(visibility processing)等。

多媒體研究包括圖像處理(image processing)，視頻處理(vieo processing)，音頻分析(auio analysis)，文本檢索和理解(text retrieval an unerstaning)，數(shù)據(jù)挖掘和分析，以及數(shù)據(jù)融合(ata fusion)。因為多媒體數(shù)據(jù)包含不同格式的數(shù)據(jù)(如文本，音頻，視頻)，所以它的研究包含很多不同領(lǐng)域的技術(shù)和理論。

8、人機(jī)交互 Human-Computer Interaction (HCI)

HCI主要研究人和計算機(jī)之間的交互。它通常被認(rèn)為是計算機(jī)科學(xué)、行為科學(xué)、設(shè)計及其他相關(guān)領(lǐng)域研究的交叉學(xué)科。

研究課題包括：

(1) 上下文感知計算(Context-aware computing)：行為分析，智能空間(Smart Spaces)，定位感知系統(tǒng)(Location-aware systems)，隱私技術(shù)。

(2) 感知人機(jī)界面(Perceptual Interfaces)：基于視覺的界面(Vision-base interfaces)，語音和話語界面(speech an iscourse interfaces)。

(3) 協(xié)同和學(xué)習(xí)(Collaboration an Learning)：基于模式的編輯工具(Pattern-base authoring tools)，ESL (English as a secon language) 學(xué)習(xí)，群組協(xié)同技術(shù)(group collaboration technologies)，包含按地理分布的遠(yuǎn)程沉浸協(xié)同(geographically istribute tele-immersive collaboration)等。

(4) 驗光和人的視覺模擬(Optometry an Human Vision Simulation)：計算機(jī)輔助的角膜建模和可視化，醫(yī)學(xué)成像(meical imaging)，手術(shù)仿真的虛擬環(huán)境(virtual environments for surgical simulation)，仿真渲染(vision realistic renering)。

9、科學(xué)計算 Scientific Computing

科學(xué)計算主要是研究構(gòu)建數(shù)學(xué)模型(mathematical moels)和數(shù)值解法(numerical solution)，并用計算機(jī)來分析和解決科學(xué)、社會科學(xué)以及工程問題。

研究課題包含：

(1)并行計算(Parallel computing)：并行計算語言和并行算法。

(2)自動性能調(diào)整(Automatic Performance Tuning): Automatic generation of optimize implementations of computational an communication kernels。

(3)網(wǎng)格剖分(Mesh generation)：自動生成三角網(wǎng)格(triangulate meshes)來表示物理和計算區(qū)域。

(4)矩陣計算(Matrix computations)：設(shè)計高效的矩陣計算算法和軟件。

(5)浮點數(shù)(Floating point)：可擴(kuò)展的精度算術(shù)(Extene precision arithmetic)，可靠的浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(Reliable floating point stanars)，浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的體系和執(zhí)行時間實現(xiàn)(Architectural an run time implications of floating point stanars)，浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編程語言實現(xiàn)。

(6)計算機(jī)代數(shù)(Computer Algebra)：符號數(shù)學(xué)計算方法。

10、信息安全 Security

課題包含：

(1)密碼學(xué)(Cryptology)

密碼學(xué)理論(cryptography theory)，新的密碼學(xué)系統(tǒng)開發(fā)(evelopment of new cryp ographic systems)，密碼分析學(xué)(cryptanalysis)，協(xié)議開發(fā)，應(yīng)用密碼學(xué)，量子計算(quantum computation)。

(2)隱私(Privacy)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隱私，RFID系統(tǒng)的隱私，數(shù)據(jù)庫的隱私問題，基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用的隱私。

(3)軟件安全(Software security)

開發(fā)編程語言和計算機(jī)安全之間的相互影響。

(4)一致性和完整性(Ientity an integrity)

預(yù)防“網(wǎng)絡(luò)釣魚”和攻擊。

(5)網(wǎng)絡(luò)安全(Network security)

網(wǎng)絡(luò)安全檢測(network security monitoring)和入侵防御(intrusion prevention)。

11、軟件工程 Software Engineering

主要研究開發(fā)大規(guī)模軟件系統(tǒng)的原理和技術(shù)。

12、生物信息學(xué)和計算生物學(xué) Bioinformatics an Computational Biology

研究高效魯棒的生物計算模擬算法，以及應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘，機(jī)器學(xué)習(xí)，自然語言處理和信息檢索等方法來分析和挖掘各類生物數(shù)據(jù)。

研究課題包括：

(1)生物信息學(xué)(Bioinformatics)

比較基因組學(xué)(Comparative genomics)，遺傳分析(Genetic analysis)，系統(tǒng)發(fā)育(Phylogenetics)，分子進(jìn)化建模(Molecular evolutionary moeling)，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(Gene regulatory networks)。

(2)蜂窩系統(tǒng)(Cellular systems)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)建模(Protein structure moeling)，基因調(diào)控網(wǎng)(Gene regulatory networks)，合成生物學(xué)(Synthetic biology)，Computational systems biology，細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路，傳輸和代謝，自組裝系統(tǒng)(Self-assembling systems)。

(3)神經(jīng)系統(tǒng)(Neural systems)

(4)生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)(Biomeical systems)

傳感器，健康服務(wù)系統(tǒng)，生理模型，醫(yī)學(xué)圖像和生物圖像分析。