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什么是计算科学

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2007-11-17

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    计算科学是一门什么样的学科? 答:计算学科(通常也称作计算机科学与技术)作为现代技术的标志,已成为世界各国经济增长的主要动力。但如何认识这门学科,它究竟属于理科还是工科,属于科学还是属于工程的范畴,这是困扰国内外计算机科学界很长时间且争论不休的问题。
   计算学科诞生于20世纪40年代初,它的理论基础可以说在这之前就已经建立起来了。  正是电子数字计算机的问世才这一门学科的在发展。 世人一般公认 1946年2月14日研制成功的ENIAC(电子数字积分器和计算器,Electronic Numerical Integrator and Calculator)是世界上第一台通用电子数字计算机(事实上,早在1943年,英国数学家图灵领导制造出了一台名叫“巨人”(Colossus)的电子计算机,它专门用于译码。
    由于英国政府的保密制度,故人们对它的成就了解甚少。)。美国的普渡大学于1962年开设了最早的计算机科学学位课程。 在计算机产生之初及随后的一、二十年时间里,计算机主要用于数值计算。
  大多数科学家认为使用计算机仅为编程问题,不需作任何深刻的科学思考,计算机从本质上说是一种职业而一门学科。   到了20世纪70、80年代,计算技术得到了迅猛的发展和广泛的应用,并开始渗透到大多数科学领域。
  这时人们普遍争论的问题是:计算机科学是否作为一门学科?它是科学还是工程?它属于理科还是工科?或者只是一门技术、一个计算商品的研制者或销售者? 科学是关于自然、社会和思维的发展和变化规律的知识体系,它主要解决认识世界的问题,是创造知识的研究活动,回答“是什么”和“为什么”。
    它得出假设,作出基于假设的断言,收集数据并分析数据以证实或推翻假设。 技术泛指根据科学原理和生产实践经验发展而成的各种工艺操作方法、技能和技艺。它主要解决改造世界的问题,回答“做什么”和“怎样做”的问题。
  工程则指将科学原理应用到实际领域中而形成的各门学科的总称。   科学探索未知,进行发现,带有自由研究的性质。技术则发明、综合应用知识。科学成果主要以知识形态存在,而技术成果除以知识形态存在之外,还具有一定的物质形态。
  科学对经济的作用不太确定,可能在较长时间内才能体现出来,而技术对经济的作用则确定而直接。 1985年春,ACM(美国计算机协会)和IEEE-CS(国际电子电气工程师学会计算机分会)组成联合攻关小组,开始了对“计算作为一门学科”的存在性证明。
    1989年1月,该小组提交了《计算作为一门学科》(Computing as a discipline)的报告。第一次给出了计算学科一个透彻的定义,回答了计算学科中长期以来一直争论的一些问题,完成了计算学科的“存在性”证明,还提出了未来计算科学教育必须解决的二个重大问题――整个学科核心课程详细设计及整个学科综述性导引课程的构建。
    1991年,在这报告的基础上提交了关于计算学科教学计划CC1991(Computing Curricula 1991)。2001年12月,提交了最终的CC2001报告。
   《计算作为一门学科》报告及CC1991、CC2001一起解决了三个重要问题: 第一个重大问题(计算作为一门学科的存在性证明)的解决。  对学科本身的发展至关重要。如果在众多分支领域都取得了重大成果并已得到广泛应用的“计算”,连作为一门学科的地位都不清楚,那么它的发展势必要受到很大的限制。
   第二个重大问题(整个学科核心课程详细设计)的解决,将为高校制定计算机教学计划奠定基础。确定一个公认的本科生应该掌握的核心内容,将避免教学计划设计中的随意性,从而为我们科学地制定教学计划奠定基础。
     第三个重大问题(整个学科综述性导引课程的构建)的解决,将使人们对整个学科的认知科学化、系统化和逻辑化。如果人们对计算学科的认知能建立在公理化的基础之上,则该学科可被认为是严谨的科学、成熟的学科,从而有助于它的发展,并将由此而得到人们的尊重。
   攻关小组的结论是:计算学科所研究的根本问题是能行问题(什么能被(有效地)自动进行)。  计算学科的基本原理已纳入理论、抽象和设计这3个具有科学技术方法意义的过程中。学科的各分支领域正是通过这3个过程来实现它们各自的目标。
  而这3个过程要解决的都是计算过程中的“能行性”和“有效性”问题。这两个问题渗透在包括硬件和软件在内的理论、方法、技术的研究和应用的研究和开发之中,且学科的方法论的主要理论基础――以离散数学为代表的构造性数学与能行性问题形成了天然的一致。
    因此,计算机科学各个分支学科的理论、技术理论和计算机工程的各学科的工程(含开发方法)和工程技术(含技艺和技巧)常常既有理论特征,又有技术特征,二者之间的界限往往不很清楚。
  它们本质上都是从不同的角度和层面对各种问题的能行性及其求解方法和过程的描述。相对而言,计算机科学侧重于理论和抽象,而计算机工程则侧重于抽象和设计,计算机科学与工程则居中。  因此不能简单地将计算学科归属于理科或工科。
  ACM和IEEE-CS联合攻关小组将计算机科学、计算机工程、计算机科学与工程、计算机信息学以及其它类似名称的及其研究范畴统称为计算学科。 。

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