浅析计算科学内涵

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1、浅析计算科学内涵　　(中化地质矿山总局内蒙古地质勘查院，内蒙古呼和浩特010070) 　　摘要：从计算科学的概念、学科分类、学科特点、学科基本问题、发展主线、发展规律、主要基础、知识结构，学科形态与核心概念，计算科学研究方法等方面对计算科学进行了分析论述。对如何学好计算科学，怎样卓有成效地做好计算科学工作，如何加快我国计算科学事业发展的步伐阐明了个人的观点和主张。 关键词：计算科学；内涵；创新发展 　　中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)08—0076—02 1什么是计算科学 　　计算科学是

2、对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统的研究。学科的基本问题是，什么能有效地自动进行，什么不能有效地自动进行。计算科学来源于对数理逻辑、计算模型、算法理论、自动计算机器的研究，形成于20世纪30年代后期。计算科学所研究的全部问题的核心是能行问题，能行问题贯穿在整个学科包括硬件和软件在内的理论、方法、技术的研究，以及应用各个方向的研究与开发之中。 2计算科学的内涵 2.1计算科学层面与发展主线 　　计算科学的学科内容按照基础理论、基本开发技术、应用以及它们与硬件设备联系的紧密程度可以分成三个层面：第

3、一层面是计算科学的应用层，它包括人工智能应用与系统，信息管理与决策系统，移动计算、计算可视化、科学计算等计算机应用的各个方向。第二层面是计算科学的专业基础层，它是为应用层提供技术和环境的一个层面，包括软件开发方法学、计算机网络与通信技术、程序设计科学、计算机体系结构和电子计算机系统基础。第三层面是计算科学的基础层，它包括计算的数学理论、高等逻辑等内容。支撑这三个层面的是计算科学这一学科的理工科基础科目，包括物理学，基础数学等。在上述三个层面构成的计算科学 　　发展历程中，不断地追求制造出各种新型计算机系统，拓展和提高计算机的应用领域和应用水平

4、这样两个目标使学科的发展形成了三条相对独立的主线。它们是计算模型与计算机，计算模型、语言与软件开发方法学，应用数学与计算机应用。由计算模型与计算机，计算模型、语言与软件开发方法学，应用数学与计算机应用。由计算模型与计算机，计算模型、语言与软件开发方法学，应用数学与计算机应用。由计算模型与计算机这条发展主线可以看出，社会需求是计算机得以发展的外在推动力。想制造出新型计算机，要有两个基本条件：一是要有成熟的理论指导，二是要有成熟的技术包括相关产业技术的支持。计算语言学是计算科 　　学与语言学的一个交叉学科，其主要任务是运用数学和计算科学的理论与技

5、术研究语言学的基本规律，形式语言与自动机理论、数理逻辑和形式语义学是计算语言学研究最主要的数学和计算科学理论工具。在计算机应用领域，科学计算是一个长久不衰的方向。该方向主要依赖于应用数学中的数值计算的发展，而数值计算的发展也受到来自计算机系统结构的影响。计算机应用主线各方向上的研究工作，都与应用数学有着密切的联系。理论上凡是可以用计算机来处理的问题及其处理过程，都可以用应用数学来描述；凡是可以用以离散数学为代表的构造性数学描述的问题及其处理过程，只要所涉及的论域是有穷的，或虽为无究但存在有 　　穷表示，也一定可以用计算机来实现，在计算科学中，

6、计算比实现计算的技术更重要，计算科学这一学科属性决定了它不是以经验科学占主要成份的学科，而是一门以数学为主要基础的学科，是一门科学技术。 2.2计算科学基础和学科特点 　　数学是计算科学的主要基础,数学与电子科学构成了计算机系统的基础。数学提供了计算科学最重要的学科思想和学科的方法论基础。数理逻辑和代数是计算科学最主要的基础，数理逻辑是研究推理的科学，它揭示了计算的极限，与代数一道构成计算科学最重要的基础。与计算科学联系最紧密的学科有哲学中的逻辑学，数学中的构造性数学和电学中的微电子科学。计算科学是在数学和电子科学基础之上发展起来的一门

7、新兴学科。理论和技术是计算科学两个互为依托的侧面。计算科学的理论，绝大多数属于技术理论。数学是计算科学的主要基础，离散数学为代表的应用数学是描述学科理论、方法和技术的主要工具。微电子技术和程 　　序技术则是反映学科产品的主要技术形式。计算科学的发展方式与其它学科不同，是抽象描述与具体实现相分离的方式，即在计算科学的发展中，对大量的各种有深度的问题的处理采用了将理论上解决问题的抽象描述计算方法、算法和技术的内容与具体解决问题细节、具体实现计算的技术内容相分离。抽象描述与具体实现相分离是计算科学发展过程中一个重要特点，说明计算模型在学科发展中无可

8、替代的作用。计算科学发展的另一个重要特点是几乎在学科各个方向各个层面，当研究工作走向深入，研究内容具有比较复杂的特点，人们首先是发展相应的计算模型和数学工具将研究工