計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

　　摘要：文章系統(tǒng)地介紹了信息處理、文字與自然語(yǔ)言的理解、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)科學(xué)、人工智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究、遺傳算法、邏輯學(xué)等領(lǐng)域研究中前沿的若干問(wèn)題，并提出未來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。
　　關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；知識(shí)科學(xué)；智能技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)
　　一、計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)
　?。ㄒ唬┬畔⑻幚砑夹g(shù)
　　信息處理技術(shù)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的重點(diǎn)，目前計(jì)算機(jī)處理的信息可分為符號(hào)和數(shù)據(jù)，因而一切要由計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象首先是符號(hào)化和數(shù)字化。信息科學(xué)正在形成和迅速發(fā)展，現(xiàn)在主要的研究課題集中在以下方面：信息源理論和信息的獲??；信息的傳輸、存儲(chǔ)、檢索、轉(zhuǎn)化和處理；信號(hào)的測(cè)量、分析、處理及顯示；模式信息處理，研究對(duì)文字、聲音、圖像等信息的處理、分類和識(shí)別，研制機(jī)器圖像和語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)；知識(shí)信息處理，研究知識(shí)的表示、獲取和應(yīng)用，建立具有推理和自動(dòng)解決問(wèn)題能力的知識(shí)信息處理系統(tǒng)，即專家系統(tǒng)；決策和控制，在對(duì)信息的采集、分析、處理、識(shí)別和理解的基礎(chǔ)上做出判斷、決策或控制，從而建立各種控制系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)。
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　　知識(shí)進(jìn)步是人類社會(huì)發(fā)展的永恒動(dòng)力，知識(shí)經(jīng)濟(jì)是推動(dòng)其他經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動(dòng)力，知識(shí)產(chǎn)權(quán)關(guān)系國(guó)家命運(yùn)?？梢娭R(shí)在計(jì)算機(jī)科學(xué)中發(fā)展的重要意義。計(jì)算機(jī)科學(xué)雖然是一門剛剛興起的學(xué)科，但它與數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)等關(guān)系相當(dāng)大。目前知識(shí)科學(xué)主要的研究領(lǐng)域表現(xiàn)在：知識(shí)模型研究，常識(shí)性知識(shí)研究；非規(guī)范知識(shí)研究，知識(shí)處理的數(shù)學(xué)理論；知識(shí)獲取理論和技術(shù)；知識(shí)科學(xué)和軟件科學(xué)；基于知識(shí)的計(jì)算機(jī)藝術(shù)。
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　　從第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，其主要功能都是進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。但隨著基于符號(hào)的運(yùn)算、推理邏輯的迅速發(fā)展和對(duì)人類大腦的思維形式的研究逐步清晰，人們開始研制具有“智能”的計(jì)算機(jī)，這是人工智能的基本思想。人工智能（Artificial Intelligence，AI）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN）、遺傳算法、邏輯學(xué)的高速發(fā)展構(gòu)成了計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展新趨勢(shì)。這些計(jì)算機(jī)科學(xué)的眾多研究熱點(diǎn)在我國(guó)國(guó)家自然科學(xué)、863計(jì)劃、攻關(guān)項(xiàng)目等均有較大的投入。信息是計(jì)算機(jī)的源，知識(shí)是信息的模型，人工智能是知識(shí)挖掘的動(dòng)力，三者協(xié)調(diào)發(fā)展是非常必要的。
　　二、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
　?。ㄒ唬┲悄芑某?jí)計(jì)算機(jī)
　　超高速計(jì)算機(jī)采用平行處理技術(shù)改進(jìn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行多條指令，或同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度。超級(jí)計(jì)算機(jī)通常是由成百數(shù)千甚至更多的處理器構(gòu)成，能完成普通計(jì)算機(jī)和服務(wù)器所不能計(jì)算的大型的復(fù)雜任務(wù)。從超級(jí)計(jì)算機(jī)獲得的數(shù)據(jù)分析和模擬成果，能推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域高精尖項(xiàng)目的研究與開發(fā)，為我們的日常生活帶來(lái)更多的便利。
　?。ǘ┬滦透咝阅苡?jì)算機(jī)問(wèn)世
　　隨著硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展，硅技術(shù)越來(lái)越接近了其自身的物理發(fā)展極限。因此，迫切要求計(jì)算機(jī)從結(jié)構(gòu)變革，到器件與技術(shù)的革命這一系列的技術(shù)都要產(chǎn)生一次質(zhì)的飛躍才行。新型的量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)和納米計(jì)算機(jī)由此應(yīng)運(yùn)而生。
　　量子計(jì)算機(jī)的概念源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究，量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。量子計(jì)算機(jī)是在量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，利用一種鏈狀分子聚合物的特性來(lái)表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來(lái)改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動(dòng)，從而進(jìn)行運(yùn)算。量子計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)用量子位存儲(chǔ)。
　　光子計(jì)算機(jī)是利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸及存儲(chǔ)。光子計(jì)算機(jī)即全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計(jì)算機(jī)中的電子硬件，光運(yùn)算代替電運(yùn)算。在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，可以對(duì)復(fù)雜度高、計(jì)算量大的任務(wù)實(shí)現(xiàn)快速地并行處理。光子計(jì)算機(jī)將使運(yùn)算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。
　　分子計(jì)算機(jī)體積小、耗電少、運(yùn)算快、存儲(chǔ)量大。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進(jìn)行組織排列。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以分子計(jì)算機(jī)既有自我修復(fù)的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。預(yù)計(jì)20年后，分子計(jì)算機(jī)將進(jìn)入實(shí)用階段。
　　納米計(jì)算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計(jì)算機(jī)。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來(lái)的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個(gè)原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。現(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機(jī)械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動(dòng)機(jī)和各種處理器都放在一個(gè)硅芯片上而構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個(gè)原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計(jì)算機(jī)不僅幾乎不需要耗費(fèi)任何能源，而且其性能要比今天的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大許多倍。納米計(jì)算機(jī)體積小、造價(jià)低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計(jì)算機(jī)，推動(dòng)計(jì)算機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展。
　　綜上所述，計(jì)算機(jī)技術(shù)主要朝著三個(gè)方向發(fā)展：一是向“快”的方向，速度越來(lái)越快，性能越來(lái)越高，計(jì)算機(jī)的主頻越來(lái)越快；二是向“廣”度方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)無(wú)處不在，應(yīng)用范圍更加廣泛；三是向“深”度方向發(fā)展，即向信息的智能化發(fā)展。
　　參考文獻(xiàn)：
　　1、張瑞.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)探析[J].制造業(yè)