淺析人工智能時代下計算機科學與技術的應用與發(fā)展

劉耕睿

（天津科技大學人工智能學院，天津300457）

計算機科學技術的發(fā)展水平和科學技術的發(fā)展水平息息相關。人工智能時代，人們的應用需求逐漸向個性化、多元化、多樣化發(fā)展。人工智能的使用和擴散，使得教育、醫(yī)療、住房、養(yǎng)老和其他領域?qū)l(fā)生根本變化。人工智能可以極大地改變當前公共服務資源不足和不平衡的狀況。通過有效的治理政策，提高公共服務效率，改善中國人民的生活和福利。

工業(yè)革命的歷史事實已經(jīng)證明，人類社會發(fā)展形態(tài)的變遷都伴隨著科技革命。人工智能技術也是一種新時代的科技革命，勢必影響人類社會的發(fā)展形態(tài)。科技發(fā)展具有獨特的規(guī)律和體系。人工智能的本質(zhì)是人類智能和工具載體。人類為了更好地發(fā)展研究科技，使用科技處理復雜的問題。規(guī)律、真理，總是簡單明了的，但發(fā)現(xiàn)規(guī)律、真理的過程是復雜的。人類關于科技的研究一直是由簡入繁。人工智能技術宣告著人類已經(jīng)步入生物科學時代，智能化、現(xiàn)代化、科技化將成為人工智能時代的主基調(diào)。大數(shù)據(jù)、云計算等技術為人類提供了一窺文明本源的手段。

1 人工智能概述

人工智能是研究和發(fā)展人類智能的理論、方法、技術和應用，進行仿真、推廣和擴展的一門新興的技術科學。人工智能是一門多學科的綜合性學科。廣義上，人工智能的定義可以分為兩部分，主要強調(diào)“人工”和“智能”。目前，關于人工智能中“人工”的定義爭議不大，但在“智能”上卻存在很大分歧，它涉及到人工智能、知識、思維等要素作為世界三大前沿技術不斷發(fā)展的意義，特別是在當今時代背景下，互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息技術進一步推動了人工智能的發(fā)展，在人工智能的發(fā)展歷程中，越來越多的理論被提出，并被廣泛應用于社會生活和生產(chǎn)的各個方面，目前的人工智能具有很高的智能化水平，它能夠在一些簡單的工作中代替人，也能在一些簡單的工作中代替人智力勞動。人工智能一詞近年來被廣泛提及。簡而言之，它是指計算機模仿人類神經(jīng)網(wǎng)絡和判斷系統(tǒng)，獨立地識別、判斷和處理對象。與人類相比，計算機具有強大的計算能力，可以更快更準確地處理數(shù)據(jù)。從社會生活角度來說，人工智能可以解放更多的勞動力投入其他生產(chǎn)活動中，精簡生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率。從災難救援角度來說，搭載人工智能的無人機可以替代救援人員完成偵查和搜救工作，避免出現(xiàn)不必要的人員傷亡。

2 計算機發(fā)展趨勢

2.1 量子計算機

量子計算機是基于量子力學技術研發(fā)的計算機，主要用于大批量處理、分析、計算數(shù)據(jù)。量子計算機的數(shù)據(jù)存儲量巨大，遠超傳統(tǒng)計算機，其安全性能也是傳統(tǒng)計算機無法比擬的。

2.2 光子計算機

光子計算機的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)的計算機線互連方式變成了光互連的形式，而這種工作方式也成為一種更加現(xiàn)代化的光操作方式。所謂光操作，是指各種數(shù)據(jù)信息用不同波長的光來表示。

2.3 納米計算機

在某些高科技領域，納米計算機的使用越來越廣泛。這是一種全新的計算機技術，將傳統(tǒng)的計算機科學和納米技術緊密結合在一起。納米計算機中使用的納米組件尺寸更小，質(zhì)量更可靠，導電性更佳。

3 計算機科學與技術的應用現(xiàn)狀

電子技術降低了計算機的制造成本。手機、平板電腦等電子產(chǎn)品逐漸向親民化、智能化、便攜化發(fā)展。電子產(chǎn)品已經(jīng)由高檔科技產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)槿粘ｋ娮赢a(chǎn)品。計算機技術的發(fā)展成果正惠及千家萬戶。大眾的日常生活已經(jīng)離不開計算機，電子產(chǎn)品更是成為人們工作、娛樂、休閑的重要工具。學生可以使用電子產(chǎn)品查閱學習資料，教師可以使用電子產(chǎn)品準備教案，旅客可以使用電子產(chǎn)品規(guī)劃行程。由于電子產(chǎn)品極強的便攜性和便利性，人們對計算機的接受程度極高，都很樂意接受被電子科技改變后的生活方式。計算機科學技術改變了社會發(fā)展，改變了日常生活，更改變了人們的思想觀念。為了適應社會不同發(fā)展階段的不同需求，計算機科學技術的發(fā)展趨勢逐漸趨向?qū)I(yè)化和多方向化。研究人員根據(jù)社會發(fā)展需要，設計開發(fā)了具有獨特功能的產(chǎn)品。

電子信息技術改變了信息的傳播和收集方式。目前，海量的信息匯聚于互聯(lián)網(wǎng)中，這些信息蘊含著巨大的經(jīng)濟價值。為了應對海量的數(shù)據(jù)信息，人們不得不發(fā)展計算機技術，不斷提高計算機的信息處理、數(shù)據(jù)分析的能力，縮短處理時間?；ヂ?lián)網(wǎng)收納了大量信息，包括無用的垃圾信息和寶貴的用戶信息。如何最快地從網(wǎng)絡中篩選出蘊含價值的用戶信息，是現(xiàn)代企業(yè)必須解決的問題。信息優(yōu)勢直接決定了企業(yè)的生命力和競爭力。得益于計算機技術的飛速發(fā)展，智能化管理已經(jīng)成為大部分企業(yè)的常用管理模式。這種管理模式基于計算機技術，以用戶特征為標準，對每個用戶進行分類并納入數(shù)據(jù)庫，從而為計算機提供可用于分析的數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)優(yōu)化服務的目的。企業(yè)還可以加強產(chǎn)品和數(shù)據(jù)的匹配，提高信息和資源的利用率，把科技服務于民眾，使民眾生活更加便捷和方便。

4 計算機科學和技術發(fā)展的總體方向

計算機最初的興起可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)，戰(zhàn)爭期間對信息處理的迫切需要，使得大量的相關資源和人力資源投入到計算機的研發(fā)過程中，從而促進了計算機的誕生。計算機的普及是由于科研院所、政府部門和大學實驗室對信息處理的需求不斷增加。在先進技術和工程設計領域，對計算速度和存儲容量提出了更高的要求。這一切的需求都使得計算機獲到了更好的發(fā)展資源。而在商用計算機領域，計算機新產(chǎn)品的發(fā)布先于競爭對手通常意味著自己可以獲得更多的市場份額。因此，在行業(yè)競爭及自身利益的驅(qū)動下，計算機相關企業(yè)不斷加快新技術的開發(fā)和研究，從而使計算機技術的發(fā)展得以滿足不斷提高的市場需求。這些都極大地促進了計算機科學和技術的發(fā)展速度。計算機科學技術不僅應用于管理系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)及教育系統(tǒng)中，還廣泛應用于軍事、國防、科研等重要領域。只有不斷加速計算機科學技術的更新和新品種的升級，才能更好地增強國家的綜合競爭力。

計算機科學技術的不斷發(fā)展，給人們的工作和生活帶來了巨大的變化，也促進了社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對計算機技術的研究更加全面。隨著計算機科學技術的不斷發(fā)展，大家需要認識到研究計算機發(fā)展趨勢的重要性。近年來，計算機的發(fā)展越來越迅速，短短幾年便能發(fā)生翻天覆地的變化，而且這種變化在未來仍將持續(xù)下去。因此，為了引導計算機科學技術走上更加健康、快速的發(fā)展道路，有必要對計算機技術的發(fā)展趨勢進行研究。

向更“高”的方向發(fā)展，即更高的集成度。軟件并行是現(xiàn)代計算機的基礎功能。在計算機初問世時期，由于處理器性能限制，用戶同一時間只能運行一款程序。一旦并行程序過多，計算機的處理能力無法承載，可能出現(xiàn)卡死、崩潰、關機等現(xiàn)象，影響用戶的工作效率，延長工作時間。多核處理器問世后，從民用計算機到軍用計算機都安裝了多核處理器。四核和八核，是多核處理器常見的兩種規(guī)格。多核處理器相比單核處理器的優(yōu)勢是核心集成度高，可以支持程序并行操作，強大的計算能力為用戶提供了流暢的使用體驗。計算機主頻率是體現(xiàn)多核處理器性能的重要數(shù)據(jù)。主頻率越高，計算機的計算速度越快，整體性能越穩(wěn)定。英特爾開發(fā)的一個微處理器之上可以集成超過十億個晶體管，而一臺計算機可以擁有不止一個處理器，可以擁有和使用數(shù)十個、數(shù)百個甚至更多個處理器并行處理。目前，全球范圍內(nèi)最先進的計算機集成了數(shù)萬個處理器，其性能和穩(wěn)定性遠超普通計算機。操作系統(tǒng)是影響處理器并行的關鍵因素。處理器并行的本質(zhì)是處理器之間相互通信，高速通信需要操作系統(tǒng)連接不同的計算機。為了保證通信有序、信息傳遞順暢，操作系統(tǒng)還必須具有協(xié)調(diào)多個計算機的功能。

向更廣泛的領域發(fā)展。隨著計算機的快速發(fā)展，計算機已經(jīng)得到普及，進入尋常百姓生活及工作之中?！皬V泛性”的發(fā)展是指網(wǎng)絡范圍的擴大并逐漸滲透到民眾生活及工作等各個領域之中。計算機科學技術的發(fā)展程度直接決定了計算機技術的影響范圍。硅芯片技術越強大，計算機技術隨之強大。硅芯片技術是計算機技術的本質(zhì)。進入科研領域和社會領域后，計算機技術在無數(shù)科學家的努力下，獲得了豐富的研究成果。計算機技術的普及范圍逐漸擴大，普及率逐漸上升，計算機進入了每家每戶。產(chǎn)品技術應用是計算機技術的未來發(fā)展方向。計算機的普及率已經(jīng)足夠高，但軟件的用途不夠豐富。先進的計算機技術勢必可以支撐更高端的產(chǎn)品應用。

物聯(lián)網(wǎng)是高端計算機應用的典型代表。物聯(lián)網(wǎng)的應用優(yōu)勢極強，可以根據(jù)用戶的需求連接多種對象，并且操作簡單，為企業(yè)生產(chǎn)和日常生活都提供了便利。未來，計算機將像目前的各種電器一樣，無處不在。在關于未來智能化生活中的暢想中，人們生活中的很多東西都將由智能化的計算機控制，實現(xiàn)萬物互聯(lián)。

5 計算機科學技術的發(fā)展特點

為了更好地適應時代發(fā)展的需要，計算機科學技術也逐漸朝著高效的方向發(fā)展。計算機的微處理器集成了大量晶體管。處理器中集成的晶體管越多，計算機的數(shù)據(jù)信息處理能力越強。新處理器和老處理器可以相互兼容，顯著提高計算機的運算能力，縮短人們的工作時間，滿足人們的工作需求。英特爾開發(fā)的一個微處理器之上可以集成超過十億個晶體管，而一臺計算機可以擁有不止一個處理器，可以擁有和使用數(shù)十個、數(shù)百個甚至更多個處理器并行處理。計算機已經(jīng)廣泛應用于中國醫(yī)療系統(tǒng)和教育系統(tǒng)，這兩個特殊的系統(tǒng)對計算機應用的要求更高，對計算機運行效率的要求也更高。

6 計算機的發(fā)展趨勢

計算機科學技術的先進性和便捷性已得到社會各界的普遍認可。隨著自身技術水平的進一步提高，可以預計未來的計算機應用范圍將得到進一步的拓展。消費水平、消費方式是體現(xiàn)人類生活需求的重要指標。當消費水平、消費方式發(fā)生改變時，人們的生活需求也隨之發(fā)生改變?，F(xiàn)代人的消費結構已經(jīng)和溫飽時期的消費結構大不相同，追求生活質(zhì)量、享受科技成果，是現(xiàn)代人的主要消費觀念。為了和消費觀念匹配，人們的消費結構發(fā)生了變化，以計算機為代表的電子產(chǎn)品成為日常生活的必需品。從教育應用領域來看，新媒體教室正得到更廣泛的應用，學生可以通過新媒體課件更直觀地了解和感受到所學知識和內(nèi)容。對于企業(yè)和機構而言，為了提高工作效率，計算機技術在企業(yè)管理、生產(chǎn)活動等各個方面都有著廣泛地應用，如各種財務管理軟件、ERP 企業(yè)資源計劃系統(tǒng)。從的日常生活和工作來看，手機、筆記本等都是必不可少的辦公物品，充分體現(xiàn)了計算機技術向多層次、多領域逐步發(fā)展。

人工智能拓寬了計算機科學的發(fā)展空間，提高了計算機科學的智能水平。計算機科學技術的發(fā)展水平和科學技術的發(fā)展水平息息相關。人工智能時代，人們的應用需求逐漸向個性化、多元化、多樣化發(fā)展。寬帶網(wǎng)絡技術的發(fā)展為熱門提供了更快捷、更方便、更準確的信息搜索渠道。人們不僅可以“足不出戶通曉天下大事”，還可以根據(jù)自己的需求找到所需的信息資源。同時，計算機智能化水平的進一步提高使計算機科學技術被廣泛應用于家庭、國防和軍事等各個方面。這在一定程度上也表明了計算機科學技術的發(fā)展水平得到了很大提升。

更高的發(fā)展方向，是指計算機硬件設備的發(fā)展水平要向更高的方向發(fā)展。CPU 是計算機的核心組成部分，CPU 的數(shù)量、性能、并行效率都直接決定了計算機的整體性能和計算能力。通過運用計算機科學技術，人們不斷將更多的晶體管集成于微處理中，以便提高運行速度，增強計算能力。運行更快、處理更快、計算更快，一直是計算機微處理器的發(fā)展趨勢。中國要緊跟國際發(fā)展趨勢，推動計算機科學技術的更高水平發(fā)展。

綜上所述，人們對計算機的技術需求建立于社會經(jīng)濟發(fā)展和物質(zhì)生活水平之上。得益于社會發(fā)展和生活水平提高，計算機技術獲得了良好的發(fā)展環(huán)境。如果人人都為溫飽奔波，計算機技術自然沒有適合發(fā)展的空間。計算機科學技術方便了社會生活，加快了各行各業(yè)的發(fā)展速度，為國家和個人都提供了極大的便利。目前，計算機技術的研究成果僅適用于現(xiàn)在的發(fā)展水平。隨著需求和技術的不斷提高，計算機技術將進入更廣闊的的研究領域，包括量子力學、材料科學、生物科學、人工智能等。社會、國家、世界的發(fā)展，加速了計算機科學技術的發(fā)展，計算機科學技術的發(fā)展又作用于社會、國家、世界的發(fā)展。發(fā)展技術都是為了滿足需求，更先進的技術催生了更大的需求。人類可以借助計算機技術探索文明，探索宇宙，探索生物的起源。