信息與計算科學在幾個領域中的應用

張 淵

合肥工業(yè)大學，安徽 合肥 230031

信息時代的全面來臨，信息技術領域與數(shù)學技術的科學結合，對科技發(fā)展產(chǎn)生推動作用。同時，工程實踐與科學方面，數(shù)學也提供重要的基礎支持，也成為備受關注的焦點。目前，信息技術的深入科學研究，由此衍生形成信息與計算科學，也成為全新的學科之一，位于高校教學獲得重點關注，同時，也對科學技術創(chuàng)新發(fā)展產(chǎn)生重要的影響和意義。大數(shù)據(jù)、云計算與人工智能等快速發(fā)展，使得信息技術也得以不斷創(chuàng)新，而信息與計算科學也在眾多領域獲得重點應用，并發(fā)揮著至關重要的影響和作用。

一、信息與計算科學專業(yè)相關概述

（一）信息與計算科學專業(yè)概述分析

針對信息與計算科學專業(yè)，具體設計涵蓋信息科學以及計算科學基礎學科。最初，是以“計算數(shù)學”命名的學科，教育部門在高校教育事業(yè)改革期間，對計算數(shù)學作出重新命名，改稱“信息與計算科學”?；趹?zhàn)略層面分析，基于信息領域，通過對計算機管理、數(shù)學以及信息等有關專業(yè)作出整合，以大類分析，專業(yè)范疇主要以計算機科學與技術類為主。招生定位以及培養(yǎng)目標方面，則是以培養(yǎng)應用型復合人才為主，要求其具備數(shù)學基礎知識的同時，對計算機專業(yè)知識做到熟練掌握。隨著教育事業(yè)的進一步改革發(fā)展，信息與計算科學也被歸入數(shù)學專業(yè)，研究內(nèi)容上，則是應用現(xiàn)代計算工具，以此對工程、科學問題等提出科學解決的數(shù)學方法以及理論。

（二）信息與計算科學專業(yè)設置必要性分析

隨著計算機互聯(lián)網(wǎng)的問世，人類社會從工業(yè)社會向信息社會逐步變革。并且，不同學者對工業(yè)社會到信息社會根本性變化的認知也有所不同。奈斯比特認為，首先，技術知識將會直接成為新的財富，而勞動價值論也將會被知識價值論所替代。其次，時間觀念產(chǎn)生了極為重要的變化，人們已經(jīng)不用再像農(nóng)業(yè)社會那樣依賴于過去的經(jīng)驗，也不必再像工業(yè)社會那樣只看重眼前和現(xiàn)狀，而是會更加注重未來。并且將重點放在如何預測未來上。最后，針對生活目標也產(chǎn)生了一定的變化，這也便意味著是人與人之間存在競爭，而不再是人和自然之間的一種競爭。然而在今天，有些人依舊不是十分習慣在一個信息背景極為廣泛的環(huán)境中去獲取并且交流信息。

（三）信息與計算科學專業(yè)的培養(yǎng)目標分析

信息科學有著極為豐富的內(nèi)涵，其中包括計算機技術、收集處理和電子技術信息的傳遞等，而信息科學的任務主要包含著研究各種信息以及信息當中所涉及的現(xiàn)象和規(guī)律，在以上領域運用方法、技術以及手段?？梢哉f，無論是從信息科學的內(nèi)容進行分析還是從信息科學的任務觀察來看，信息與計算機科學有著非常緊密地聯(lián)系，并且能夠為計算科學等數(shù)學學科提供更加先進的手段。在此過程中，新的要求也體現(xiàn)出來，信息與計算科學專業(yè)的相關人才要掌握堅實的數(shù)學功底和計算機基礎。

二、發(fā)展信息與計算科學的意義

隨著社會經(jīng)濟和信息技術的發(fā)展，我國信息產(chǎn)業(yè)和計算科學領域取得了重大突破。一些發(fā)達國家之所以擁有雄厚的經(jīng)濟實力，是因為其掌握了先進的信息技術和計算科學技術。而且，對于傳統(tǒng)各個行業(yè)發(fā)展來說，僅依靠人力支撐難以滿足日益規(guī)?；男袠I(yè)發(fā)展。因此，要想促進社會和行業(yè)生產(chǎn)力的進一步提高，發(fā)展科技是不二法門。只有重視信息與計算科學產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，才能為各行各業(yè)提供新型發(fā)展渠道，借助信息與計算科學的力量，為各行業(yè)的生產(chǎn)節(jié)省人力，全面推動我國經(jīng)濟社會創(chuàng)新發(fā)展。

三、信息與計算科學在幾個領域中的應用

在對信息與計算科學專業(yè)進行足夠了解之后發(fā)現(xiàn)，信息與計算科學的應用具體可以分為兩個方向進行觀察：從就業(yè)方向來看，信息與計算科學能夠在IT行業(yè)得到非常理想的發(fā)展，尤其是在現(xiàn)階段的大數(shù)據(jù)環(huán)境之下，大數(shù)據(jù)領域能夠為信息與計算科學專業(yè)人才提供很多崗位。例如，大數(shù)據(jù)開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整理等。而這類崗位的人才需求量還會隨著大數(shù)據(jù)環(huán)境的不斷發(fā)展而發(fā)展。與此同時，一些傳統(tǒng)的軟件開發(fā)崗位也會為信息與技術科學專業(yè)人才提供對口的職位。從上升空間來看，因為信息與計算科學專業(yè)有著非常健全的數(shù)學知識結構，因此，在軟件開發(fā)崗位上，信息與計算科學專業(yè)人才還有著較大的上升空間，既可以走研發(fā)路線，又可以選擇人工智能相關方向。具體來說，則會涉及到在以下幾個領域中的應用。

（一）工程領域：數(shù)學計算、科學計算

工程計算領域，有關數(shù)據(jù)科學計算功能，具體體現(xiàn)在：位于工程領域，純科學計算的運用，如MATLAB語言，其屬于數(shù)學計算平臺，是由美國THE MATH WORKS公司經(jīng)過科學研發(fā)所發(fā)展形成的。針對此軟件，以矩陣計算方面的功能尤為突出，具有明顯的超前性，在工程界，為計算提供可靠保障。主要涉及如下方面：

第一，有關函數(shù)收斂性，計算更加精簡快速。針對函數(shù)收斂問題，即函數(shù)位于某點收斂，自變量無限接近該點，函數(shù)值存在極限，且通過該點值保持對應。針對論證、計算過程，位于工程計算方面，較為常見，而針對求解過程，存在明顯的復雜性以及繁冗性，求解結果存在較大變化情況。所以，函數(shù)是否收斂則顯得尤為重要，可對計算結構正確性做出有效衡量。不過，有關函數(shù)是否收斂，對此進行科學準確驗證期間，需采取反復大量計算，方可獲得最終結論，工作效率無法得到充分保證。鑒于此，以MATLAB編程為主，確保收斂性試驗更加快速，使計算過程可以更加快速準確。

第二，有關大量矩陣問題，可通過MATLAB完成快速準確處理。部分科學研究與實踐活動，涉及到最優(yōu)解求解，涵蓋大量龐大矩陣，若是以人工方式為主，勢必無法做出科學準確結算，即便計算完成，勢必存在相應的錯誤問題。通過MATLAB平臺，僅需對矩陣形式作出準確輸入，選擇相應的程序完成系統(tǒng)計算，輸入數(shù)據(jù)保證準確無誤，則結果也可保證科學精準，同樣可采取反復檢驗。

第三，以工程模型為基礎，加以科學應用。現(xiàn)代工程領域，有關精度標準極其嚴格，因此，應構建虛擬模型，完成力學計算，以此為工程質(zhì)量提供可靠保障。現(xiàn)代工程計算，對有限元法的科學應用較為廣泛，以模型為基礎，以網(wǎng)格劃分方式，獲得若干單元，對各單元采取科學求解，以此獲得最終結果，網(wǎng)格劃分的疏密程度，是影響計算精度的重要因素之一。計算機中，有關有限元法的科學運用，具體流程主要為：計算機系統(tǒng)中，以預期設計為基礎，構建虛擬模型，設置具體的材料常數(shù)；以模型為基礎，采取網(wǎng)格劃分，獲得大量小單元；對模型施加荷載與約束；完成科學求解；數(shù)據(jù)后處理。通過一系列流程，便可獲得最終結果。針對ABAQUS軟件，有著廣泛應用，同ANSYS等工程軟件作出對比，ABAQUS軟件優(yōu)勢特點突出：兼容性相對更強，可完成獨立建模，同時，針對其他軟件所構建模型，同樣可以完成有效導入；以建模為標準，ANSYS并非優(yōu)勢最為突出的軟件，不過，其數(shù)據(jù)處理方面，則表現(xiàn)出突出優(yōu)勢，可對模型完成靜態(tài)、動態(tài)分析，并進行裝配接觸等有關基操作，同其他軟件對比，數(shù)據(jù)處理也表現(xiàn)出良好優(yōu)勢。除此之外，ABAQUS軟件，其具有的草圖功能，建模期間若出現(xiàn)錯誤的情況下，可通過草圖做出合理修正。同時，所具有的恢復功能，即便遇到突發(fā)故障或是斷電等問題，可完成緊急存儲，避免造成影響?，F(xiàn)階段，科技創(chuàng)新的背景下，信息與計算科學也成為備受關注的焦點，發(fā)揮著至關重要的影響和意義，工程領域所涉及的科學創(chuàng)新，信息與計算科學有關的應用軟件與平臺也快速出現(xiàn)，為時代改革發(fā)展提供重要推動力［1］。

（二）體育領域：比賽臨場數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理軟件的開發(fā)

體育比賽領域，對信息與計算科學的科學應用，為比賽的有序與科學、公正等提供可靠保障。如排球比賽中，臨場統(tǒng)計軟件的開發(fā)應用，指標采集精準快速，數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計分析速度更快，為統(tǒng)計、分析等環(huán)節(jié)提供可靠保障。除此之外，比賽期間，對比賽有關的各類信息，為教練等人員做出及時準確反饋，為技戰(zhàn)術安排選擇等提供可靠保障，使其能夠更好地掌握主動權以及優(yōu)勝權。比賽結束后，體育項目有關的組織、實施與參與者，可基于統(tǒng)計的數(shù)據(jù)信息，對比賽存在的問題和不足作出進一步的科學深入分析，為制定科學合理的訓練計劃等提供基礎保障。

目前，國內(nèi)球類臨場統(tǒng)計軟件中，對可視化開發(fā)語言的運用相對較多，開發(fā)人員也多為體育工作者，對比賽有關的各類信息等更加了解，基于球類比賽數(shù)據(jù)統(tǒng)計格式與工作管理等，充分發(fā)揮臨場統(tǒng)計的各項基礎功能。不過，雖然此類軟件足夠科學合理，但與國外做出對比，功能方面依然有待完善提升，務必重視基于信息與計算科學為主，做好深入科學研究，使其可以在體育領域發(fā)揮更加重要的作用［2］。

（三）金融財經(jīng)領域：證券模型計算

金融、證券等領域，涉及大量科學計量，依托模型計算與互聯(lián)網(wǎng)等，使理論、實務等方面問題得到有效解決，保證目標結果更加科學精準。比如，有關滬深、中國香港市場，以指數(shù)收益率波動為主，對此作出科學對比研究，并基于計量經(jīng)濟學模型，對波動性特征與收益分布情況，做出準確合理描述，對市場所具有的特點作出清晰解釋，為投資決策者提供規(guī)避風險以及實施監(jiān)督的基礎參考。又如，基于多目標組合證券投資模型及其計算，對股票問題完成科學求解，以滬深股市有關板塊為主，對業(yè)績保持優(yōu)秀、穩(wěn)定的績優(yōu)股，隨機挑選5只用于研究樣本，對標準時間范圍，以月度標準為主，對開盤價、收盤價做出科學研究，并參考其他目標指標信息，通過Excel軟件，求出未來時期的單向期望。與此同時，利用協(xié)方差矩陣，建立均值－方差資產(chǎn)組合模型目標規(guī)劃方程與多目標規(guī)劃方程，求解具體結果，對此采取科學分析，并由此獲得最終結論。有關人員開展相關科學研究，以網(wǎng)格環(huán)境為背景，利用資源分配模擬，并以分布式交易結構為主，以此對證券市場做出真實模擬，并對主要構件作出合理設計。此外，有關研究人員以收盤價為目標，對此展開科學研究，經(jīng)過生態(tài)型、平穩(wěn)性與自相關性以及ARCH檢驗，基于檢驗結果得知，對數(shù)收益率序列，存在明顯的尖峰厚尾左偏性，并保持平穩(wěn)分布狀態(tài)，具有明顯的ARCH效應，所以，我國股票市場中，有關指數(shù)所具有的波動性，可通過GARCH族模型做出科學計算［3］。

（四）教育領域：數(shù)字校園管理

在新課改推動下，教育事業(yè)發(fā)展受到社會各界廣泛關注，信息與計算科學也逐漸在教育行業(yè)中有所運用。首先，傳統(tǒng)的教育管理以教師為中心，但這種管理模式耗費人力較為嚴重，易引發(fā)學生逆反心理，不利于教師開展教學活動。在教育管理方面使用信息與計算科學，可以利用先進的信息設備對各個學生的情況進行數(shù)據(jù)分析，有利于教師掌握每個學生的存在的問題，加強了管理水平。同時，還可以為相關學習項目增添趣味性，調(diào)動了學生學習積極性。其次，學校等教育機構可以先進的信息和計算科學為中心，優(yōu)化當前校園管理模式，一改傳統(tǒng)校園管理模式中依賴于紙質(zhì)資料的低效管理，使其按照個性化文件排列方式，對關鍵的校園管理信息備份文件進行整理，便于后期獲取所需的文件和信息。

（五）銷售領域：商品和消費群體的大數(shù)據(jù)分析

從大數(shù)據(jù)角度上，信息與計算科學可以對商品的采購和銷售渠道進行有效分析，在計算方法上選擇最佳手段，降低采購成本，使企業(yè)利潤最大化。利用以往收集的數(shù)據(jù)對消費群體和傾向全面探究，得到有利于企業(yè)作出戰(zhàn)略計劃的結論，為企業(yè)針對該消費群體的銷售提供理論依據(jù)。在銷售模式方面，利用大數(shù)據(jù)分析可以有效劃分銷售目標群體，對不同群體進行相對應不同產(chǎn)品的銷售工作，極大提升了工作效率，為企業(yè)贏得良好口碑和聲譽，也有助于提升銷售成功概率。

綜上所述，信息革命浪潮席卷而來，在信息化和智能化的背景下，推動信息技術快速發(fā)展，為信息與計算科學的科學研究、應用提供基礎保障。信息技術、數(shù)學技術的出現(xiàn)和應用，在為人類社會發(fā)展提供關鍵動力保障的同時，也對人類生產(chǎn)、發(fā)展產(chǎn)生更加深遠的影響。在當今信息科技高速發(fā)展的時代，信息與計算科學在各領域中的科學應用，勢必更加深刻地影響到時代的變革和發(fā)展。