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计算机科学范文1
关键词：量子比特；量子力学；量子相干性；并行运算
0 引言
自1946年第一台电子计算机诞生至今，共经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路四个时代。计算机科学日新月异，但其性能却始终满足不了人类日益增长的信息处理需求，且存在不可逾越的“两个极限”。
其一，随着传统硅芯片集成度的提高，芯片内部晶体管数与日俱增，相反其尺寸却越缩越小(如现在的英特尔双核处理器采用最新45纳米制造工艺，在143平方毫米内集成2.91亿晶体管)。根据摩尔定律估算，20年后制造工艺将达到几个原子级大小，甚至更小，从而导致芯片内部微观粒子性越来越弱，相反其波动性逐渐显著，传统宏观物理学定律因此不再适用，而遵循的是微观世界焕然一新的量子力学定理。也就是说，20年后传统计算机将达到它的“物理极限”。
其二，集成度的提高所带来耗能与散热的问题反过来制约着芯片集成度的规模，传统硅芯片集成度的停滞不前将导致计算机发展的“性能极限”。如何解决其发热问题?研究表明，芯片耗能产生于计算过程中的不可逆过程。如处理器对输入两串数据的异或操作而最终结果却只有一列数据的输出，这过程是不可逆的，根据能量守恒定律，消失的数据信号必然会产生热量。倘若输出时处理器能保留一串无用序列，即把不可逆转换为可逆过程，则能从根本上解决芯片耗能问题。利用量子力学里的玄正变换把不可逆转为可逆过程，从而引发了对量子计算的研究。
1 量子计算的基本原理
1.1 传统计算的存储方式
首先回顾传统计算机的工作原理。传统电子计算机采用比特作为信息存储单位。从物理学角度，比特是两态系统，它可保持其中一种可识别状态，即“1”或者“()”。对于“1”和“0”，可利用电流的通断或电平的高低两种方法表示，然后可通过与非门两种逻辑电路的组合实现加、减、乘、除和逻辑运算。如把0～0个数相加，先输入“00”，处理后输入“01”，两者相“与”再输入下个数“10”，以此类推直至处理完第n个数，即输入一次，运算一次，n次输入，n次运算。这种串行处理方式不可避免地制约着传统计算机的运算速率，数据越多影响越深，单次运算的时间累积足可达到惊人的数字。例如在1994年共1600个工作站历时8月才完成对129位(迄今最大长度)因式的分解。倘若分解位数多达1000位，据估算，即使目前最快的计算机也需耗费1025年。而遵循量子力学定理的新一代计算机利用超高速并行运算只需几秒即可得出结果。现在让我们打开量子计算的潘多拉魔盒，走进奇妙神秘的量子世界。
1.2 量子计算的存储方式
量子计算的信息存储单位是量子比特，其两态的表示常用以下两种方式：
(1)利用电子自旋方向。如向左自转状态代表“1”，向右自转状态代表“0”。电子的自转方向可通过电磁波照射加以控制。
(2)利用原子的不同能级。原子有基态和激发态两种能级，规定原子基态时为“0”，激发态时为“1”。其具体状态可通过辨别原子光谱或核磁共振技术辨别。
量子计算在处理0～n个数相加时，采用的是并行处理方式将“00”、“01”、“10”、“11”等n个数据同时输入处理器，并在最后做一次运算得出结果。无论有多少数据，量子计算都是同时输入，运算一次，从而避免了传统计算机输入一次运算一次的耗时过程。当对海量数据进行处理时，这种并行处理方式的速率足以让传统计算机望尘莫及。
1.3 量子叠加态
量子计算为何能实现并行运算呢?根本原因在于量子比特具有“叠加状态”的性质。传统计算机每个比特只能取一种可识别的状态“0”或“1”，而量子比特不仅可以取“0”或“1”，还可同时取“0”和“1”，即其叠加态。以此类推，n位传统比特仅能代表2n中的某一态，而n位量子比特却能同时表示2n个叠加态，这正是量子世界神奇之处。运算时量子计算只须对这2n个量子叠加态处理一次，这就意味着一次同时处理了2n个量子比特(同样的操作传统计算机需处理2n次，因此理论上量子计算工作速率可提高2n倍)，从而实现了并行运算。
量子叠加态恐怕读者一时难以接受，即使当年聪明绝顶的爱因斯坦也颇有微词。但微观世界到底有别于我们所处的宏观世界，存在着既令人惊讶又不得不承认的事实，并取得了多方面验证。以下用量子力学描述量子叠加态。
现有两比特存储单元，经典计算机只能存储00，01，10，11四位二进制数，但同一时刻只能存储其中某一位。而量子比特除了能表示“0”或“1”两态，还可同时表示“0”和“1”的叠加态，量子力学记为：
lφ〉＝al1〉＋blO〉
其中ab分别表示原子处于两态的几率，a＝0时只有“0”态，b＝0时只有“1”态，ab都不为0时既可表示“0”，又可表示“1”。因此，两位量子比特可同时表示4种状态，即在同一时刻可存储4个数，量子力学记为：
1.4 量子相干性
量子计算除可并行运算外，还能快速高效地并行运算，这就用到了量子的另外一个特性――量子相干性。
量子相干性是指量子之间的特殊联系，利用它可从一个或多个量子状态推出其它量子态。譬如两电子发生正向碰撞，若观测到其中一电子是向左自转的，那么根据动量和能量守恒定律，另外一电子必是向右自转。这两电子间所存在的这种联系就是量子相干性。
可以把量子相干性应用于存储当中。若某串量子比特是彼此相干的，则可把此串量子比特视为协同运行的同一整体，对其中某一比特的处理就会影响到其它比特的运行状态，正所谓牵一发而动全身。量子计算之所以能快速高效地运算缘归于此。然而令人遗憾的是量子相干性很难保持，在外部环境影响下很容易丢失相干性从而导致运算错误。虽然采用量子纠错码技术可避免出错，但其也只是发现和纠正错误，却不能从根本上杜绝量子相干性的丢失。因此，到达高效量子计算时代还有一段漫长曲折之路。
2 对传统密码学的冲击
密码通信源远流长。早在2500年前，密码就已广泛应用于战争与外交之中，当今的文学作品也多有涉猎，如汉帝赐董承的衣带诏，文人墨客的藏头诗，金庸笔下的蜡丸信等。随着历史的发展，密码和秘密通讯备受关注，密码学也应运而生。防与攻是一个永恒的活题，当科学家们如火如荼地研究各种加密之策时，破译之道也得以迅速发展。
传统理论认为，大数的因式分解是数学界的一道难题，至今也无有效的解决方案和算法。这一点在密码学有重要应用，现在广泛应用于互联网，银行和金融系统的RSA加密系统就是基于因式难分解而开发出来的。然而，在理论上包括RSA在内的任何加密算法都不是天衣无缝的，利用穷举法可一一破解，只要衡量破解与所耗费的人力物力和时间相比是否合理。如上文提到传统计算机需耗费1025年才能对1000位整数进行因式分解，从时间意义上讲，RSA加密算法是安全的。但是，精通高速并行运算的量子计算一旦问世，萦绕人类很久的因式分解难题迎刃而解，传统密码学将受到前所未有的巨大冲击。但正所谓有矛必有盾，相信届时一套更为安全成熟的量子加密体系终会酝酿而出。
3 近期研究成果
目前量子计算的研究仍处于实验阶段，许多科学家都以极大热忱追寻量子计算的梦想，实现方案虽不少，但以现在的科技水平和实验条件要找到一种合适的载体存储量子比特，并操纵和观测其微观量子态实在是太困难了，各界科学家历时多年才略有所获。
(1)1994年物理学家尼尔和艾萨克子利用丙胺酸制出一台最为基本的量子计算机，虽然只能做一些像1＋1＝2这样简单的运算，但对量子计算的研究具有里程碑的意义。
(2)2000年8月IBM用5个原子作为处理和存储器制造出当时最为先进的量子计算机，并以传统计算机无法匹敌的速度完成对密码学中周期函数的计算。
(3)2000年日本日立公司成功开发出“单电子晶体管”量子元件，它可以控制单个电子的运动，且具有体积小，功耗低的特点(比目前功耗最小的晶体管约低1000倍)。
(4)2001年IBM公司阿曼顿实验室利用核磁共振技术建构出7位量子比特计算机，其实现思想是用离子两个自转状态作为一个量子比特，用微波脉冲作为地址。但此法还不能存储15位以上的量子单元。
(5)2003年5月《Nature》杂志发表了克服量子相关性的实验结果，对克服退相干，实现量子加密、纠错和传输在理论上起到指导作用，从此量子通信振奋人心。
(6)2004年9月，NTT物性科学研究所试制出新一代存储量子比特的新载体――“超导磁束量子位”。它可通过微波照射大幅度提高对量子比特自由度的控制，其量子态也相对容易保持。
计算机科学范文2
关键词计算机；科学与技术；发展趋势
中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号1674-6708（2016）159-0085-03
计算机科学与技术是当前社会各界高度关注的内容，不仅许多盈利性企事业单位对计算机科学与技术的关注度较高，一些社会团体也迫切需要通过计算机科学与技术进行发展环境的改良，因此，很多社会团队都加强了对计算机科学与技术的关注。
1分析计算机科学与技术发展趋势的重要意义
电子计算机的出现很大程度上改变了20世纪40年代以来的人类生活状态，早在计算机技术诞生之初，人类就已经进入了信息化时代。当前，计算机技术广泛存在与人类社会的各个领域，能够使用计算机技术对原有的工作形态进行替代，就能够很大程度上提升计算机技术的应用水平[1]。在当前计算机技术不断发展完善的时代背景下，计算机技术下一步该如何发展是社会各界高度关注的问题。总的来看，计算机设备的发展趋势必须同人类的发展需要相适应，既要保证计算机的服务性能逐步提高，也要保证计算机的使用便捷程度越来于强，还要使计算机技术能够在更加广阔的范围内对人类生活形成积极影响，因此，在计算机技术发展速度较快的情况下，对计算机科学和技术的发展趋势进行研究，是提升计算机技术发展质量的重要工作。
2当前计算机科学与技术的发展现状
2.1计算机科学与技术很大程度上提高了社会发展质量
随着计算机科学与技术的快速发展，我国社会的很多领域使用计算机设备进行了工作方式的改良，并取得了良好的效果[2]。目前，电子计算机是我国公民生活的必备物品，不仅在具备盈利性质的工作领域需要进行计算机的操作，在生活休闲领域也很大程度上需要依靠计算机技术进行生活水平的提升。因此，将计算机技术更好的应用于生活的各个领域，可以使人们的生活质量得到较大的提高。另外，计算机科学技术的发展使得很多工作环境得到了改变，仅仅在计算机运行速度的提高方面，许多公司大量资料的管理效率和管理质量就得到了较大程度的增强。另外，计算机科学技术的发展也使得我国社会的精神娱乐活动得到了较大程度的改良，目前，电子游戏已经广泛的存在于人们生活的各个领域，并很大程度上改善着人们的精神娱乐生活。在计算机科学技术不断发展的背景下，社会各界对计算机科学技术的改良获得了较大程度的认同，人们在计算机的影响下转变了生活的方式，使得社会的精神文明等级不断的得到发展完善。另外，计算机技术在人性化建设方面处于较高的等级，很多新兴技术不仅对一些社会事业进行了工作效率的改良，也从人类生活习惯的角度出发，对提升人类生活质量的机制进行了构建，使得当前社会的人们更加喜爱使用计算机技术进行生活水平的提升。计算机设备的整体体积较小，在运行的过程中也具有较为便捷的特点，因此，计算机技术在提升人们生活便捷性的同时，不会为人们的生活带来较大的负担。计算机技术长期以来处于较快的发展阶段，早在70年前，计算机就已经诞生，最初的计算机设备尚且需要通过电子管技术进行基础性运作，但是，在短短几十年的发展过程中，计算机设备不仅很大程度上缩小的体积，也使得计算机的运行效率得到了较大程度的提高，计算机的功能也更加丰富多样，因此，在计算机科学与技术已经较为成熟的背景下，计算机设备在我国社会发挥了较为重要的积极影响。
2.2计算机科学技术发展引发了一些社会问题
虽然计算机技术是20世纪人类的一项伟大发明，但是，计算机科学与技术的发展还是对人类社会构成了一定的负面影响。计算机技术带来的安全性问题就是计算机技术的主要负面影响之一[3]。例如，计算机网络病毒的出现使得很多计算机设备遭受了严重的威胁，而一些对计算机技术形成依赖的产业，一旦受到计算机病毒的威胁，将很容易出现产业发展质量受损，进而导致很多社会事务不能按照既定的方案进行实现。另外，计算机技术具有较强的复杂性，一旦技术当中的某一细节出现错误，将会在很短的时间内将问题进行扩展，使更多的计算机设备受到不良影响，因此，计算机设备在技术层面的漏洞存在较大的脆弱性，如果遭到网络病毒等因素的影响，将会在很大的社会范围内产生不良影响。
2.3计算机科学技术正处在规范方案的完善阶段
良好的规划设计是提升计算机科学技术发展质量的重要因素，目前，我国的计算机科学技术发展规划方案正处在快速完善的阶段。我国的计算机技术发展方案科学的进行了重要等级的划分，首先，计算机技术需要让步于公共安全事务，任何高科技手段只有在正义的掌握之中才能更好的为人类服务。因此，我国的计算机科学技术需要首先服务于国防事业和公安事业，促进我国社会的公平正义，使我国公民生活在更加安全和谐的环境当中。另外，计算机技术需要服务于关系到国计民生的重大事业当中，尤其在我国经济发展的重要领域，目前已经加强了对计算机科学技术的关注，并对计算机科学技术的发展方案进行了完善，使得我国经济的发展可以得到技术层面的保障，提升我国社会的和谐等级。另外，我国很多规划机构对计算机技术的突出价值进行了分析，并对计算机不同性能的社会影响进行了全面的研究，根据当前我国社会发展的需要，对计算机技术的后续发展方案进行了科学的设计，使计算机设备可以更好的结合现有的各项功能提升社会服务等级。另外，我国在计算机软件和硬件开发领域已经进行了高水平的规划设计，使计算机技术的发展能够借助世界范围内的技术发展情况进行技术应用水平的提升，使计算机技术能够更大程度上提升对社会的积极影响力。
3计算机科学与技术的主要发展趋势
3.1巨型计算机的发展和使用
首先，进行计算机科学技术研究的人员，需要加强对计算机的优势分析，充分了解到计算机技术的高效便捷是计算机技术的主要优势，并从在这一思维出发，对计算机技术的具体发展路径进行科学的规划。要将巨型计算机作为提升计算机技术社会价值的重要研究方向，巨型计算机相比于普通计算机具有更加强大的运算能力，能够在短时间内对大量的信息数据进行处理，并保证处理的准确性。巨型计算机还拥有较强的信息储存功能，在保证信息资源储存安全性和完整性的同时，不会使存储设备占据较大的体积空间，使巨型计算机能够更好的使用于档案管理等涉及到较大信息资源的领域。目前，已经掌握的巨型计算机技术已经可以在一秒的时间内进行百亿次以上的运算，因此，巨型计算机完全可以胜任艺术领域和尖端科技领域的信息存储工作。另外，巨型计算机的内存容量较大，能够保持在百兆字节以上，因此，巨型计算机在气相领域和地质领域能够得到较为广泛的应用。巨型计算机的发展正处于快速阶段，大量的市场需求使得巨型计算机的技术研发获得了大量的利益驱动，因此，巨型计算机的发展必定在短时间内替代传统形式的计算机，并在许多重要的社会领域发挥建设性作用。另外，巨型计算机技术的发展也会很大程度上带动传统计算机技术的发展，使更大社会范围内的事业得到计算机技术的支持。
3.2智能型计算机的发展和使用
目前，智能型计算机的技术正处在快速发展的过程中，智能型计算机最突出的优势是具备平行处理技术，因此，智能型计算机不仅能够对传统计算机的优势进行保留，还能够在相同的时间内对多个信息指令进行高效的处理。另外，智能型计算机拥有较强的数据分析能力，能够在固定的时间内使用多个信息处理机制对信息资源实施高效处置，使信息资源的处理效率能够实现成倍增长。另外，智能型计算机虽然进行多种信息资源的操作，但是，并不会由于信息处理渠道的增加而产生数据处理时间的延长。因此，智能型计算机目前已经受到了我国尖端科技领域的高度重视，并且将智能型计算机的技术使用于复杂信息资源的管理领域，使大量的信息资源可以更加高质量的完成推演和分析，降低尖端科技领域的信息管理成本。另外，智能型计算机在常规服务方面具有较强的人性化特点，因为智能型计算机的设计理念方面同人类大脑有着较为相似的设计意图，使得现有的智能型计算机的服务性能更加贴近人类生活和发展的需求，因此智能型计算机相比于普通形式的计算机拥有较强的人性化特点，在人性化需求较为强烈的社会环境中，依然具备较大的发展空间。
3.3量子计算机的发展和使用
量子计算机科学的运用了量子力学的科学原理对计算机的应用技术进行了改良，使得计算机在处理大量信息资源的过程中能够表现得更加高效。另外，量子计算机在信息处理方面也具有较强的性能，由于量子力学理论在技术层面可以进行逆向处理，使得量子计算机可以在物理装置的协同之下进行信息储存机制的完善。因此，量子计算机在进行大量信息资源储存的过程中，需要根据物理装置的特点进行计算机造作性能的提高，因此，量子计算机可以结合技术的研制需要，对技术发展的过程进行细化处理，结合信息储存功能的需求，对已经掌握的技术进行信息存储层面的在开发，使量子计算机能够丰富信息资源的储存形式，实现对大量信息资源的高水平处理。当前，已经掌握的量子计算机技术，可以高质量的进行激光脉冲的控制，使激光脉冲具备较强的灵活性特点。另外，量子计算机可以使用现有技术对链状分子进行深度控制，并使现有的链状分子能够按照计算机服务的需要进行重新组合，并保证量子计算机能够通过开关装置更好的进行聚合物的处理，提升聚合物的移动频率。另外，量子计算机在技术层面具有量子理论的一些优势，可以通过量子的叠加效益进行计算机存储机制的完善，使计算机的信息总存储量可以得到扩展。量子计算机当前的信息存储效率已经较常规计算机设备高出十几亿倍，并且能够保证信息存储的安全性。
3.4光子计算机的发展和使用
计算机设备在进行基础性信息资源处理的过程中，大多使用电子形式进行储存机制的构建，而光子计算机的出现，使得光子技术替代了电子技术，在计算机应用领域起到了较好的作用。例如，光子计算机传递信息不再需要使用实体导线进行电子资源的连通，只需要使用光子技术对信息实施传递，使信息资源能够更大程度上提升传递的便捷性。另外，信息资源的运算也是决定计算机设备使用性能的重要因素，光子计算机在进行信息运算的过程中，可以利用光子技术对现代化信息运算模式进行操作，使光运算的优势可以得到更大程度的发挥。光子计算机可以将计算机当前处理的信息，以不同形式的光波进行处理，并通过波长的合理控制实现表现质量的提升，使光运算技术能够在更加快速的模式下进行信息资源的处理，因此，光子计算机受到了信息技术领域尤其是计算机技术领域的充分重视，目前正处于快速成熟的阶段。
3.5纳米计算机的发展和使用
纳米计算机属于技术等级较高的计算机，目前在我国一些社会领域并没有得到普及，但在我国尖端科技领域已经得到了广泛的应用。纳米计算机不仅拥有纳米技术的一系列优势，也能够良好的整合传统计算机的一系列优势，因此，纳米计算机在技术层面能够实现新老技术的科学整合。此外，纳米计算机能够很好的进行纳米元件的使用，使纳米计算机可以保证以较小的体积对丰富的信息资源进行处理，因此，纳米计算机在现实操作的过程中有着较强的便捷性特点。另外，在纳米技术不断完善的背景下，纳米计算机的技术正处在快速变革的过程中，目前，很多纳米计算机在导电性能方面已经具备了较为理想的性能。在进行纳米计算机芯片使用的过程中，纳米元件越来越多的受到了技术团队的关注，而传统计算机在进行硬件调整改造的过程中，也将纳米技术使用于中央控制器和信息传感装置等多个方面。另外，纳米计算机在进行信息处理的过程中，可以将大量信息计算设备的功能利用芯片装置进行储存，使计算机的各项技术成果可以构成一个整体的系统。在纳米计算机的硬件设施当中，芯片所占的体积较小，但纳米计算机由于纳米技术的使用，能够在增强信息处理质量方面比传统形式的计算机更具优势，因此，纳米技术是提升纳米计算机实用价值的重要技术，必定在未来的纳米计算机发展过程中发挥关键性作用。
4结论
深入的研究计算机科学与技术的发展现状，并对计算机科学与技术的重要意义进行分析，可以使社会各界更加清楚计算机的发展意义和发展必要性，因此，对计算机的发展趋势实施科学分析，是提升计算机科学与技术发展水平的重要工作。
参考文献
[1]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自化，2010（8）：237-240.
[2]陆枫，金海.计算机本科专业教学改革趋势及其启示——兼谈华中科技大学计算机科学与技术学院的教改经验[J].高等工程教育研究，2014（5）：180-186.
计算机科学范文3
一、计算机科学技术的双重角度辅助应用
步入21世纪新时代以来，国家综合国力和国际竞争力的提升在很大程度上依赖于教育发展和科技知识创新的水平，因此，国家始终将教育摆在优先发展的战略地位，大力推行教育改革，大力提倡以素质教育为主教育改革，为社会新发展全面提供新型人才。新课程改革形势下，素质教育理念要求教育以生为本，面向现代化，面向社会，面向世界，面向未来，更加关注学生自学意识的培养和终身学习观的形成。在计算机教育中，计算机科学技术的应用可以很好地贯彻这一要求，帮助学生自主学习，锻炼学生的自主学习能力，最终促使学生养成终身学习观。目前，随着全球信息化的发展，数字化、信息化、网络化和智能化新型科技的发展，世界逐步成为“地球村”，计算机科学技术的应用给学生的学习和交流创造一个信息量更加丰富、知识体系更加新颖、眼界更加开阔的区域界线不复存在的平台，可以对学生进行教学辅导、科普知识传播、思想道德文化的现代化教育，以使学生更好地适应知识经济时代的发展。在计算机教育中，计算机科学技术的应用从双重角度辅助计算机教育教学，即从教师和学生的双重角度以及教学手段和工具的双重角度发挥作用。当前，计算机科学技术可以从教师的角度辅助教师进行日常管理工作，提供更加丰富的计算机教学内容，给学生的计算机学习提供更多的学习资料；同时，计算机科学技术也可以从学生角度辅助学生的学习，以终端工具和使用工具的形式给学生的计算机作业操作提供平台，辅助学生完成并检查计算机作业，并将学生的学习情况反馈给教师，辅助其进行学生学习的评价和指导。例如，在计算机作为学习工具的时候，计算机可以提供数据库处理软件、文字处理软件、绘图处理软件等多种学习实用软件，辅助学生进行相关学习的测验和检评操作，计算机教学质量便能得以保障和提升。
二、计算机科学技术的教学管理开发应用
（一）计算机科学技术的教学管理应用。
教师和学生之间的交流效果是计算机教学预期效果的必要保证，这就依赖于教师在计算机教学程序上的管理工作，包括对学生计算机学习的统一管理、对学生计算机学习质量的统一测评管理以及对班级计算机教学的日常管理。通常情况下，这些教学管理工作由班主任完成，其管理的繁琐程度大大增加了教师与学生之间相互理解、共同交流的预期效果，在很大程度上阻碍着教师教学管理创作性的发挥。因此，在计算机教学管理中应用计算机科学技术，利用计算机相关软件进行教学管理工作，可以有效降低教学管理的繁琐程度，减轻班主任的教学管理工作量，给教师与学生之间的交流创造更多地时间和机会，交流效果更加理想，计算机教学质量也能得以提升。
（二）计算机科学技术的教学远程开发应用。
就计算机教育的发展现状而言，利用网络通信技术等的计算机科学技术进行计算机远程教育是其核心，也是计算机教育和网络通信技术整合的综合性体现，是计算机教学的远程开发应用。目前，随着科教兴国战略的提出，教育事业的发展受到的社会关注度越来越高，教育事业的创新发展逐步引人关注；其中，作为计算机教学的创新发展，利用计算机科学技术进行计算机教学的远程开发教育是教育界关注的焦点。相比于传统的计算机电视教学，利用科学技术开发的远程教学实时性更高，适时交流效果更为理想。在这种远程教学中，计算机可以将生成的图像和声音呈现给学生，帮助学生进行多种信息转换工作，学生可以适时适地查询到自身想要查询的计算机相关知识，学习资料更加丰富便捷，学习进度更加灵活，计算机教学质量更加高效。
三、结束语
计算机科学范文4
关键词：高校;计算机教育;计算机科学技术
计算机的快速发展使得计算机技术在社会生产生活中得到了广泛的应用，高校人才培养过程中还需要满足社会需要，使得培养出的计算机应用人才能够具备较强的专业知识和实践能力。高校计算机教育中要充分发挥计算机科学技术，强化学生的知识储备，这种学生实践能力的提升。在教学过程中总结相关经验，形成良好的计算机教育模式，能够更好地培养计算机人才。
1高校计算机教育中计算机科学技术应用的意义
1.1打破时空的限制
高校计算机教育中应用计算机科学技术，能够使人们的工作生活有丰富的储存空间，中央处理技术能够帮助人们处理工作生活中的复杂信息，高校教育能够将复杂的教育教学资源储存起来。使用计算机科学技术能够使学生有好的平台查找信息，在计算机网络平台中，学生可以获得丰富的网络学习资源，有助于学生学习能力以及效果的提升。利用计算机网络人们可以将优秀的作品上传到网络信息平台中，学生、教师等可以快速在网络上查找相关资料，供学生欣赏、学习。应用计算机网络技术能够使教师与学生及时沟通，相比于传统的计算机教学，使用计算机科学技术能够突破时空的限制[1]，教师和学生不会再被限制在课堂中学习，教学活动更加灵活。建立高效网络图书馆，学生可以登录网络图书馆，使学生更加便利的阅读、获取知识，使用计算机科学技术，还能够实现跨国交流，使得学生的视野得以拓宽。
1.2便利师生的交流互动
传统计算机教学，教师和学生只能在课堂中学习，教师与学生的沟通也都是在课堂上进行的，课堂教学的40多分钟时间，教师需要完成教学任务，留下的师生互动时间并不多，沟通的效果也不理想。教师与学生课下的互动也不多，不利于教师与学生情感的交流，计算机教学的效果也会受到影响，对于学生学习能力培养也是极为不利的。在高校计算机教育中应用计算机科学技术，能够扩大师生的交流范围，教学不再局限于课堂上，教师与学生可以通过网络建立沟通渠道，不仅能够进行文字交流，还能够通过网络视频与学生进行面对面交流[2]，能够避免双方交流的时空限制，提高教师与学生之间的交流次数，帮助学生解决学习过程中的问题。强化教师与学生间的沟通，使学生与教师能够彼此更加了解，进一步优化计算机教学效果。
1.3提高学生学习的自由性
应用计算机科学技术能够提高学生学习中的自由性。传统计算机教学中，学生是通过教师讲解或书本等形式学习计算机知识，学生不能选择所要学习的内容以及模式，在学习过程中处于被动地位。传统的教师教学模式是灌输式的，不利于学生学习积极性的提升。高校计算机教育中，应用计算机科学技术能够使学生更加自主、自由，学生可以通过网络资源获取相应的学习内容，不会受到教材的限制，能够使学生的知识面得以扩宽，提高学生学习的积极性，能够真正吸收知识。教师也可以利用网络资源开展教学，使得教学内容更加丰富，优化教学效果。
2高校计算机教育中计算机科学技术的应用
2.1将计算机作为工具开展教学
高校计算机教育中，计算机可以作为辅的工具进行教学，应用计算机能够帮助教师获得更多的教学资源，采用科学的教学管理方式，提高计算机教学的效果，使得教学水平得到大幅度提升。计算机可以作为辅的工具开展教学，为学生提供丰富的教学资源，让学生快速的完成学习任务，顺利实现高校计算机教学目标，强化学生的计算机学习效果。计算机中有很多软件，如文字、图片、视频处理软件等，还有些比较专业的视频制作、声音处理软件等[3]。学生查找资料、在线学习等都需要有专门的软件作为依据。因此可以充分发挥计算机的辅助作用，让学生更好地体会计算机教学的趣味性。教师教学过程中还可以使用计算机工具对教学活动效果进行检验，充分发挥计算机软件作用，使教学活动检验中体现教师教学模式与教学效果，计算机教学中将计算机考级制度作为考核的重要标准。
2.2应用多媒体计算机交互技术
如今高校计算机网络不断形成优化，校园网络知识库也日渐完善，高校计算机教学与管理更加便捷。高校计算机教育中应用计算机科学技术有助于强化学生的实践能力，将计算机知识内容能够更好地呈现给学生，教师也可以结合学生的表现以及实践能力对学生进行针对性的指导，更好地监督学生的学习情况，进一步优化计算机教学效果。应用计算机网络有助于教师与学生的交流，通过计算机交互技术进行教学，优化计算机教学的效果。2.3应用远程通信、网络技术在高校计算机教育中使用远程通信网络技术能够更好地优化教学效果，使得学生的计算机应用能力能够在计算机教育中得到充分的发挥。在高校计算机教育中，将远程通信、网络技术等作为基础和前提，充分发挥计算机网络的交互以及分布性特点，实现计算机的远程教育，进一步丰富服务方式。使用远程通信以及网络技术进行计算机教学已经获得了良好的效果，当前各国学者也在积极研究探索远程教育模式，充分发挥其优势作用。以往的高校计算机教学中交互性是极为必要的，也就是过教师与学生之间的互动交流。使用多媒体教学能够在计算机教学中观看图片、视频等[4]，此外教师可以充分发挥计算机网络文字以及语音传输等功能的作用开展教学，使计算机教学活动更加生动、趣味，使得教学效果得以优化。计算机教学能够更加灵活，学生的学习过程中能够更加自由，教师将制作好的教学视频上传到网络上，学生可以根据自己的时间情况合理安排自己的学习，使计算机教学更加人性化。
3结语
总而言之，如今计算机科学技术快速发展，在高校计算机教育中应用计算机科学技术具有积极的意义，能够将不同的教学模式和内容提供给学生，提高学生的计算机学习积极性，顺利教育改革需要，满足社会对人才的需要。计算机教育课程也逐渐实现现代化的发展，教师在计算机课堂教学中积极探索，采用针对性的教育方法，使学生成长为综合性的人才，能够为未来社会发展提供动力支持。
作者:张欣澍 单位:上海建桥学院
参考文献
[1]高芳健.计算机科学技术在高校计算机教育中的应用[J].信息与电脑:理论版,2016(10):210-212.
[2]孙业飞.计算机科学技术在高校计算机教育中的应用[J].电子技术与软件工程,2016(18):186.
计算机科学范文5
关键词 时态逻辑 计算机科学 发展
中图分类号：TP301 文献标识码：A
时态逻辑（又称时序逻辑、时间逻辑）作为描述根据时间限定的命题或推理所使用的任意规则和符号系统，是模态逻辑的一个重要分支。在命题逻辑的基础上，Arthur Norman Prior在上个世纪50年代几乎独自创建了这一现代逻辑的重要分支的基础，对时态逻辑的发展具有里程碑意义，被视为“时态逻辑之父”。从上个世纪80年代开始，在其他学科如：计算机科学、数学、人工智能以及语言学等的发展需要的促进下，时态逻辑获得了新的进一步的发展，从而形成了一些不仅具有理论意义而且也有丰富的实际应用价值的成果。
1 计算机科学中时态逻辑的形式化
在逻辑学中，形式化是指分析、研究思维形式结构的方法。“逻辑学的研究对象是思维的形式和规律，但这里的思维形式并非指的是人们思维过程中，能动地、概括地间接反映现实世界的过程中所使用的那些形式，即具体的概念、判断和推理，而是撇开了它们的具体内容，仅仅抽象出其一般的形式结构的概念、判断和推理，这种逻辑形式通常借助于一定的语言形式来表达。”传统的形式逻辑，是以自然语言为主要表述手段，这种表述接近日常思维实际，却存在歧义、模糊、不够精确的缺点。现代形式逻辑则以人工语言为主要表述手段，引入符号语言表达变项和常项。
在计算机科学领域，形式化方法是一种建立在严格的数学基础上，具有精确数学表达形式和语义的开发方法。这种开发方法试图实现从软件的规范，软件的设计到软件的代码实现自动转换和验证，从而充分保证系统的正确性和可靠性。在软件开发过程中，最初级最原始的描述系统也就是规范的方法是用日常语言，这是一种非形式化方法，但这种描述方法可能存在模糊性、歧义性和层次混乱的缺点。
2 时态逻辑对计算机科学的贡献
时态逻辑不仅可以作为哲学分析的有力工具，还对语言学、数学和计算机科学等其他学科产生了重要的影响，尤其是在计算机科学中。近些年来，软件工程、人工智能发展迅猛，时态逻辑对计算机科学的重要影响逐渐被人们所认知。在计算机出现初期，其功能相当于一个十分庞大的计算器，输入数字后，输出计算结果。直到20世纪70年代，计算机科学家们认为有必要对这些输出的计算结果进行正确性验证，可是由于计算机功能的越发强大，数据具有多任务和多变化的特性，对其进行核查会越发的艰难。因此，计算机科学家们必须去研究在时间的推移下计算机系统的行为这一因素。于是，在这样的背景下，这一理论在20世纪70年代被数学家Amir Pnueli和他的搭档Zohar Manna引入计算机科学中，在计算机科学中得到了迅速的发展。时态逻辑是形式逻辑的一个分支，是经典逻辑的一个简单的扩充，它提供了一个很自然的方式来描述程序中的时态行为。时态逻辑能够以一种简单、自然地方式来支持层次化的规范和验证。
时态逻辑对计算机科学的发展还有一个有用之处是：时态逻辑能够表达程序的两个特性：安全性和存活性。安全性用于描述事件必须不会发生，相当于程序中的约束条件；存活性用来描述事件必须最终会发生，它可以防止程序只满足初始条件及影响其它行为。线性时态逻辑显示任何两个不同的时间点都有先后关系，时间序列成不分叉的线状分布的时态。与“线性时态逻辑”相对，在分支时间时态逻辑中，时间的结构有分支树形的性质，即每一个时刻都有多个后继时刻，时间结构就如同一棵有无数分枝的树，树上的每个时间点都有一个到有限多个后继时间。
3对时态逻辑未来发展的展望
可以预见，时态逻辑在计算机科学中不断而深入的应用，将为时态逻辑乃至整个逻辑学提供一种源动力。时态逻辑未来的一个重要发展方向就是扩充发展，在时态逻辑中加入其它的算子就能组成新的逻辑系统。就时态逻辑目前在计算机科学中的应用来看，虽然己经取得了瞩目成就，但计算机科学家们己经看到，同其它形式系统一样，时态逻辑也有其局限性：一是时态逻辑不能很容易的实现并发程序的规范和验证。设计并发程序是一个艰难的过程，时态逻辑提供了一种方法，这种方法能够准确说明程序该做什么和精确分析程序将做什么。精确的推理对任何形式系统来说都是艰难和费时的，但时态逻辑是据我所知能消除并发程序中因时间依赖而产生的细微误差的唯一方法。二是时态逻辑的表达能力有限，除了适合说明和推理并发程序之外，在其它地方用处不大。
4结语
时态逻辑在哲学上作为非经典逻辑的一个分支，研究涉及时间的人类思维中的方方面面，主要体现的是理论性和全面性。时态逻辑作为计算机形式化的一种工具，只研究和工程实践有关的方面，主要体现的是工具性和实用性。不管是在逻辑学还是在计算机科学，时态逻辑都是一个重要的研究课题，而在时态逻辑中引入其它算子，扩充成表达性更强的系统，近年来兴起的一个新的研究课题，也是它的一个十分重要的发展方向。
参考文献
计算机科学范文6
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