全面解析美国热门专业CS：CS下的14个分

在美国计算机科学领域，顶尖的学校比底层的学校拥有巨大的优势，超过8%的图灵奖得主集中在前十。这些学校在学术界和计算机行业都很有影响力。因此，对于想在美国攻读计算机科学高级学位的中国学生来说，与其他专业相比，尽可能多地进入顶尖学校是一种更加现实和迫切的需求。以下是CS专业14个分支的详细介绍:

1、系统与网络（System and Network）

计算机网络是利用通信设备和线路将具有不同地理位置和独立功能的多个计算机系统连接起来，利用完善的网络软件实现网络的硬件、软件、资源共享和信息传输的系统。简单地说，它是一个连接两台或多台计算机进行通信的系统。本分支的主要学习内容为:

基本网络理论

拓扑结构

相关的硬件组件

传输介质光纤、同轴电缆、双绞线电缆传输、卫星传输、红外传输、激光传输、无线电波等无线传输，到各种网络协议。

2. 人工智能与机器人

（Artificial Intelligence and Robotics）

主要包括：机器意识（包括机器学习，知识表达与推论，机器人）、动态系统模拟、动力学计算、触觉控制（haptic control）自然语言习得与处理、计算语言学、统计语言技术、自动推理、图形图像、人机交互、成像感知与传感器、概率推论、神经估算、计算机视觉、视觉场景认知、模式识别、人工免疫、神经网络、遗传算法、小波分析、信息系统以及计划、信息提取、制造和控制理论

3、计算机隐私与安全（Privacy and Security）

简而言之，计算机安全就是保护计算机和网络免受滥用和干扰。从历史上看，计算机攻击通常涉及攻击系统的完整性、保密性和可用性。但是现在信息安全技术已经得到了发展，不仅包括对上述攻击的防御，而且还增加了更多的应用，如垃圾邮件，并防止身份盗窃造成的信息泄漏。

4、编程语言（Programming Language）

这包括开发新的编程语言，帮助程序员以一种实用而有效的方式开发可靠的软件，计算机辅助语言学习，计算语言学，从基本类型理论，自动定理证明，语义等。开发当今基于语言的方法解决计算机安全和分布式编程中的主要问题，应用语言进行编程分析和优化，可以从根本上提高软件的可靠性和安全性。

5、 数据库（Database）

数据管理相关的所有方面,包括数据存储、数据检索、数据分析和可视化,比如非常大的数据集的高效算法的发展,各种新领域的应用程序建立一个大型数据系统,还有跨学科研究等领域,和适用领域有一个电脑游戏设计,数据隐私和安全等。

6、计算机图形学（Computer Graphics）

计算机图形学（Computer Graphics，简称CG）是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。 如何在计算机中表示图形,以及如何利用计算机进行图形的生成、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要学习内容。图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是由线条组成的图形，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是类似于照片的明暗图（Shading），也就是通常所说的真实感图形。

7、 生物信息学与计算生物学（Bioinformatics and Computational Biology）

人类基因工程的完成对现代生物学新的计算和理论工具提出了新的要求。这些计算和理论工具对于分析、理解和控制生命的特定信息是必不可少的。生物信息学和计算生物学就是在这样的历史背景下产生的。这个方向是一个新兴的研究领域，主要运用应用数学、信息学、统计学和计算机科学方法来研究生物问题，所以从事这个方向的学生也有必要具备较强的数学和统计学背景。目前的研究方法包括生物数据的检索收集和筛选、处理编辑、组织、管理和显示和利用计算和模拟。

8、 算法（Algorithm）

广义上说，上面的算法是指解决问题所采取的方法和步骤，而CS下的算法是指计算机解决问题或完成任务所需要的一系列清晰的指令。算法的优劣可以通过空间复杂度和时间复杂度来衡量。现代算法理论的主要研究目标是如何开发更高效的算法，研究相关算法的设计方法和实现技术。

9、 计算机理论（Computer Theory）

计算机理论，顾名思义，是一门为计算机科学的发展和研究提供理论基础的学科。这门课程涉及到的核心研究CS主题,涵盖了计算复杂度,可以分为语法和自动机,逻辑,和语义的五个部分,包括可计算性理论,正式的语言,逻辑,自动扣除,计算复杂性和编程语言的语义内容,如研究和研究内容之间的关系。

1、科学计算（Scientific Computing）

科学计算，又称为计算科学，它的主要学习内容和研究领域是利用数学模型的构造以及数量分析的技术，通过计算机来分析和解决科学问题。在实际的应用中，科学计算经常用于计算机仿真以及其它各种问题的数学计算，包括数值模拟、模型拟合与数据分析以及最优化计算等等。数值分析（Numerical analysis），是科学计算专业方向中所会应用到的核心方法。

11、 软件工程（Software Engineering）

软件工程是研究构建和维护有效、实用和高质量软件的工程方法。其目标是在提高软件质量、设计新形式和结构、开发新技术以降低软件系统的成本、提高软件的正确性和实用性这三大时间、资源和人员约束下，构建满足用户需求的软件系统。软件工程关注的是如何为用户创造价值。在学习内容方面，涉及到编程语言、数据库、软件开发工具、系统平台、标准、设计模式等方面。

12、 计算机视觉（Computer Vision）

计算机视觉是指利用摄像机和计算机代替人眼来识别、跟踪和测量目标等机器视觉，并进一步进行图像处理，利用计算机处理使之更适合人眼观察或传送到仪器上检测图像。计算机视觉作为一门科学学科，研究相关理论和技术，试图构建能够从图像或多维数据中提取信息的人工智能系统。经典的计算机视觉应用程序包括识别例如在一组图像或视频中查找包含指定内容的所有图像或视频片段、运动图像跟踪:跟踪运动对象、场景重建和图像恢复。

13、 计算机体系结构（Computer Architecture）

计算机体系结构主要研究计算机的结构、功能及其在电子技术中的应用。摘要:计算机体系结构是系统在其所处环境中的最高层次概念。它建立了计算机硬件和软件之间的连接。具体来说，计算机体系结构是指计算机系统设计的概念和体系结构。它决定了计算机所设计的组件、组件的功能和组件的接口。以常见的von neumann设计为例，架构设计包括:指令集、微架构、数据表示、寻址模式、寄存器定义、指令系统、异常机制、机器工作状态定义与切换、输入输出结构等。

14、 人机交互（Human Computer Interaction）

人机交互HCI是对人、计算机及其交互的研究。人机交互技术是指通过计算机的输入和输出设备，有效地实现人与计算机之间的对话的技术。它包括机器通过输出或显示设备向人们提供大量的信息和提示指令，人们通过输入设备向机器输入信息，回答问题等。人机交互技术是计算机用户界面设计的重要内容之一。它与认知科学、人体工程学、心理学等学科密切相关。

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