1.-信息与计算科学前沿选讲.ppt

信息与计算科学前沿选讲 江南大学数理研究所 潘正华 信息与计算科学专业的主要学习与研究内容 信息与计算科学，就其范畴与研究内容而言，是数学、计算机科学、信息科学等交叉的一门学科，远超出数学学科的范围。虽作为数学学科下的一个理科专业，信息与计算科学专业主要学习研究“信息技术的核心基础以及运用现代计算工具高效求解科学与工程问题的数学理论与方法”。 更简明地说，信息与计算科学研究信息技术、计算技术的数学基础。 国家自然科学基金“十一五”发展计划信息科学优先发展领域 未来通信理论与系统 先进信息处理 电磁波产生、传播及应用的新理论与技术 新型计算系统与网络系统 计算机挑战性应用关键技术 人工智能与先进机器人 系统感知、建模、分析与控制 半导体集成化芯片系统（SOC）基础研究 光信息处理显示中的关键科学问题 先进光子学技术 等等。 信息科学部 “信息与数学交叉类” 项目 信息科学部与数理科学部自2005年将继续资助迫切需要从信息与数学两个领域的角度进行研究的信息与数学交叉类项目，其资助强度与资助率将不低于面上项目中同类项目。拟资助的交叉领域包括：现代计算机科学中的数学方法、信息安全、信息系统和先进控制理论中的数学方法。鼓励（但不限于）进行以下交叉项目研究： 1．实数的整数化表示理论与算法 设计用整数正确表示实数的理论与算法，并在计算机中实现该算法，给出该算法的复杂性分析。 2．软件系统的形式化表示理论与方法 　　用形式化理论与方法描述、表示实用的软件系统，不仅可用于实时应用的软件系统，而且可用于交互式的多离散事件的软件系统。 3．安全软件系统的设计理论与方法 　　结合典型软件系统（系统软件或应用软件）分析、设计、开发提高软件系统安全性能的理论、算法与体系结构，并测试和证明理论与实践两个方面该理论、算法与体系结构的优越性。 4．新型软件体系结构的理论研究 　　针对软件应用时代特征与需求，研究新型软件体系结构及理论与方法，并结合实用软件体系给出相应的科学特征。 5．软件系统正确性证明理论研究 　　给出研究开发软件系统的正确性理论与方法，怎样做才能保证所开发软件的正确性。 6．应用需求工程的形式化表示理论与方法 国外信息科技领域发展规划与研究前沿 美国、欧盟、俄国、日本、澳大利亚和印度这五国一盟的中长期信息科学技术发展规划以及其中部分国家在信息技术领域的经费预算投入与分配情况。 详见《主要国家信息科技领域发展规划与研究前沿述评 》。 前沿选讲内容 计算机与数学的关系的基本认识 信息科学研究的一些前沿领域 a. 人工智能(AI)研究；b.知识表示与推理；c.机器学习与知识发现；d.自然语言处理；…。 计算科学研究的一些前沿领域 a. 数学定理机器证明；b. 语义网；c.可信计算; 网格计算；神经网络；…。 一. 计算机与数学关系的基本认识 1.计算机发展思想的简单回顾 Boole代数：1854年，布尔著作《思维规律研究》,创立逻辑函数只取0/1两个值的布尔代数。 统计分析机: 1889年,豪列利特发明; Turing机: 1936年,数学家图灵创立了理想计算机理论，从而证明了通用数字计算机实现的可行性。 冯.诺依曼指令存储思想: 20世纪40年代，冯.诺依曼等在计算机体系结构研究中提出，将决定计算机每一步动作的指令（数据和程序）输入到特定的记忆装置（存储器）中，以及将数据用0与1进行编码后“串行”处理的思想。 上述表明 二十世纪四十年代中期前,计算机科学与技术研究发展的过程，实际上与不同时期数学理论的发展密切相关，每一种计算机（器）的发明都是相应时期数学思想、理论和方法的物质（机器）再现。为1946年第一台电子数字计算机ENIAC (Electronic Numercal Integator and Computer) 的诞生奠定了基础。 2.计算机科学的理论基础 计算机是融汇了众多科学技术的产物，是推动人类进入今天信息时代的核心技术，时至今日，尽管计算机发展五十多年，其理论原理与基本系统设计仍遵循冯.诺依曼和图灵的数学思想。 在理论计算机科学界普遍认为，莱布尼兹的思维演算、冯.诺依曼的指令存储与串行处理、图灵的理想计算机思想，以及他们的后继者的数学研究成果一直是计算机发展的基本指导原则。 3.算法 因为计算机解决人交给的任一实际问题，必须是由人把求解问题的方法与步骤即“算法”以程序（一系列指令和数据）方式输入给计算机，计算机处理的过程是将程序中由人确定的一条条指令（命令）原原本本地依序执行，经过有穷步后得出结论。 算法要具有能行性，算法论是数学研究中的一个重要方向。 4.计算机科学中的