更新時間：2024-10-06 16:07:08作者：留學之路
計算機涉及的領(lǐng)域非常廣泛， 其分支學科也是非常多。在美國將主要的專業(yè)方向分為人工智能(Artificial Intelligence)，程序應(yīng)用(Programming Language)，計算機系統(tǒng)(Systems)以及計算機理論(theory)這四個部分。而每個部分又有很多的研究方向，諸如人工智能與知識工程， 模式識別與圖像處理軟件，多媒體技術(shù)與圖形學，智能信息系統(tǒng)工程與軟件自動化，數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫，數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用，計算機系統(tǒng)與控制，信息系統(tǒng)安全，計算機安全等等。下面是計算機專業(yè)常見的研究領(lǐng)域。
1、體系結(jié)構(gòu)、編譯器、并行計算和硬件系統(tǒng)設(shè)計
Architecture, Compilers and Parallel Computing/ Hardware Systems and Design/VLSI
體系結(jié)構(gòu)和編譯器的研究主要集中在硬件設(shè)計，編程語言以及下一代編譯器。并行計算研究的包含范圍很廣，包括并行計算的計算模型，并行算法，并行編譯器設(shè)計等。計算機硬件芯片，例如CPU 的結(jié)構(gòu)設(shè)計，內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯門的電子開關(guān)， 了解VLSI 的同學應(yīng)該知道這個方面的研究深度和難度，申請者必須具備很強的邏輯電路基礎(chǔ)知識。
2、系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò) Systems and Networking
可細分為：
(1) 網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)(Networking and distributed systems)：移動通信系統(tǒng)， 無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(wireless protocols)，Ad-hoc 網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)質(zhì)量管理(Quality of Service management(QoS)，多媒體網(wǎng)絡(luò)，計算機對等聯(lián)網(wǎng)(peer-to-peer networking, P2P)，路由，網(wǎng)絡(luò)模擬，主動隊列管理(active queue management, AQM) 和傳感器網(wǎng)絡(luò)(sensor networks)。
(2) 操作系統(tǒng)(Operating system)：分布式資源管理，普適計算(ubiquitous computing/pervasive computing) 環(huán)境管理，反射中間件(reflective middleware)，中間件元級操作系統(tǒng)(middleware “meta-operating systems”)， 面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)設(shè)計，允許單個用戶與多計算機、對等操作系統(tǒng)服務(wù)交互的用戶設(shè)計，上下文敏感的分布式文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心的電源管理，文件/ 存儲系統(tǒng)，自主計算(autonomic computing)，軟件健壯性的系統(tǒng)支持以及數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)支持。
(3) 安全(Security): 隱私，普適計算，無線傳感器(wireless sensors)，移動式和嵌入式計算機，規(guī)范，認證，驗證策略， QoS 保證和拒絕服務(wù)保護，下一代電話通訊，操作系統(tǒng)虛擬化和認證，關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，例如SCADA控制系統(tǒng)和醫(yī)療， 消息系統(tǒng)，安全網(wǎng)關(guān)，可用性安全。
(4) 實時和嵌入式系統(tǒng)(Real-time and embedded systems)：開放式實時系統(tǒng)，Qos 驅(qū)動的實時調(diào)度和通信協(xié)議， 控制設(shè)計和實時調(diào)度整合，實時、容錯和安全協(xié)議整合，網(wǎng)絡(luò)化器件和智能空間的魯棒動態(tài)實時構(gòu)架。
3、理論與算法 Theory and Algorithms
計算機理論研究主要集中在算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析， 以及計算復(fù)雜性的研究。具體包括最優(yōu)化(optimization)，計算幾何和拓撲(computational geometry and topology)，近似算法(approximation algorithms)，密碼(cryptography) 和安全計算(secure computation)， 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(network design)，數(shù)據(jù)挖掘(data mining)，機器學習(machine learning)，有限元網(wǎng)格生成(finite-element mesh generation) 和自動化軟件驗證(automatic software verification)
4、人工智能
Artificial Intelligence
它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學。它企圖了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機器，該領(lǐng)域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。這個領(lǐng)域包含廣泛的研究課題， 包括知識表示，機器學習，計算機視覺，推理和機器人等。
(1)知識表示(knowledge representation)：把知識按照一種有利于推理( 得出結(jié)論) 的方式表示出來。
機器學習(machine learning)：自動學習如何識別復(fù)雜模式并基于數(shù)據(jù)作出智能決策。
(2)計算機視覺(computer vision)：使機器自動從圖像和視頻中提取信息并理解其中包含的視覺概念。
(3)推理(reasoning)：學習推理的計算模型。
(4)機器人(robotics)：工程學和機器人技術(shù)，以及它們的設(shè)計， 制造，應(yīng)用和結(jié)構(gòu)配置。
5、編程語言 Programming Languages
該領(lǐng)域的研究包括計算機語言的設(shè)計與實現(xiàn)，其目標是同時提高開發(fā)人員的開放效率和軟件質(zhì)量。包含如下課題：
(1)程序語言設(shè)計和實現(xiàn)
(Programming Language Design and Implementation)：編譯器優(yōu)化(Compiler optimization)，語義(Semantics)，即時編譯器(JIT complier)，域特定語言(DSL：Domain-specific languages)
(2)編程環(huán)境和工具(Programming Environments and Tools)：監(jiān)控(Monitoring)，程序員搜索引擎(Programmer search engines)，基于模型的設(shè)計(Model-based design)。
(3)程序分析和驗證(Program Analysis and Verification)：模型檢測(Model checking)， 靜態(tài)和動態(tài)分析(Static and dynamic analysis)， 定理證明(Theorem proving)， 實時系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度分析(Schedulability analysis for real-time systems)。
6、數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng) Database and Information Systems
包括以下研究內(nèi)容：
(1)數(shù)據(jù)庫(Database)：數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)查詢、集成，各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)等。
(2)數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining)：從數(shù)據(jù)中提取模式的處理過程。它在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如市場營銷、監(jiān)測、入侵檢測和科學發(fā)現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘和機器學習很相關(guān)，但是數(shù)據(jù)挖掘更關(guān)注實際應(yīng)用。
(3)信息檢索(Information Retrieval)：研究如何提取各種媒體( 文本、音頻、視頻等，目前的研究以文本居多) 中的信息，同時還搜索與之關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫和萬維網(wǎng)。
(4)自然語言處理(Natural language processing)：構(gòu)建一種可以分析、理解和生成自然語言的計算機系統(tǒng)。研究課題包含自動摘要(automatic summarization)，語篇分析(discourse analysis)， 機器翻譯(machine translation)， 命名實體識別(named entity recognition)， 自然語言生成(natural language generation) 和語音識別(speech recognition) 等。
7、圖形學與多媒體Graphics and Multimedia
計算機圖形學主要研究內(nèi)容就是研究如何在計算機中表示圖形、及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。研究包含對自然景象的建模和動畫生成(modeling and animation of natural phenomena)， 計算拓撲學(computational topology)，圖形硬件的使用(graphics hardware utilization)，渲染(rendering)，網(wǎng)格處理和簡化(mesh processing and simplification)， 形狀建模(shape modeling)，曲面參數(shù)化(surface parameterization) 和可視化處理(visibility processing) 等。利用計算機圖形學和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和 技術(shù)。它涉及到計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設(shè)計等多個領(lǐng)域，成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)。
多媒體研究包括圖像處理(image processing)，視頻處理(video processing)，音頻分析(audio analysis)，文本檢索和理解(text retrieval and understanding)，數(shù)據(jù)挖掘和分析， 以及數(shù)據(jù)融合(data fusion)。
8、人機交互 Human-Computer Interaction (HCI)
HCI 主要研究人和計算機之間的交互。它通常被認為是計算機科學、行為科學、設(shè)計及其他相關(guān)領(lǐng)域研究的交叉學科。研究關(guān)于設(shè)計、評價和實現(xiàn)供人們使用的交互計算系統(tǒng)及有關(guān)這些現(xiàn)象。
研究課題包括：
(1)上下文感知計算(Context-aware computing):
行為分析， 智能空間(Smart Spaces)， 定位感知系統(tǒng)(Location-aware systems)，隱私技術(shù)。
(2)感知人機界面(Perceptual Interfaces)：
基于視覺的界面(Vision-based interfaces)，語音和話語界面(speech and discourse interfaces)。
(3)協(xié)同和學習(Collaboration and Learning)：
基于模式的編輯工具(Pattern-based authoring tools)，ESL (English as a second language) 學習，群組協(xié)同技術(shù)(group collaboration technologies)，包含按地理分布的遠程沉浸協(xié)同(geographically distributed tele-immersive collaboration)
(4)驗光和人的視覺模擬(Optometry and Human Vision Simulation)：
9、科學計算 Scientific Computing
科學計算主要是研究構(gòu)建數(shù)學模型(mathematical models) 和數(shù)值解法(numerical solution)，并用計算機來分析和解決科學、社會科學以及工程問題。研究課題包含：
(1)并行計算(Parallel computing): 并行計算語言和并行算法。
(2)自動性能調(diào)整(Automatic Performance Tuning):
Automatic generation of optimized implementations of computational and communication kernels。
(3)網(wǎng)格剖分(Mesh generation)：
自動生成三角網(wǎng)格(triangulated meshes) 來表示物理和計算區(qū)域。
(4)矩陣計算(Matrix computations)：
設(shè)計高效的矩陣計算算法和軟件。
(5)浮點數(shù)(Floating point)：
可擴展的精度算術(shù)(Extended precision arithmetic)，可靠的浮點數(shù)標準(Reliable floating point standards)， 浮點數(shù)標準的體系和執(zhí)行時間實現(xiàn)(Architectural and run time implications of floating point standards)，浮點數(shù)標準的編程語言實現(xiàn)。
(6)計算機代數(shù)(Computer Algebra)：符號數(shù)學計算方法。
10、信息安全Information Security
課題包含：
(1)密碼學(Cryptology)
密碼學理論(cryptography theory)，新的密碼學系統(tǒng)開發(fā)(development of new cryp ographic systems)，密碼分析學(cryptanalysis)，協(xié)議開發(fā)，應(yīng)用密碼學，量子計算(quantum computation)。
(2)隱私(Privacy)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隱私，RFID 系統(tǒng)的隱私，數(shù)據(jù)庫的隱私問題，基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用的隱私。
(3)軟件安全(Software security)
開發(fā)編程語言和計算機安全之間的相互影響。
一致性和完整性(Identity and integrity)
預(yù)防“網(wǎng)絡(luò)釣魚”和攻擊。
(4)網(wǎng)絡(luò)安全(Network security)
網(wǎng)絡(luò)安全檢測(network security monitoring) 和入侵防御(intrusion prevention)。
11、軟件工程 Software Engineering
主要研究開發(fā)大規(guī)模軟件系統(tǒng)的原理和技術(shù)。
12、生物信息學和計算生物學 Bioinformatics and Computational Biology
研究高效魯棒的生物計算模擬算法，以及應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘，機器學習，自然語言處理和信息檢索等方法來分析和挖掘各類生物數(shù)據(jù)。
主研究課題包括：
(1)生物信息學(Bioinformatics)
比較基因組學(Comparative genomics)，遺傳分析(Genetic analysis)， 系統(tǒng)發(fā)育(Phylogenetics)， 分子進化建模(Molecular evolutionary modeling)，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(Gene regulatory networks)。
(2)蜂窩系統(tǒng)(Cellular systems)
蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)建模(Protein structure modeling)，基因調(diào)控網(wǎng)(Gene regulatory networks)， 合成生物學(Synthetic biology)，Computational systems biology，細胞信號傳導(dǎo)通路，傳輸和代謝，自組裝系統(tǒng)(Self-assembling systems)。
神經(jīng)系統(tǒng)(Neural systems)
(3)生物醫(yī)學系統(tǒng)(Biomedical systems)
傳感器，健康服務(wù)系統(tǒng)，生理模型，醫(yī)學圖像和生物圖像分析。具體而言，生物信息學作為一門新的學科領(lǐng)域，它是把基因組DNA 序列信息分析作為源頭，在獲得蛋白質(zhì)編碼區(qū)的信息后進行蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)模擬和預(yù)測，然后依據(jù)特定蛋白質(zhì)的功能進行必要的藥物設(shè)計。基因組信息學, 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)模擬以及藥物設(shè)計構(gòu)成了生物信息學的3 個重要組成部分。
13、計算機教育 Computers and Education
本領(lǐng)域研究如何教授計算機科學以及如何將計算機應(yīng)用到教育中。這部分內(nèi)容比較寬泛。
14、計算機工程 Computer Engineering
主要研究計算機處理器、多處理器通訊設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和存儲器體系，著重于硬件設(shè)計以及與軟件和操作系統(tǒng)的交互的性能。計算機工程以電子計算機技術(shù)的應(yīng)用層面為主，而較少應(yīng)用自然學科中的數(shù)學、統(tǒng)計以及物理理論。
15、管理信息系統(tǒng)Management Information System
MIS，作為一門跨學科新興專業(yè)，其主要任務(wù)是最大限度的利用現(xiàn)代計算機及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)加強企業(yè)信息管理，通過對企業(yè)擁有的人力、 物力、財力、設(shè)備、技術(shù)等資源的調(diào)查了解， 建立正確的數(shù)據(jù)，加工處理并編制成各種信息資料及時提供給管理人員，以便進行正確的決策，不斷提高企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟效益。
二、美國計算機專業(yè)學位設(shè)置
留學網(wǎng)留學提醒大家，計算機專業(yè)碩士學位有Master of Science理學碩士和Master of Engineer工學碩士;
理學碩士學位，學制一般為2年，以授課為主，比較側(cè)重學術(shù)，畢業(yè)后可選擇就業(yè)或者繼續(xù)攻讀Ph.D博士學位;
工學碩士學位，學制側(cè)一般為1年或1年半，主要針對就業(yè)，更加側(cè)重于實踐，畢業(yè)后可以進入企業(yè)工作。