计算机科学与技术专业介绍

(一)学科概况

计算机科学与技术是20世纪40年代创建并迅速发展的科学技术领域，主要围绕计算机的设计与制造，以及信息获取、表示、存储、处理、传输和运用等领域方向，开展理论、原理、方法、技术、系统和应用等方面的研究。

计算机的历史作用可以概括为：开辟了一个新时代--信息时代，发展了一类新产业--信息产业，创立了一门新学科--计算机科学与技术，产生了一种新思维--计算思维，形成了一种新文化--计算机文化。计算机的划时代作用是作为主要驱动力把人类社会从工业化时代推向信息化时代，并进一步推向智能化时代。计算机开拓了人类认识自然、改造自然的新资源，增添了人类发展科学技术的新手段，提供了人类创造文化的新工具，引起了人类工作方式与生活方式的新变化，对人类社会的进步与发展作用巨大，影响深远。

早在现代计算机问世之前，人们就在不断探索计算与计算装置的原理、结构和实现方法。20世纪40年代，由于电子技术和计算理论取得重大进展，数字电子计算机应运而生，计算机科学与技术学科也随之发展起来。计算机科学与技术作为独立的科学研究领域从20世纪50、60年代开始逐渐被学术界认可。几十年来，计算机科学与技术发展迅速。组成计算机及其他计算设备的器件从电子管发展成超大规模集成电路，系统结构从单一处理装置发展成多处理机系统、并行分布式系统及网络系统，编程语言从机器语言发展成高级语言，软件生产方式从手工技艺型程序设计发展到工程化的软件生产，系统接口从低速单一功能发展到多样化的人机接口，人工智能从简单符号推理、专家系统发展到机器学习和深度学习，计算机应用从单纯处理数据发展到处理事务、多模态信息和知识，从科学计算拓展到现代科学技术各个领域、现代社会各个行业和现代生活各个方面，理论研究也从对单纯的计算模型的研究深入并拓展到对计算机系统理论、软件理论、计算复杂性理论、网络理论、人工智能理论和计算机应用技术中相关理论的研究。

进入21世纪，计算机科学与技术学科发展更加活跃，特别是互联网、物联网、高性能计算、大数据、人工智能等领域的突破，推动了世界新技术革命的迅猛发展，并促进了如数学、物理、化学、天文、生物、航空航天、地学、遥感、交通、医学、制药、经济、金融、管理等诸多学科和行业领域的进步，在推动原始创新、促进学科交叉与融合等方面扮演着重要角色，是信息社会的主要推动力量，成为人类生活不可缺少、现代文明赖以生存的重要科学与技术领域之一。计算机科学与技术在21世纪必将取得更大的进步，为开拓人类的认知空间提供更强大的手段与条件，并对科学技术和经济发展做出更大的贡献。

(二)学科内涵

计算机科学与技术学科涉及数学、物理、通信、电子等学科的基础知识，围绕计算机系统的设计与制造，以及利用计算机进行信息获取、表示、存储、处理、传输和运用等领域方向，开展理论、原理、方法、技术、系统和应用等方面的研究。包括科学与技术两方面，两者相辅相成、互为作用、高度融合。

计算机科学与技术的基本内容可主要概括为理论计算机科学、计算机系统结构、计算机软件、计算机网络与安全、人工智能、计算机应用技术等。

计算机科学与技术学科涉及的理论基础包括离散数学、计算理论、信息与编码理论、形式语言与自动机理论、形式语义学、程序理论、算法分析和计算复杂性理论、数据结构以及并发、并行与分布处理理论、网络理论、人工智能理论、数据库与数据管理理论等，同时涉及到感知与认知机理、心理学理论等。

计算机科学与技术在认识和解决实际问题的过程中，在构建自身理论体系的同时，其研究方法也在不断发展和完善，概括来说主要包括以下3种方法学：

理论方法

主要是运用数学、物理、可计算性理论、算法复杂性理论、程序理论等理论体系解决计算机科学的基础理论问题。

系统方法

主要运用系统分析、设计与实现等方法解决实际应用的系统问题。

实验方法

主要运用模拟、仿真和系统实验等方法解决实际应用问题。计算机科学与技术是科学性与工程性并重的学科，需要特别强调理论与技术相结合、技术与系统相结合、系统与应用相结合。应用是计算机科学与技术发展的动力、源泉和归宿，而计算机科学与技术又不断为应用提供日益先进的方法、技术、设备与环境。

(三)学科范围

计算机科学与技术一级学科包括理论计算机科学、计算机系统结构、计算机软件、计算机网络与安全、人工智能、计算机应用技术等6个主要二级学科。

1.理论计算机科学

(1)学科内涵

理论计算机科学主要研究计算方法与计算装置的基础理论，目标是理解计算的本质，并据此设计高效计算方法。
理论计算机科学的理论基础主要涉及数学领域中的数理逻辑、离散与组合数学、线性代数，以及计算机科学领域中的计算理论、算法设计分析、形式化方法等。

(2)研究范围

算法设计与分析：研究算法设计的理论和方法，以及算法分析的技巧和工具。包括数据结构、算法分析、近似算法、随机算法、分布式算法、量子算法、面向领域的算法（计算几何、生物信息学、算法博弈论）等。

计算复杂性理论：研究哪些计算问题不能被高效计算，哪些能够高效计算，以及它们为什么不能/能被高效计算。包括时间复杂性理论、空间复杂性理论、NP完全性理论、随机与量子复杂性、交互式证明、密码安全性等。

计算模型理论：研究不同计算模型的计算能力和限制，以及彼此之间的关系。包括电路复杂性模型、通信复杂性模型、判定树复杂性模型、量子计算模型、算术复杂性模型、DNA计算、光计算等。

可计算性理论：研究哪些问题是图灵机可计算的，哪些问题是不可计算的。包括自动机理论、图灵机模型、可判定性、图灵归约等。

形式化方法：研究软件和硬件系统的形式化定义和逻辑抽象，分析和提升设计的可靠性和鲁棒性。包括形式化建模与规约、形式化验证、形式化设计与系统构造等。

(3)与其他二级学科的关系

理论计算机科学是计算机科学与技术一级学科的根基，为其他五个二级学科提供理论基础和算法支撑。

2.计算机系统结构

(1)学科内涵

计算机系统结构主要研究计算机系统设计和实现技术以及计算机系统量化分析方法。

计算机系统结构的理论基础主要涉及计算机科学理论和数学（概率论、排队论、统计学的理论和方法）等。

(2)研究范围

计算机系统基本工作原理：研究计算机系统中处理器、存储系统、输入/输出系统等各组成部分功能、结构以及相互协作方式，计算机系统的物理实现方法，计算机系统软件与硬件功能的匹配与交接，计算机系统软硬件协同优化技术，片上系统与系统级芯片的设计技术及方法。

并行分布式系统：研究多处理机并行组织模式及调度方法，高性能计算，云计算，边缘计算，虚拟化技术，高速互联技术。

存储系统：研究超高密度存储理论与技术，新型存储器机理与结构，缓存调度及方法，内存组织模式及调度，固态盘控制器及技术，磁盘驱动器及技术，大规模存储系统构建理论与方法。

输入/输出系统：研究输入/输出接口技术，总线技术，设备交互方法，输入/输出控制器及设备调度方法。

计算机系统量化分析与评价：研究计算机系统性能、功耗、可靠性、可用性理论与分析方法，计算机系统模拟、仿真方法，计算机系统性能测试与评价方法。

(3)与其他二级学科的关系

计算机系统结构以理论计算机科学为基础，为计算机软件、计算机网络与安全、人工智能、计算机应用技术提供硬件支撑和计算机系统量化分析方法。

3.计算机软件

(1)学科内涵

计算机软件一般分为系统软件和应用软件。计算机软件主要研究软件架构、模型、实现和运行机制以及软件设计、分析、验证、测试、维护、演化和更新等理论、方法和技术。

计算机软件的理论基础主要涉及逻辑学、形式语义等计算机科学基础理论。

(2)研究范围

系统软件：以操作系统、编译器、数据库和中间件等为主要对象，研究系统资源（硬件、软件和数据）的高效管理方法和实现机制，为高效便捷地使用计算系统资源提供基础软件支持。

应用软件：以工业系统、实时系统、嵌入式系统、安全攸关系统和其他应用系统为主要对象，研究软硬件协同设计和软件架构、模型、高效开发、安全及质量保障等。

软件架构：研究软件系统的整体结构和行为，包括软件架构的描述、评估、分析和设计等，为理解和分析系统的可修改性、可用性和安全性等提供支撑。

软件技术：研究软件的建模、设计、实现、分析、验证、测试、运行、维护、演化和更新等开发与服务方法。

(3)与其他二级学科的关系

计算机软件以理论计算机科学为基础，与计算机系统结构相互配合，为计算机网络与安全、人工智能、计算机应用技术提供实现技术支撑。

4.计算机网络与安全

(1)学科内涵

计算机网络与安全主要研究各类计算机网络系统的设计原理、实现技术和安全保障方法，以实现正常的资源共享，满足应用对网络性能、可靠性和安全性的要求。

计算机网络与安全的理论基础主要涉及理论计算机科学、信息论、密码学等学科基础理论，以及图论、概率论、排队论等求解问题的数学理论，方法论基础主要是计算机工程、通信工程、系统工程等。

(2)研究范围

计算机网络：研究计算机网络体系结构，网络传输、交换和路由，网络管理与优化，构建网络设备和系统的方法和技术。
网络计算与服务：研究以计算机网络为平台的计算模式，包括分布式计算、边缘计算、泛在计算、区块链等理论和方法，以及网络环境中提供各类服务的方法和技术。

网络系统安全：研究网络系统的硬件、软件安全技术原理，网络环境下保持信息保密性、完整性、可用性、可控性和可追溯性的理论、方法与技术。

信息安全：研究信息的安全传输、访问控制、信任管理，以及隐私保护的方法和技术。物联网与其他新型网络：研究物联网感知、组网、传输、服务的方法与技术，面向人机物三元空间的信息物理系统、新型网络设计方法与实现技术。

(3)与其他二级学科的关系

计算机网络与安全建立在理论计算机科学、计算机系统结构、计算机软件的基础上，为人工智能、计算机应用技术提供平台支撑。

5.人工智能

(1)学科内涵

人工智能主要研究基于计算机软硬件来实现学习、推理、规划等智能能力的理论、方法、技术和系统，目标是构建出能呈现某种或某些智能行为的机器，能完成没有智能难以执行的任务。

人工智能的理论基础主要涉及计算机科学和数学/统计学理论与方法，部分研究或可受到认知科学等领域的观察和结论的启发。

(2)研究范围

人工智能基础理论：研究人工智能领域的基础理论，包括涉及人工智能逻辑、计算学习理论、知识表示理论、优化理论、算法博弈论等。

人工智能模型算法：研究人工智能领域的基础模型和算法，包括机器学习、自动推理、智能规划、多智能体的模型和算法等，为人工智能应用技术提供关键支撑。

人工智能应用技术：研究直接面向应用领域的人工智能技术方法，包括知识工程、启发式搜索、演化计算、人工神经网络、自然语言处理、模式识别与计算机视听觉等。

人工智能系统平台：研究提升人工智能技术开发效率和应用效能的人工智能数据平台、算法模型库、应用开发平台等。

(3)与其他二级学科的关系

人工智能以计算机系统结构为依托、计算机软件为载体，形成智能化赋能能力，为计算机各二级学科及其他行业提供智能化方法和技术支撑。

6.计算机应用技术

(1)学科内涵

计算机应用技术主要研究将计算机科学、系统、软件、网络等应用于现代科学技术各个领域、现代社会各个行业和现代生活各个方面时所涉及的基本原理、一般方法、关键技术及支撑系统和平台，实现计算机在各行业和各领域的应用，促进学科交叉。
计算机应用技术的理论基础主要涉及计算理论、信息论和数学/统计学等，软件工程与智能信息处理理论也有重要的支撑作用。

(2)研究范围

信息计算原理与方法：研究对数值、文字、声音、图形、图像、视频等结构化或非结构化信息在测量、获取、表示、转换、处理、表现、理解、生成和管理等环节中所采用的计算原理和方法。如数据科学与计算、智能感知与媒体计算、计算机视觉、计算机听觉、计算机图形学与可视化技术等。

知识表达与生成：研究具有一定学习、推理和决策能力的智能机器以及生成、表达和处理各领域知识的方法与实现技术。如数据挖掘与知识抽取、知识表示与语义检索、知识工程与知识管理等。

行业应用与学科交叉：研究计算机在各领域中的应用方法，形成领域的新方法与新技术以及交叉学科。如计算机辅助设计、人机交互、虚拟现实与增强现实、计算模型与仿真、数字孪生、智能机器人、情感计算、医疗影像处理、生物计算等。

(3)与其他二级学科的关系

计算机应用技术建立在理论计算机科学、计算机软件和人工智能的基础上，是计算机科学与技术与实际应用之间的桥梁和纽带。

(四)培养目标

1.硕士学位

掌握坚实的计算机科学与技术的基础理论和系统的专门知识，了解学科的发展现状、趋势及研究前沿，较熟练地掌握一门外国语；具有严谨求实的科学态度和作风，能够运用计算机科学与技术学科的方法、技术与工具从事该领域的基础研究、应用基础研究、应用研究、关键技术创新及系统的设计、开发与管理工作，具有从事本学科和相关学科领域的科学研究或独立担负专门技术工作的能力。

2.博士学位

掌握坚实宽广的计算机科学与技术的基础理论和系统深入的专门知识，深入了解学科的发展现状、趋势及研究前沿，熟练掌握一门外国语；具有严谨求实的科学态度和作风；对本学科相关领域的重要方法与技术有透彻了解和把握，有学术研究的感悟力，善于发现学科的前沿性问题，并能对之进行深入研究和探索；能运用计算机科学与技术学科的理论、方法、技术和工具开展该领域高水平基础研究和应用基础研究，进行关键技术创新，开展大型复杂系统的设计、开发与管理工作，做出创造性成果；在本学科和相关学科领域具有独立从事科学研究的能力。

(五)相关学科

软件工程、网络空间安全、智能科学与技术、数学、物理学、控制科学与工程、电子科学与技术、集成电路科学与工程、信息与通信工程、系统科学、管理科学与工程、生物医学工程、社会学、新闻传播学等。

硕士学位基本要求

(一)获本一级学科硕士学位应掌握的基本知识

计算机科学与技术学科硕士生应掌握坚实的理论计算机科学、计算机系统结构、计算机软件、计算机网络与安全、人工智能、计算机应用技术等方面的基础理论，并在上述至少一个方面掌握系统的专门知识，了解学科的发展现状、趋势及研究前沿，较熟练地掌握一门外国语；具有严谨求实的科学态度和作风，能够运用计算机科学与技术学科的方法、技术与工具从事该领域的基础研究、应用基础研究、应用研究、关键技术创新或系统的设计、开发与管理工作，具有从事本学科和相关学科领域的科学研究或独立担负专门技术工作的能力。

(二)获本一级学科硕士学位应具备的基本素质

1.学术素养

具有良好的科学素养，诚实守信，严格遵守科学技术研究学术规范；具有科学严谨和求真务实的创新精神和工作作风。具有基本的知识产权意识。
具有良好的身心素质和环境适应能力，注重人文精神与科学精神的结合；具有积极乐观的生活态度和价值观，善于处理人与人、人与社会及人与自然的关系，能够正确对待成功与失败。

2.学术道德

热爱祖国，遵纪守法，具有社会责任感和历史使命感，维护国家和人民的根本利益，推进人类社会的进步与发展。恪守学术道德与规范，不以任何方式剽窃他人成果，不篡改、假造、选择性使用实验和观测数据。

(三)获本一级学科硕士学位应具备的基本学术能力

1.获取知识的能力

本学科硕士生应具有本学科坚实的基础理论和系统的专门知识，应基本熟悉本学科某一特定领域或相关应用领域的科研文献，基本了解其前沿动态和主要进展，并有能力获得从事该领域研究所需要的背景知识。应了解所从事领域内相关学者的研究成果，并基本了解取得该成果的科学理论和研究方法。有能力获取从事科学研究所需的部分原始论文及综述性文章。应具备通过互联网、电子文献数据库获取专业知识和研究方法的能力。

2.科学研究能力

本学科硕士生应能在高等院校、科研院所、企业和生产部门从事本专业或相邻专业的科研、教学、技术开发和管理工作。硕士生应在有效获取相关专业知识的基础上，对所获得的文献进行科学总结，从中提取出有用和正确的信息，并能够利用获取的知识解决实际的工程问题。

3.实践能力

本学科具有鲜明工程应用背景和实践动手能力的要求，硕士生应具备良好的动手能力，能熟练地掌握计算机和实验测试技术，并能独立完成计算机软硬件系统的设计、开发和实验测试技术，初步具有独立从事相关科学研究、技术应用和工程设计实现的能力，并能提出解决关键技术问题的方法。此外，随着学科分工越来越细，研究对象越来越复杂，一个人完成所有的设计实现已不可能，这要求本学科硕士生必须具备良好的团队协作能力。

4.学术交流能力

学术交流能力是指学生表达自己学术见解和观点的能力，是本学科硕士生发现问题、获取信息、获得思路、掌握学术前沿动态的重要途径，是本学科硕士生的基本能力之一。

硕士生应具有良好的写作能力和表达能力，能够将自己的想法以清楚明白的方式表达和传递出去，善于倾听和采纳别人的意见，能够运用母语和英语等至少一门外国语，以书面和口头方式较为清楚地表达学术思想和展示学术成果；能够对自己的研究结果及其解释进行陈述和答辩，有能力参与对实验技术方案和科学问题的讨论。

5.其他能力

硕士生应熟悉常用的办公软件和相应的专业软件；应具备一定的组织能力、管理能力和协调能力；应具备较好的职业道德和交流能力，特别是能够与同行进行通畅交流并获取所需要的信息。

(四)学位论文基本要求

1.规范性要求

硕士学位论文应是硕士生在某个具体研究领域进行系统研究工作的总结。学位论文是衡量硕士生培养质量和学术水平的重要标志。开展系统的研究工作并撰写合格的学位论文是对硕士生进行本学科科学研究或承担专门技术工作的全面训练，是培养硕士生科学素养和从事本学科及相关学科研究工作能力的主要环节。学位论文应反映作者在本学科上已具有坚实的基础理论并掌握系统的专门知识，体现作者初步掌握本研究方向的科学研究方法和实验技术，并具有独立从事科学研究工作的能力。学位论文应包括标题、中英文摘要、引言（或绪论）、正文、结论、参考文献等内容。

2.质量要求

(1)研究成果应具有一定的理论意义或应用价值，了解国内外研究动态，对文献资料的评述得当；

(2)学位论文具有新的见解，基本观点正确，论据充分，数据可靠，研究开发或实验工作充足；

(3)学位论文反映出作者已掌握本学科，特别是本研究方向上的基础理论和专门知识，初步掌握本学科特定方向上的科学研究方法和实验技能，具有独立进行科研或承担工程技术工作的能力；

(4)学位论文行文流畅，逻辑性强，符合科技写作规范，表明作者已具备学术论文写作的能力。