2013开题报告:计算科学确保国家竞争力.doc
《2013开题报告:计算科学确保国家竞争力.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2013开题报告:计算科学确保国家竞争力.doc(6页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、.Shanxi university of Finance and Economics本科毕业论文(设计)开题报告 论文题目 计算科学:确保国家竞争力 专 业: 信息与计算科学 姓 名: 刘华华 学 号: 200920020133 指导教师: 冯俊 二一二年 十二 月 九 日选题背景和意义: 随着人类文化的不断进步,信息化时代的来临成为必然,在这个时代中计算科学一直都扮演着重要角色,渗透人们生活的各个领域,它是一门学科,来源于对数理逻辑、计算模型、算法理论、自动计算机器的研究,形成于1930年代后期。而不同的国家在该学科领域的不同作为,使这一学科本身逐渐的成为了确保国家竞争力不可或缺的力量。研
2、究计算科学与国家竞争力两者的关系,需要深入了解有关的背景知识,就必须对计算科学有一定程度的了解。从概念上出发,首先要了解科学是关于自然、社会和思维的发展与变化规律的知识体系。而计算已成为继理论、实验之后的第三种科学形态,与之相关的计算科学则有不同的说法: (1)是对描述和变换信息的算法过程,囊括了其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用等多方面的系统研究;(2)在某种程度上,计算科学就是将计算技术应用到实际生活中,以解决实际问题,它拥有多个组成部分:运算法则、软件、建构、应用和基础设施,而且是一个迅速发展的多学科领域,通过使用计算技术分析和解决复杂问题。从内容上出发,计算科学主要包含三个部分:
3、 运算法则(数值的和非数值的)、模型和模拟软件,解决科学(例如,生物学、物理学、和社会科学)、技术和人文学科的问题;计算机和信息科学,开发先进的硬件、软件、网络和数据分析技术,解决计算问题;计算基础设施,支持解决科学技术问题和计算机以及信息科学的发展。从学科问题上出发亦或者是从学科发展历程出发,一个学科如果没有问题需要解决,这个学科的生命就结束了。因此每一个学科在发展的不同时期,都存在各种基本问题和重大问题,相对地,这些问题的解决则推动了学科持续的发展。计算科学作为学科也不例外地存在着自身发展的重大问题以及基本问题。重大问题是比较容易理解的,而且,相对于不同时期,重大问题既是相对的,也是比较多
4、的。例如,学科发展早期提出的什么是可计算与不可计算的概念,1950年代末1960年代初提出的高级程序设计语言的形式化描述问题,1960年代末1970年代初提出的操作系统中的并发控制问题,等等。然而,在学科经历了几十年的发展后,当我们今天以科学哲学的观点回顾历史的进程,系统总结学科的内容时,可以发现:如同数学等一些基础学科一样,在学科各个分支学科方向的发展进程中,不断地出现了一些在表现形式上虽然不同,但在科学哲学的解释下本质上是相同或相近的问题,即学科研究与发展普遍关心的基本问题,这些基本问题主要有三个: 计算的平台与环境问题 计算过程的能行操作与效率问题 计算的正确性问题。另外,在学科发展的历
5、程中,不断地追求制造出各种新型计算机系统,拓展和提高计算机的应用领域和应用水平这样两个目标,围绕学科的三个基本问题使学科的发展形成了三条相对独立的主线,形成了许多相对独立的分支学科和研究方向。同时,我们也注意到,在学科的发展过程中,不同时期,围绕着学科的一些重大问题和基本问题,若干方向便构成了所谓的主流方向,由主流方向又形成了学科的发展主线。 以上是对计算科学本身的了解,接下来浅谈其对国家竞争力的影响,亦是了解计算科学对于国家竞争力相关领域的影响。普遍的来看,计算科学可以在几乎所有的学科领域,甚至我们日常生活的各个方面找到应用,原因是计算确实是人类最基本的智力活动之一。一旦离开了计算,人类将一
6、事无成。在各个比较大一些的领域范围内,计算科学已或多或少地找到了一些应用,这是计算机具体应用与各个学科之间建立的联系。为了将计算科学推向更高的层次和水平,学科的发展近年来正在更多地依赖其它学科的发展和进步,换句话说就是参照和利用其它学科的思想、方法和成果。 就广泛、普遍程度来讲,计算科学渗透全国的各行各业,具体来说,经济社会中,通过计算科学,各个商业的产品设计精准度、设备加工效率不断提高,以及公司管理逐渐有效化等等,这些方面的作为有利于国家经济增长,从而确保国家竞争力。研究者可以通过计算科学来研究那些不切实际或很难解决的问题,例如对人脑的生物化学处理的科学研究、宇宙形成的原动力研究、传染疾病的
7、传播分析、恐怖袭击的空投毒弹、为高经济效益提供高级工业方法,如高效设计比价格昂贵又费时的风洞试验更有效的机翼计算试验。计算科学及高端计算处理在先进社会科学、生物医学、工程研究、防御及国家安全以及工业改革中的中心位置。现在计算科学和理论、实验共同组成科学研究的三大基石,计算科学使研究者能够建立并检验复杂现象的模型,例如几百年间的气候变化、飞行器上的多维飞行压力以及恒星爆炸,这些都是在实验室里制造不出来的,并能迅速、高效地处理大量数据。计算科学的模型和形象化例如疾病的微生物基础或一场飓风的动力的模型产生了新的知识体系,超越了传统学科的范围。在工业上,计算科学通过将商业和工程实践相转化,为我们提供了
8、一个很具竞争力的优势。在农业上,计算科学也能够确保农业信息化,科学化,能够提高农产品的生产效率,更甚至改良品种,或者在质量上面取得更好的成就。计算科学不仅应用广泛,其本身也是保证国家竞争力和保持国家长期技术领先的最重要的科学研究领域之一,被国际上称为21世纪科学研究的三大“支柱”之一。它是国家保持长期领导地位的根本。计算科学对国家竞争力的影响突出表现在其可以作为辅助手段解决无数个领域的难题,包括从传统科学、工程学到国家安全、公共卫生和经济改革等关键领域,无可厚非的是这些领域的完善与不断发展都有助于确保国家竞争力。本课题在国内外研究现状(文献综述,不少于2000字): 从计算科学在各个领域的应用
9、,确保国家竞争力方面着手研究,不同国家的研究现状各不相同,着重不同的研究领域,取得不同的成果。从传统科学和工程领域到国家安全、公共卫生和经济改革等关键领域,每个部门解决复杂问题都离不开计算科学。计算技术和互联技术通过开发计算模型、捕获和分析巨量的实验和观察数据,使得解决以前认为是难以处理或不可想象的问题成为可能,并且在这个解决过程中计算科学也取得了一定的进展。除此之外,由于计算科学是指利用计算机再现、 预测和发现客观世界运动规律和演化特性的全过程,在实际应用牵引下,依托高性能计算机的发展 ,近年来也因此得到了快速的发展,与传统的理论研究和实验研究一起 ,计算科学已经成为推动科技创新的重要研究手
10、段。而科技创新是提高国家竞争力的关键之一,综合有关文献,对各个国家在不同领域的研究现状进行整合,研究计算科学确保国家竞争力的项目中较为成熟和广泛应用的内容有如下几个方面: (1)计算科学本身的发展对国家竞争力的影响就计算科学本身的发展来看,现目前相关计算科学的分支学科有:数值与非数值计算方法,算法设计与分析,结构化程序设计技术,密码学与快速算法,演化计算,程序设计方法学,自动布线,RISC技术,人工智能的逻辑基础等。这些分支学科在生产生活上的应用较为广泛,使国家的科技更为发达,给能够提高国家竞争力的领域提供了源源不断的技术知识。(2)计算科学在确保国家竞争力方面的优势计算科学经常也被称为计算机
11、虚拟实验,与实验研究相比,计算科学至少有以下三个特点:一是无损伤。也就是说,计算科学不会对环境等产生大的影响,这一优点使得计算科学能够承担真实实验不能完成的事,例如要研究海啸的破坏、地震的破坏、核爆炸的破坏,这些情况下人类不可能进行真实实验,但可以进行计算科学,进行计算机虚拟实验。二是全过程、 全时空诊断。真实的实验,无论用多少种方法、多少种仪器,所获得的系统演化的信息都是非常有限的,难以做到全过程、全时空诊断。而全过程、全时空的信息对于人们认识、理解与控制研究对象极为关键。与真实实验不同,计算科学完全可以做到全过程、全时空诊断。只要在应用程序中加入相关的输出程序,在进行计算科学时,研究人员就
12、可以根据需要获得任何一个时刻、任何一个地点有关研究对象发展和演化的全部信息,使得研究人员可以充分了解和细致认识研究对象的发展与演化。三是计算科学可以用相对低成本的方式,短周期地反复细致地进行研究,并从中获得各种条件下研究对象的全面、系统的信息。这对国家竞争力的提高有显著的辅助作用,研究的科学、信息化能够在低成本、少破坏、高效率的情况下确保国家竞争力。(3)计算科学与现代信息社会密切相关在现代生活中,人们离不开网络信息技术的应用,确保国家竞争力也与之息息相关。而网络基础设施需要支持当前和未来的科学及工程方面的发现,这就避免不了研究计算科学在网络技术、社会科学方面的应用。美国方面,曾由关于网络基础
13、设施和社会科学的研讨会上与会者达成了几项重要的共识,这将使计算机专家与社会学家有更密切的配合与合作,在网络上通过实验与模拟去收集更好的信息。社会学家利用散步的网络和有利的工具以史无前例的规模和强度进行实验。对于面临着被大量可利用信息淹没和来自于保密及理解方面的挑战的社会行为学家来说,这样的合作有极大的益处。大多事物都是相互作用的,社会学家帮助计算机专家对计算机科学在社会生态系统中的存在有一个更好的认识。组织研究者和政治学家为激活网络的研究团体和基础设施提供者创建一个合适的管理决策统治技工来支持他们。行为学家开发更好的人机交互模式。社会学家分析出所涉及的知识和网络开发的社会网络产品。心理学家和语
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2013 开题 报告 计算 科学 确保 国家 竞争力