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美國留學(xué)CS專業(yè)涉及的領(lǐng)域非常廣泛，其分支學(xué)科也是非常多。下面托普仕留學(xué)顧問就詳細(xì)為大家介紹CS專業(yè)的研究方向。
一、體系結(jié)構(gòu)、編譯器和并行計(jì)算 Architecture, Compilers and Parallel Computing
體系結(jié)構(gòu)和編譯器的研究主要集中在硬件設(shè)計(jì)，編程語言以及下一代編譯器。并行計(jì)算研究的包含范圍很廣，包括并行計(jì)算的計(jì)算模型，并行算法，并行編譯器設(shè)計(jì)等。
二、系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò) Systems and Networking
可細(xì)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(jì)算機(jī)對等聯(lián)網(wǎng)(peer-to-peer networking, P2P)，路由，網(wǎng)絡(luò)模擬，主動隊(duì)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(jì)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(jì)，允許單個(gè)用戶與多計(jì)算機(jī)、對等操作系統(tǒng)服務(wù)交互的用戶設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)算，無線傳感器(wireless sensors)，移動式和嵌入式計(jì)算機(jī)，規(guī)范，認(rèn)證，驗(yàn)證策略，QoS保證和拒絕服務(wù)保護(hù)，下一代電話通訊，操作系統(tǒng)虛擬化和認(rèn)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(shí)時(shí)和嵌入式系統(tǒng)(Real-time and embedded systems)：開放式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，Qos驅(qū)動的實(shí)時(shí)調(diào)度和通信協(xié)議，控制設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)調(diào)度整合，實(shí)時(shí)、容錯(cuò)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(shí)時(shí)構(gòu)架。
三、理論與算法 Theory and Algorithms
計(jì)算機(jī)理論研究主要集中在算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，以及計(jì)算復(fù)雜性的研究。具體包括最優(yōu)化(optimization)，計(jì)算幾何和拓?fù)?computational geometry and topology)，近似算法(approximation algorithms)，密碼(cryptography)和安全計(jì)算(secure computation)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(network design)，數(shù)據(jù)挖掘(data mining)，機(jī)器學(xué)習(xí)(machine learning)，有限元網(wǎng)格生成(finite-element mesh generation)和自動化軟件驗(yàn)證(automatic software verification)。
四、人工智能 Artificial Intelligence
這個(gè)領(lǐng)域包含廣泛的研究課題，包括知識表示，機(jī)器學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)視覺，推理和機(jī)器人等。
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(jī)器學(xué)習(xí)(machine learning)：自動學(xué)習(xí)如何識別復(fù)雜模式并基于數(shù)據(jù)作出智能決策。
計(jì)算機(jī)視覺(computer vision)：使機(jī)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。
推理(reasoning)：學(xué)習(xí)推理的計(jì)算模型。
機(jī)器人(robotics)：工程學(xué)和機(jī)器人技術(shù)，以及它們的設(shè)計(jì)，制造，應(yīng)用和結(jié)構(gòu)配置。
五、編程語言 Programming Languages
該領(lǐng)域的研究包括計(jì)算機(jī)語言的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其目標(biāo)是同時(shí)提高開發(fā)人員的開放效率和軟件質(zhì)量。包含如下一些課題：
(1)程序語言設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(Programming Language Design and Implementation)：編譯器優(yōu)化(Compiler optimization)，語義(Semantics)，即時(shí)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(jì)(Model-based design)。
(3)程序分析和驗(yàn)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(shí)時(shí)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度分析(Schedulability analysis for real-time systems)。
六、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(jì)、實(shí)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，例如市場營銷、監(jiān)測、入侵檢測和科學(xué)發(fā)現(xiàn)。數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)很相關(guān)，但是數(shù)據(jù)挖掘更關(guān)注實(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)。研究課題包含自動摘要(automatic summarization)，語篇分析(discourse analysis)，機(jī)器翻譯(machine translation)，命名實(shí)體識別(named entity recognition)，自然語言生成(natural language generation)和語音識別(speech recognition)等。
七、圖形學(xué)與多媒體 Graphics and Multimedia
圖形學(xué)的研究包含對自然景象的建模和動畫生成(modeling and animation of natural phenomena)，計(jì)算拓?fù)鋵W(xué)(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。
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)。因?yàn)槎嗝襟w數(shù)據(jù)包含不同格式的數(shù)據(jù)(如文本，音頻，視頻)，所以它的研究包含很多不同領(lǐng)域的技術(shù)和理論。
八、人機(jī)交互 Human-Computer Interaction (HCI)
HCI主要研究人和計(jì)算機(jī)之間的交互。它通常被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)科學(xué)、行為科學(xué)、設(shè)計(jì)及其他相關(guān)領(lǐng)域研究的交叉學(xué)科。
研究課題包括：
(1) 上下文感知計(jì)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(jī)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(xué)習(xí)(Collaboration and Learning)：基于模式的編輯工具(Pattern-based authoring tools)，ESL (English as a second language) 學(xué)習(xí)，群組協(xié)同技術(shù)(group collaboration technologies)，包含按地理分布的遠(yuǎn)程沉浸協(xié)同(geographically distributed tele-immersive collaboration)等。
(4) 驗(yàn)光和人的視覺模擬(Optometry and Human Vision Simulation)：計(jì)算機(jī)輔助的角膜建模和可視化，醫(yī)學(xué)成像(medical imaging)，手術(shù)仿真的虛擬環(huán)境(virtual environments for surgical simulation)，仿真渲染(vision realistic rendering)。
九、科學(xué)計(jì)算 Scientific Computing
科學(xué)計(jì)算主要是研究構(gòu)建數(shù)學(xué)模型(mathematical models)和數(shù)值解法(numerical solution)，并用計(jì)算機(jī)來分析和解決科學(xué)、社會科學(xué)以及工程問題。
研究課題包含：
(1)并行計(jì)算(Parallel computing): 并行計(jì)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(jì)算區(qū)域。
(4)矩陣計(jì)算(Matrix computations)：設(shè)計(jì)高效的矩陣計(jì)算算法和軟件。
(5)浮點(diǎn)數(shù)(Floating point)：可擴(kuò)展的精度算術(shù)(Extended precision arithmetic)，可靠的浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(Reliable floating point standards)，浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的體系和執(zhí)行時(shí)間實(shí)現(xiàn)(Architectural and run time implications of floating point standards)，浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編程語言實(shí)現(xiàn)。
(6)計(jì)算機(jī)代數(shù)(Computer Algebra)：符號數(shù)學(xué)計(jì)算方法。
十、信息安全 Security
課題包含：
(1)密碼學(xué)(Cryptology)密碼學(xué)理論(cryptography theory)，新的密碼學(xué)系統(tǒng)開發(fā)(development of new cryp ographic systems)，密碼分析學(xué)(cryptanalysis)，協(xié)議開發(fā)，應(yīng)用密碼學(xué)，量子計(jì)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(jì)算機(jī)安全之間的相互影響。
(4)一致性和完整性(Identity and integrity)預(yù)防“網(wǎng)絡(luò)釣魚”和攻擊。
(5)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)。
十一、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)。
十二、生物信息學(xué)和計(jì)算生物學(xué) Bioinformatics and Computational Biology
研究高效魯棒的生物計(jì)算模擬算法，以及應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘，機(jī)器學(xué)習(xí)，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)。
研究課題包括：
(1)生物信息學(xué)(Bioinformatics)比較基因組學(xué)(Comparative genomics)，遺傳分析(Genetic analysis)，系統(tǒng)發(fā)育(Phylogenetics)，分子進(jìn)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(xué)(Synthetic biology)，Computational systems biology，細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路，傳輸和代謝，自組裝系統(tǒng)(Self-assembling systems)。
(3)神經(jīng)系統(tǒng)(Neural systems)
(4)生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)(Biomedical systems)
傳感器，健康服務(wù)系統(tǒng)，生理模型，醫(yī)學(xué)圖像和生物圖像分析。
十三、計(jì)算機(jī)教育 Computers and Education
本領(lǐng)域研究如何教授計(jì)算機(jī)科學(xué)以及如何將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到教育中。這部分內(nèi)容比較寬泛，我在此就不展開了。
以上講的就是美國留學(xué)CS專業(yè)研究方向介紹，希望能給各位赴美留學(xué)的學(xué)子們指點(diǎn)迷津。托普仕留學(xué)可以為你排憂解難，同時(shí)，更多關(guān)于赴美留學(xué)的相關(guān)資訊在等著你，絕對讓你“瀏覽”忘返。在此，衷心祝愿各位學(xué)子們能夠順利奔赴自己心目中理想的學(xué)校并且學(xué)業(yè)有成!
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