美國(guó)留學(xué)CS專(zhuān)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(wèn)就詳細(xì)為大家介紹CS專(zhuān)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(yǔ)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(dòng)通信系統(tǒng)，無(wú)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(duì)等聯(lián)網(wǎng)(peer-to-peer networking, P2P)，路由，網(wǎng)絡(luò)模擬，主動(dòng)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(jí)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(hù)與多計(jì)算機(jī)、對(duì)等操作系統(tǒng)服務(wù)交互的用戶(hù)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(chǔ)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(kù)的系統(tǒng)支持。
(3)安全(Security): 隱私，普適計(jì)算，無(wú)線傳感器(wireless sensors)，移動(dòng)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(kāi)放式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，Qos驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)表示，機(jī)器學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)，推理和機(jī)器人等。
知識(shí)表示(knowledge representation)：把知識(shí)按照一種有利于推理(得出結(jié)論)的方式表示出來(lái)。
機(jī)器學(xué)習(xí)(machine learning)：自動(dòng)學(xué)習(xí)如何識(shí)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(jué)(computer vision)：使機(jī)器自動(dòng)從圖像和視頻中提取信息并理解其中包含的視覺(jué)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(yǔ)言 Programming Languages
該領(lǐng)域的研究包括計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其目標(biāo)是同時(shí)提高開(kāi)發(fā)人員的開(kāi)放效率和軟件質(zhì)量。包含如下一些課題：
(1)程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(Programming Language Design and Implementation)：編譯器優(yōu)化(Compiler optimization)，語(yǔ)義(Semantics)，即時(shí)編譯器(JIT complier)，域特定語(yǔ)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(cè)(Model checking)，靜態(tài)和動(dòng)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(kù)與信息系統(tǒng) Database and Information Systems
包括以下研究?jī)?nèi)容：
(1)數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)：數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)查詢(xún)、集成，各種數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)程。它在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，例如市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、監(jiān)測(cè)、入侵檢測(cè)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(kù)和萬(wàn)維網(wǎng)。
(4)自然語(yǔ)言處理(Natural language processing)：構(gòu)建一種可以分析、理解和生成自然語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。研究課題包含自動(dòng)摘要(automatic summarization)，語(yǔ)篇分析(discourse analysis)，機(jī)器翻譯(machine translation)，命名實(shí)體識(shí)別(named entity recognition)，自然語(yǔ)言生成(natural language generation)和語(yǔ)音識(shí)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(duì)自然景象的建模和動(dòng)畫(huà)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(jiǎn)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(jué)的界面(Vision-based interfaces)，語(yǔ)音和話語(yǔ)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(jué)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(lái)分析和解決科學(xué)、社會(huì)科學(xué)以及工程問(wèn)題。
研究課題包含：
(1)并行計(jì)算(Parallel computing): 并行計(jì)算語(yǔ)言和并行算法。
(2)自動(dòng)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(dòng)生成三角網(wǎng)格(triangulated meshes)來(lái)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(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。
(6)計(jì)算機(jī)代數(shù)(Computer Algebra)：符號(hào)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(kāi)發(fā)(development of new cryp ographic systems)，密碼分析學(xué)(cryptanalysis)，協(xié)議開(kāi)發(fā)，應(yīng)用密碼學(xué)，量子計(jì)算(quantum computation)。
(2)隱私(Privacy)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隱私，RFID系統(tǒng)的隱私，數(shù)據(jù)庫(kù)的隱私問(wèn)題，基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用的隱私。
(3)軟件安全(Software security)開(kāi)發(fā)編程語(yǔ)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(yú)”和攻擊。
(5)網(wǎng)絡(luò)安全(Network security)網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)(network security monitoring)和入侵防御(intrusion prevention)。
十一、軟件工程 Software Engineering
主要研究開(kāi)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(yǔ)言處理和信息檢索等方法來(lái)分析和挖掘各類(lèi)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(hào)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(kāi)了。
以上講的就是美國(guó)留學(xué)CS專(zhuān)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(duì)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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