留美專業之計算機科學CS

來自專欄 出出喵的美國升學經

【CS是什麼】

計算機科學作為國際學生在美就業最好的專業，受到很多同學青睞。這個專業具體是學什麼的學科呢？計算機科學有個非常簡單的定義，就是研究大規模自動運算的科學，包含各種各樣計算和信息處理，從抽象的演算法分析、形式化方法，到編程語言、程序設計、軟體等等，是根植於電子工程、數學、語言學的學科。

科學、工程 藝術的結晶，從20世紀最後30年興起成為一門學科，並發展出來知識體系。

【計算機科學有哪些方向】

計算機科學，按照用途又可以分為理論計算機科學和應用計算機科學。下面就來分別了解一下幾個有代表性的計算機領域。

【理論計算機科學】

理論計算機科學其實是十分數學和抽象的，它的目的是研究計算的本質，以提供高效的方法論。理論計算機科學涵蓋的領域主要有： 計算理論、信息與編碼理論、演算法與數據結構、編程語言理論、以及形式化方法。

這裡邊我們重點說一下計算理論，因為它致力於研究計算機科學的兩個基礎問題：

什麼可以有效自動化

進行計算需要多少資源

可計算性理論作為計算理論的一個分支，是研究在不同的計算模型下哪些演算法問題能夠被解決，主要是解決第一個問題的；而計算複雜性理論則主要致力於解決第二個問題，也就是研究解決大量的計算問題所用的不同方法的時間和空間成本。

剛才說的都是比較理論化的一些東西。提到了計算理論，就要提到一個著名的「P=NP」的問題

這是計算理論的一個開放問題，也被稱為千禧年大獎難題。這個難題是由美國阿克雷數學研究所於2000年5月24號公布的數學猜想，所以謂之千禧年難題，解決後能拿100萬美金大獎。

關於「P=NP問題」，舉個簡單的例子：假設你要去3個城市推銷，一共有3的階乘個數（6）種路線；按照演算法，已知城市數求不重複路線都是可算的。（編者註：但是否對於任何問題，都存在這樣可以量化的方法呢？這是目前沒有被證實，也沒有被證偽的問題，如果有朝一日有了結論，對各行各業必將有革命性的顛覆。）

【應用計算機科學】

相對應的應用計算機科學，是可以解決實際問題的，涵蓋範圍更廣：包括大家熟悉的AI人工智慧，計算機系統架構與工程，計算機運行分析，計算機圖形學與可視化，計算機安全與密碼等。

重點和大家分享兩個比較熱門的領域：人工智慧和軟體工程，這也是很多學生出去的時候重點考慮的方向。

人工智慧。可能大家比較熟悉的就是AlphaGo戰勝柯潔的事件。其實人工智慧是起源於控制論，是於1956年達特茅斯會議上提出來的概念。人工智慧是一個跨學科研究，設計到應用數學、數理邏輯、符號學、電子工程、哲學、神經生物學等。人工智慧學科研究的主要內容包括支持表示、自動推理和搜索方法、機器學習和知識獲取、知識處理信息系統、自然語言理解、計算機視覺、智能機器人、自動程序設計等等這些方面。

AlphaGo就是一個非常典型的例子，主要的工作原理就是深度學習。

深度學習指多層神經網路和訓練方法，工作機理類似於神經大腦對於信息的精準處理。

還有搜狗和清華大學聯合開發的搜狗汪仔，也是一個典型的人工智慧的例子。

應用計算機科學的第二個熱門方向就是軟體工程。這個大體上分為軟體設計、編程語言和軟體測試。

計算機專業的一些基礎學科，比如說操作系統，數據結構和演算法，幾乎全部包含在裡面了，這個方向幾乎就是計算機科學，也就是常說的CS，內部第一大的方向。

大家可以看到，計算機是離不開數學的。

以清華大學的計算機專業課程為例，他們要上的數學課就有一元微積分、幾何與代數、離散數學、多元微積分、幾何與代數、離散數學、多元微積分、複變函數、概率論與數理統計等等，前前後後一共十幾門。

【計算機專業頂尖的大學】

我們再來了解下美國計算機頂尖的幾所大學。

1.斯坦福大學

計算機的就業、工作時間實際上高於別的行業，但其收入大家也知道，也遠高於大多數行業。斯坦福大學位於技術聖地——矽谷，再加上加州的宜人人風景和氣候，斯坦福成為很多留學生嚮往的地方。

斯坦福的CS是很大的CS系，不乏響噹噹的圖靈獎得主和學科領域的大腕人物。

這個系每年畢業30多名phd和眾多的master。畢業生受到各個領域的青睞。基本上排名前十的高校，CS專業都有斯坦福的畢業生擔任教授。

在科研方面，斯坦福在理論、資料庫、軟體硬體、AI等領域是頂級。CS系有170多在攻讀博士，300多人在攻讀碩士。每年的申請競爭也是相當激烈，單是CS的就有1000多人，普遍都具有很好的學術科研背景。

2.MIT

MIT的CS是相當牛的，為計算機的發展做出過不可磨滅的貢獻，包括數據流計算的思想、數據流計算機、人工智慧等方面都有重大成就。

MIT的CS系全稱EECS（電子工程與計算機科學），研究實力強勁。系裡提供本科和博士學位。提供工程碩士學位，但只對本校CS系的學生開放。系列人數是全位居全校department之最。

MIT還有一個專業叫做media art&science，它的知名度也不在計算機之下，主要做多媒體、信息處理和人工智慧方面的研究。

在MIT，你的導師都是世界級的教授。打個比方，給你上《演算法導論》的教授可能就是《演算法導論》的作者，而且本科生也能夠充分使用學校的實驗室。

MIT的教育非常注重理論，專業內有非常多的理論課,同時學校對學生的數學基礎要求也很高。比方說，學校要求本科生必修的兩門演算法課程，都包含很多數學證明的學習。

3.伯克利

這學校同樣也位於舊金山灣區，離矽谷和斯坦福不遠。

伯克利是美國最激進的學校之一，在六十年代，反越戰、東方神秘主義、回歸自然文化等都是起源於這個學校的。在當今高科技領域，伯克利不斷締造新的神話，校友群英彙集。最著名校友有英特爾總裁安德魯·格魯夫。

伯克利軟體套間——BSD版的linux系統影響了整個CS界。另外還提供了Spark微處理器的核心技術。

伯克利的CS也叫EECS系，參考剛才說的MIT。CS科研方面，伯克利也是相當強，涵蓋了計算機非常全面的研究方向。專業設有計算機科學的各理論、計算演算法設計與分析、計算機體系結構和邏輯、計算邏輯設計、編程語言編譯器、操作系統、科學計算、計算機圖形學、資料庫、人工智慧和自然語言處理等等。

在伯克利學習CS對於數學的要求同樣高，伯克利CS本科設置的BA的學位以及EECS的BS學位，這兩個學位有什麼差別呢？相比較來說，兩者的計算機課程含量相當，主要差別在於：

EECS專業要求EE的課程比較多一些。如果希望課程更加靈活，比較建議CS的BA學位。

以上就是對比較牛的三所大學的介紹。

【如何申請計算機方向】

CS方向是留學申請中算是難度係數比較高的，這就要求同學不僅在標準化考試取得比較好的成績，還要求學生在數學和前沿科技領域有較高的學習熱情和準備。曾經我們有一個清華大學的CS本科生申請博士學位，他的數學已經積累到了數學系的學生普遍沒怎麼聽過的高度。

補充下，有的同學未來想向人工智慧和軟體工程發展，那麼應該怎麼去準備呢？對於本科生來說，絕大部分的學校將CS作為整體來教授；但也有分的比較細緻，比如卡耐基梅龍，會細分到比如人工智慧方向或機器人方向；大部分學校還是將CS作為一個學位。有個別的學校會設置細緻方向的碩士學位，比如南加大和卡梅。而博士階段，你對什麼方向感興趣都是可以去選擇的，這個限制不大。