更新時間：2024-10-06 16:07:08作者：留學之路
計算機涉及的領域非常廣泛， 其分支學科也是非常多。在美國將主要的專業方向分為人工智能(Artificial Intelligence)，程序應用(Programming Language)，計算機系統(Systems)以及計算機理論(theory)這四個部分。而每個部分又有很多的研究方向，諸如人工智能與知識工程， 模式識別與圖像處理軟件，多媒體技術與圖形學，智能信息系統工程與軟件自動化，數據庫與數據倉庫，數據挖掘與知識發現，計算機網絡技術及其應用，計算機系統與控制，信息系統安全，計算機安全等等。下面是計算機專業常見的研究領域。
1、體系結構、編譯器、并行計算和硬件系統設計
Architecture, Compilers and Parallel Computing/ Hardware Systems and Design/VLSI
體系結構和編譯器的研究主要集中在硬件設計，編程語言以及下一代編譯器。并行計算研究的包含范圍很廣，包括并行計算的計算模型，并行算法，并行編譯器設計等。計算機硬件芯片，例如CPU 的結構設計，內部結構邏輯門的電子開關， 了解VLSI 的同學應該知道這個方面的研究深度和難度，申請者必須具備很強的邏輯電路基礎知識。
2、系統與網絡 Systems and Networking
可細分為：
(1) 網絡與分布式系統(Networking and distributed systems)：移動通信系統， 無線網絡協議(wireless protocols)，Ad-hoc 網絡，服務質量管理(Quality of Service management(QoS)，多媒體網絡，計算機對等聯網(peer-to-peer networking, P2P)，路由，網絡模擬，主動隊列管理(active queue management, AQM) 和傳感器網絡(sensor networks)。
(2) 操作系統(Operating system)：分布式資源管理，普適計算(ubiquitous computing/pervasive computing) 環境管理，反射中間件(reflective middleware)，中間件元級操作系統(middleware “meta-operating systems”)， 面向對象操作系統設計，允許單個用戶與多計算機、對等操作系統服務交互的用戶設計，上下文敏感的分布式文件系統，數據中心的電源管理，文件/ 存儲系統，自主計算(autonomic computing)，軟件健壯性的系統支持以及數據庫的系統支持。
(3) 安全(Security): 隱私，普適計算，無線傳感器(wireless sensors)，移動式和嵌入式計算機，規范，認證，驗證策略， QoS 保證和拒絕服務保護，下一代電話通訊，操作系統虛擬化和認證，關鍵基礎設施系統，例如SCADA控制系統和醫療， 消息系統，安全網關，可用性安全。
(4) 實時和嵌入式系統(Real-time and embedded systems)：開放式實時系統，Qos 驅動的實時調度和通信協議， 控制設計和實時調度整合，實時、容錯和安全協議整合，網絡化器件和智能空間的魯棒動態實時構架。
3、理論與算法 Theory and Algorithms
計算機理論研究主要集中在算法和數據結構的設計與分析， 以及計算復雜性的研究。具體包括最優化(optimization)，計算幾何和拓撲(computational geometry and topology)，近似算法(approximation algorithms)，密碼(cryptography) 和安全計算(secure computation)， 網絡設計(network design)，數據挖掘(data mining)，機器學習(machine learning)，有限元網格生成(finite-element mesh generation) 和自動化軟件驗證(automatic software verification)
4、人工智能
Artificial Intelligence
它是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器，該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。這個領域包含廣泛的研究課題， 包括知識表示，機器學習，計算機視覺，推理和機器人等。
(1)知識表示(knowledge representation)：把知識按照一種有利于推理( 得出結論) 的方式表示出來。
機器學習(machine learning)：自動學習如何識別復雜模式并基于數據作出智能決策。
(2)計算機視覺(computer vision)：使機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。
(3)推理(reasoning)：學習推理的計算模型。
(4)機器人(robotics)：工程學和機器人技術，以及它們的設計， 制造，應用和結構配置。
5、編程語言 Programming Languages
該領域的研究包括計算機語言的設計與實現，其目標是同時提高開發人員的開放效率和軟件質量。包含如下課題：
(1)程序語言設計和實現
(Programming Language Design and Implementation)：編譯器優化(Compiler optimization)，語義(Semantics)，即時編譯器(JIT complier)，域特定語言(DSL：Domain-specific languages)
(2)編程環境和工具(Programming Environments and Tools)：監控(Monitoring)，程序員搜索引擎(Programmer search engines)，基于模型的設計(Model-based design)。
(3)程序分析和驗證(Program Analysis and Verification)：模型檢測(Model checking)， 靜態和動態分析(Static and dynamic analysis)， 定理證明(Theorem proving)， 實時系統的任務調度分析(Schedulability analysis for real-time systems)。
6、數據庫與信息系統 Database and Information Systems
包括以下研究內容：
(1)數據庫(Database)：數據模型，數據查詢、集成，各種數據庫系統的設計、實現等。
(2)數據挖掘(Data Mining)：從數據中提取模式的處理過程。它在很多領域有廣泛的應用，如市場營銷、監測、入侵檢測和科學發現。數據挖掘和機器學習很相關，但是數據挖掘更關注實際應用。
(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，同時還搜索與之關聯的數據庫和萬維網。
(4)自然語言處理(Natural language processing)：構建一種可以分析、理解和生成自然語言的計算機系統。研究課題包含自動摘要(automatic summarization)，語篇分析(discourse analysis)， 機器翻譯(machine translation)， 命名實體識別(named entity recognition)， 自然語言生成(natural language generation) 和語音識別(speech recognition) 等。
7、圖形學與多媒體Graphics and Multimedia
計算機圖形學主要研究內容就是研究如何在計算機中表示圖形、及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。研究包含對自然景象的建模和動畫生成(modeling and animation of natural phenomena)， 計算拓撲學(computational topology)，圖形硬件的使用(graphics hardware utilization)，渲染(rendering)，網格處理和簡化(mesh processing and simplification)， 形狀建模(shape modeling)，曲面參數化(surface parameterization) 和可視化處理(visibility processing) 等。利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數據轉換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和 技術。它涉及到計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設計等多個領域，成為研究數據表示、數據處理、決策分析等一系列問題的綜合技術。
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)，數據挖掘和分析， 以及數據融合(data fusion)。
8、人機交互 Human-Computer Interaction (HCI)
HCI 主要研究人和計算機之間的交互。它通常被認為是計算機科學、行為科學、設計及其他相關領域研究的交叉學科。研究關于設計、評價和實現供人們使用的交互計算系統及有關這些現象。
研究課題包括：
(1)上下文感知計算(Context-aware computing):
行為分析， 智能空間(Smart Spaces)， 定位感知系統(Location-aware systems)，隱私技術。
(2)感知人機界面(Perceptual Interfaces)：
基于視覺的界面(Vision-based interfaces)，語音和話語界面(speech and discourse interfaces)。
(3)協同和學習(Collaboration and Learning)：
基于模式的編輯工具(Pattern-based authoring tools)，ESL (English as a second language) 學習，群組協同技術(group collaboration technologies)，包含按地理分布的遠程沉浸協同(geographically distributed tele-immersive collaboration)
(4)驗光和人的視覺模擬(Optometry and Human Vision Simulation)：
9、科學計算 Scientific Computing
科學計算主要是研究構建數學模型(mathematical models) 和數值解法(numerical solution)，并用計算機來分析和解決科學、社會科學以及工程問題。研究課題包含：
(1)并行計算(Parallel computing): 并行計算語言和并行算法。
(2)自動性能調整(Automatic Performance Tuning):
Automatic generation of optimized implementations of computational and communication kernels。
(3)網格剖分(Mesh generation)：
自動生成三角網格(triangulated meshes) 來表示物理和計算區域。
(4)矩陣計算(Matrix computations)：
設計高效的矩陣計算算法和軟件。
(5)浮點數(Floating point)：
可擴展的精度算術(Extended precision arithmetic)，可靠的浮點數標準(Reliable floating point standards)， 浮點數標準的體系和執行時間實現(Architectural and run time implications of floating point standards)，浮點數標準的編程語言實現。
(6)計算機代數(Computer Algebra)：符號數學計算方法。
10、信息安全Information Security
課題包含：
(1)密碼學(Cryptology)
密碼學理論(cryptography theory)，新的密碼學系統開發(development of new cryp ographic systems)，密碼分析學(cryptanalysis)，協議開發，應用密碼學，量子計算(quantum computation)。
(2)隱私(Privacy)
無線傳感器網絡的隱私，RFID 系統的隱私，數據庫的隱私問題，基于網絡的應用的隱私。
(3)軟件安全(Software security)
開發編程語言和計算機安全之間的相互影響。
一致性和完整性(Identity and integrity)
預防“網絡釣魚”和攻擊。
(4)網絡安全(Network security)
網絡安全檢測(network security monitoring) 和入侵防御(intrusion prevention)。
11、軟件工程 Software Engineering
主要研究開發大規模軟件系統的原理和技術。
12、生物信息學和計算生物學 Bioinformatics and Computational Biology
研究高效魯棒的生物計算模擬算法，以及應用數據挖掘，機器學習，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據。
主研究課題包括：
(1)生物信息學(Bioinformatics)
比較基因組學(Comparative genomics)，遺傳分析(Genetic analysis)， 系統發育(Phylogenetics)， 分子進化建模(Molecular evolutionary modeling)，基因調控網絡(Gene regulatory networks)。
(2)蜂窩系統(Cellular systems)
蛋白質結構建模(Protein structure modeling)，基因調控網(Gene regulatory networks)， 合成生物學(Synthetic biology)，Computational systems biology，細胞信號傳導通路，傳輸和代謝，自組裝系統(Self-assembling systems)。
神經系統(Neural systems)
(3)生物醫學系統(Biomedical systems)
傳感器，健康服務系統，生理模型，醫學圖像和生物圖像分析。具體而言，生物信息學作為一門新的學科領域，它是把基因組DNA 序列信息分析作為源頭，在獲得蛋白質編碼區的信息后進行蛋白質空間結構模擬和預測，然后依據特定蛋白質的功能進行必要的藥物設計。基因組信息學, 蛋白質空間結構模擬以及藥物設計構成了生物信息學的3 個重要組成部分。
13、計算機教育 Computers and Education
本領域研究如何教授計算機科學以及如何將計算機應用到教育中。這部分內容比較寬泛。
14、計算機工程 Computer Engineering
主要研究計算機處理器、多處理器通訊設計、網絡設計和存儲器體系，著重于硬件設計以及與軟件和操作系統的交互的性能。計算機工程以電子計算機技術的應用層面為主，而較少應用自然學科中的數學、統計以及物理理論。
15、管理信息系統Management Information System
MIS，作為一門跨學科新興專業，其主要任務是最大限度的利用現代計算機及網絡通訊技術加強企業信息管理，通過對企業擁有的人力、 物力、財力、設備、技術等資源的調查了解， 建立正確的數據，加工處理并編制成各種信息資料及時提供給管理人員，以便進行正確的決策，不斷提高企業的管理水平和經濟效益。
二、美國計算機專業學位設置
留學網留學提醒大家，計算機專業碩士學位有Master of Science理學碩士和Master of Engineer工學碩士;
理學碩士學位，學制一般為2年，以授課為主，比較側重學術，畢業后可選擇就業或者繼續攻讀Ph.D博士學位;
工學碩士學位，學制側一般為1年或1年半，主要針對就業，更加側重于實踐，畢業后可以進入企業工作。