信息與計(jì)算科學(xué)在幾個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

張 淵

合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230031

信息時(shí)代的全面來臨，信息技術(shù)領(lǐng)域與數(shù)學(xué)技術(shù)的科學(xué)結(jié)合，對(duì)科技發(fā)展產(chǎn)生推動(dòng)作用。同時(shí)，工程實(shí)踐與科學(xué)方面，數(shù)學(xué)也提供重要的基礎(chǔ)支持，也成為備受關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，信息技術(shù)的深入科學(xué)研究，由此衍生形成信息與計(jì)算科學(xué)，也成為全新的學(xué)科之一，位于高校教學(xué)獲得重點(diǎn)關(guān)注，同時(shí)，也對(duì)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展產(chǎn)生重要的影響和意義。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算與人工智能等快速發(fā)展，使得信息技術(shù)也得以不斷創(chuàng)新，而信息與計(jì)算科學(xué)也在眾多領(lǐng)域獲得重點(diǎn)應(yīng)用，并發(fā)揮著至關(guān)重要的影響和作用。

一、信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)相關(guān)概述

（一）信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)概述分析

針對(duì)信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)，具體設(shè)計(jì)涵蓋信息科學(xué)以及計(jì)算科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科。最初，是以“計(jì)算數(shù)學(xué)”命名的學(xué)科，教育部門在高校教育事業(yè)改革期間，對(duì)計(jì)算數(shù)學(xué)作出重新命名，改稱“信息與計(jì)算科學(xué)”。基于戰(zhàn)略層面分析，基于信息領(lǐng)域，通過對(duì)計(jì)算機(jī)管理、數(shù)學(xué)以及信息等有關(guān)專業(yè)作出整合，以大類分析，專業(yè)范疇主要以計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)類為主。招生定位以及培養(yǎng)目標(biāo)方面，則是以培養(yǎng)應(yīng)用型復(fù)合人才為主，要求其具備數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)做到熟練掌握。隨著教育事業(yè)的進(jìn)一步改革發(fā)展，信息與計(jì)算科學(xué)也被歸入數(shù)學(xué)專業(yè)，研究內(nèi)容上，則是應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算工具，以此對(duì)工程、科學(xué)問題等提出科學(xué)解決的數(shù)學(xué)方法以及理論。

（二）信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)設(shè)置必要性分析

隨著計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的問世，人類社會(huì)從工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)逐步變革。并且，不同學(xué)者對(duì)工業(yè)社會(huì)到信息社會(huì)根本性變化的認(rèn)知也有所不同。奈斯比特認(rèn)為，首先，技術(shù)知識(shí)將會(huì)直接成為新的財(cái)富，而勞動(dòng)價(jià)值論也將會(huì)被知識(shí)價(jià)值論所替代。其次，時(shí)間觀念產(chǎn)生了極為重要的變化，人們已經(jīng)不用再像農(nóng)業(yè)社會(huì)那樣依賴于過去的經(jīng)驗(yàn)，也不必再像工業(yè)社會(huì)那樣只看重眼前和現(xiàn)狀，而是會(huì)更加注重未來。并且將重點(diǎn)放在如何預(yù)測未來上。最后，針對(duì)生活目標(biāo)也產(chǎn)生了一定的變化，這也便意味著是人與人之間存在競爭，而不再是人和自然之間的一種競爭。然而在今天，有些人依舊不是十分習(xí)慣在一個(gè)信息背景極為廣泛的環(huán)境中去獲取并且交流信息。

（三）信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)分析

信息科學(xué)有著極為豐富的內(nèi)涵，其中包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、收集處理和電子技術(shù)信息的傳遞等，而信息科學(xué)的任務(wù)主要包含著研究各種信息以及信息當(dāng)中所涉及的現(xiàn)象和規(guī)律，在以上領(lǐng)域運(yùn)用方法、技術(shù)以及手段。可以說，無論是從信息科學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行分析還是從信息科學(xué)的任務(wù)觀察來看，信息與計(jì)算機(jī)科學(xué)有著非常緊密地聯(lián)系，并且能夠?yàn)橛?jì)算科學(xué)等數(shù)學(xué)學(xué)科提供更加先進(jìn)的手段。在此過程中，新的要求也體現(xiàn)出來，信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的相關(guān)人才要掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)功底和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)。

二、發(fā)展信息與計(jì)算科學(xué)的意義

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和信息技術(shù)的發(fā)展，我國信息產(chǎn)業(yè)和計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域取得了重大突破。一些發(fā)達(dá)國家之所以擁有雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，是因?yàn)槠湔莆樟讼冗M(jìn)的信息技術(shù)和計(jì)算科學(xué)技術(shù)。而且，對(duì)于傳統(tǒng)各個(gè)行業(yè)發(fā)展來說，僅依靠人力支撐難以滿足日益規(guī)模化的行業(yè)發(fā)展。因此，要想促進(jìn)社會(huì)和行業(yè)生產(chǎn)力的進(jìn)一步提高，發(fā)展科技是不二法門。只有重視信息與計(jì)算科學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，才能為各行各業(yè)提供新型發(fā)展渠道，借助信息與計(jì)算科學(xué)的力量，為各行業(yè)的生產(chǎn)節(jié)省人力，全面推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展。

三、信息與計(jì)算科學(xué)在幾個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

在對(duì)信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)進(jìn)行足夠了解之后發(fā)現(xiàn)，信息與計(jì)算科學(xué)的應(yīng)用具體可以分為兩個(gè)方向進(jìn)行觀察：從就業(yè)方向來看，信息與計(jì)算科學(xué)能夠在IT行業(yè)得到非常理想的發(fā)展，尤其是在現(xiàn)階段的大數(shù)據(jù)環(huán)境之下，大數(shù)據(jù)領(lǐng)域能夠?yàn)樾畔⑴c計(jì)算科學(xué)專業(yè)人才提供很多崗位。例如，大數(shù)據(jù)開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整理等。而這類崗位的人才需求量還會(huì)隨著大數(shù)據(jù)環(huán)境的不斷發(fā)展而發(fā)展。與此同時(shí)，一些傳統(tǒng)的軟件開發(fā)崗位也會(huì)為信息與技術(shù)科學(xué)專業(yè)人才提供對(duì)口的職位。從上升空間來看，因?yàn)樾畔⑴c計(jì)算科學(xué)專業(yè)有著非常健全的數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)，因此，在軟件開發(fā)崗位上，信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)人才還有著較大的上升空間，既可以走研發(fā)路線，又可以選擇人工智能相關(guān)方向。具體來說，則會(huì)涉及到在以下幾個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

（一）工程領(lǐng)域：數(shù)學(xué)計(jì)算、科學(xué)計(jì)算

工程計(jì)算領(lǐng)域，有關(guān)數(shù)據(jù)科學(xué)計(jì)算功能，具體體現(xiàn)在：位于工程領(lǐng)域，純科學(xué)計(jì)算的運(yùn)用，如MATLAB語言，其屬于數(shù)學(xué)計(jì)算平臺(tái)，是由美國THE MATH WORKS公司經(jīng)過科學(xué)研發(fā)所發(fā)展形成的。針對(duì)此軟件，以矩陣計(jì)算方面的功能尤為突出，具有明顯的超前性，在工程界，為計(jì)算提供可靠保障。主要涉及如下方面：

第一，有關(guān)函數(shù)收斂性，計(jì)算更加精簡快速。針對(duì)函數(shù)收斂問題，即函數(shù)位于某點(diǎn)收斂，自變量無限接近該點(diǎn)，函數(shù)值存在極限，且通過該點(diǎn)值保持對(duì)應(yīng)。針對(duì)論證、計(jì)算過程，位于工程計(jì)算方面，較為常見，而針對(duì)求解過程，存在明顯的復(fù)雜性以及繁冗性，求解結(jié)果存在較大變化情況。所以，函數(shù)是否收斂則顯得尤為重要，可對(duì)計(jì)算結(jié)構(gòu)正確性做出有效衡量。不過，有關(guān)函數(shù)是否收斂，對(duì)此進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確驗(yàn)證期間，需采取反復(fù)大量計(jì)算，方可獲得最終結(jié)論，工作效率無法得到充分保證。鑒于此，以MATLAB編程為主，確保收斂性試驗(yàn)更加快速，使計(jì)算過程可以更加快速準(zhǔn)確。

第二，有關(guān)大量矩陣問題，可通過MATLAB完成快速準(zhǔn)確處理。部分科學(xué)研究與實(shí)踐活動(dòng)，涉及到最優(yōu)解求解，涵蓋大量龐大矩陣，若是以人工方式為主，勢必?zé)o法做出科學(xué)準(zhǔn)確結(jié)算，即便計(jì)算完成，勢必存在相應(yīng)的錯(cuò)誤問題。通過MATLAB平臺(tái)，僅需對(duì)矩陣形式作出準(zhǔn)確輸入，選擇相應(yīng)的程序完成系統(tǒng)計(jì)算，輸入數(shù)據(jù)保證準(zhǔn)確無誤，則結(jié)果也可保證科學(xué)精準(zhǔn)，同樣可采取反復(fù)檢驗(yàn)。

第三，以工程模型為基礎(chǔ)，加以科學(xué)應(yīng)用。現(xiàn)代工程領(lǐng)域，有關(guān)精度標(biāo)準(zhǔn)極其嚴(yán)格，因此，應(yīng)構(gòu)建虛擬模型，完成力學(xué)計(jì)算，以此為工程質(zhì)量提供可靠保障。現(xiàn)代工程計(jì)算，對(duì)有限元法的科學(xué)應(yīng)用較為廣泛，以模型為基礎(chǔ)，以網(wǎng)格劃分方式，獲得若干單元，對(duì)各單元采取科學(xué)求解，以此獲得最終結(jié)果，網(wǎng)格劃分的疏密程度，是影響計(jì)算精度的重要因素之一。計(jì)算機(jī)中，有關(guān)有限元法的科學(xué)運(yùn)用，具體流程主要為：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以預(yù)期設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，構(gòu)建虛擬模型，設(shè)置具體的材料常數(shù)；以模型為基礎(chǔ)，采取網(wǎng)格劃分，獲得大量小單元；對(duì)模型施加荷載與約束；完成科學(xué)求解；數(shù)據(jù)后處理。通過一系列流程，便可獲得最終結(jié)果。針對(duì)ABAQUS軟件，有著廣泛應(yīng)用，同ANSYS等工程軟件作出對(duì)比，ABAQUS軟件優(yōu)勢特點(diǎn)突出：兼容性相對(duì)更強(qiáng)，可完成獨(dú)立建模，同時(shí)，針對(duì)其他軟件所構(gòu)建模型，同樣可以完成有效導(dǎo)入；以建模為標(biāo)準(zhǔn)，ANSYS并非優(yōu)勢最為突出的軟件，不過，其數(shù)據(jù)處理方面，則表現(xiàn)出突出優(yōu)勢，可對(duì)模型完成靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析，并進(jìn)行裝配接觸等有關(guān)基操作，同其他軟件對(duì)比，數(shù)據(jù)處理也表現(xiàn)出良好優(yōu)勢。除此之外，ABAQUS軟件，其具有的草圖功能，建模期間若出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下，可通過草圖做出合理修正。同時(shí)，所具有的恢復(fù)功能，即便遇到突發(fā)故障或是斷電等問題，可完成緊急存儲(chǔ)，避免造成影響。現(xiàn)階段，科技創(chuàng)新的背景下，信息與計(jì)算科學(xué)也成為備受關(guān)注的焦點(diǎn)，發(fā)揮著至關(guān)重要的影響和意義，工程領(lǐng)域所涉及的科學(xué)創(chuàng)新，信息與計(jì)算科學(xué)有關(guān)的應(yīng)用軟件與平臺(tái)也快速出現(xiàn)，為時(shí)代改革發(fā)展提供重要推動(dòng)力［1］。

（二）體育領(lǐng)域：比賽臨場數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理軟件的開發(fā)

體育比賽領(lǐng)域，對(duì)信息與計(jì)算科學(xué)的科學(xué)應(yīng)用，為比賽的有序與科學(xué)、公正等提供可靠保障。如排球比賽中，臨場統(tǒng)計(jì)軟件的開發(fā)應(yīng)用，指標(biāo)采集精準(zhǔn)快速，數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析速度更快，為統(tǒng)計(jì)、分析等環(huán)節(jié)提供可靠保障。除此之外，比賽期間，對(duì)比賽有關(guān)的各類信息，為教練等人員做出及時(shí)準(zhǔn)確反饋，為技戰(zhàn)術(shù)安排選擇等提供可靠保障，使其能夠更好地掌握主動(dòng)權(quán)以及優(yōu)勝權(quán)。比賽結(jié)束后，體育項(xiàng)目有關(guān)的組織、實(shí)施與參與者，可基于統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)比賽存在的問題和不足作出進(jìn)一步的科學(xué)深入分析，為制定科學(xué)合理的訓(xùn)練計(jì)劃等提供基礎(chǔ)保障。

目前，國內(nèi)球類臨場統(tǒng)計(jì)軟件中，對(duì)可視化開發(fā)語言的運(yùn)用相對(duì)較多，開發(fā)人員也多為體育工作者，對(duì)比賽有關(guān)的各類信息等更加了解，基于球類比賽數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)格式與工作管理等，充分發(fā)揮臨場統(tǒng)計(jì)的各項(xiàng)基礎(chǔ)功能。不過，雖然此類軟件足夠科學(xué)合理，但與國外做出對(duì)比，功能方面依然有待完善提升，務(wù)必重視基于信息與計(jì)算科學(xué)為主，做好深入科學(xué)研究，使其可以在體育領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用［2］。

（三）金融財(cái)經(jīng)領(lǐng)域：證券模型計(jì)算

金融、證券等領(lǐng)域，涉及大量科學(xué)計(jì)量，依托模型計(jì)算與互聯(lián)網(wǎng)等，使理論、實(shí)務(wù)等方面問題得到有效解決，保證目標(biāo)結(jié)果更加科學(xué)精準(zhǔn)。比如，有關(guān)滬深、中國香港市場，以指數(shù)收益率波動(dòng)為主，對(duì)此作出科學(xué)對(duì)比研究，并基于計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，對(duì)波動(dòng)性特征與收益分布情況，做出準(zhǔn)確合理描述，對(duì)市場所具有的特點(diǎn)作出清晰解釋，為投資決策者提供規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)以及實(shí)施監(jiān)督的基礎(chǔ)參考。又如，基于多目標(biāo)組合證券投資模型及其計(jì)算，對(duì)股票問題完成科學(xué)求解，以滬深股市有關(guān)板塊為主，對(duì)業(yè)績保持優(yōu)秀、穩(wěn)定的績優(yōu)股，隨機(jī)挑選5只用于研究樣本，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間范圍，以月度標(biāo)準(zhǔn)為主，對(duì)開盤價(jià)、收盤價(jià)做出科學(xué)研究，并參考其他目標(biāo)指標(biāo)信息，通過Excel軟件，求出未來時(shí)期的單向期望。與此同時(shí)，利用協(xié)方差矩陣，建立均值－方差資產(chǎn)組合模型目標(biāo)規(guī)劃方程與多目標(biāo)規(guī)劃方程，求解具體結(jié)果，對(duì)此采取科學(xué)分析，并由此獲得最終結(jié)論。有關(guān)人員開展相關(guān)科學(xué)研究，以網(wǎng)格環(huán)境為背景，利用資源分配模擬，并以分布式交易結(jié)構(gòu)為主，以此對(duì)證券市場做出真實(shí)模擬，并對(duì)主要構(gòu)件作出合理設(shè)計(jì)。此外，有關(guān)研究人員以收盤價(jià)為目標(biāo)，對(duì)此展開科學(xué)研究，經(jīng)過生態(tài)型、平穩(wěn)性與自相關(guān)性以及ARCH檢驗(yàn)，基于檢驗(yàn)結(jié)果得知，對(duì)數(shù)收益率序列，存在明顯的尖峰厚尾左偏性，并保持平穩(wěn)分布狀態(tài)，具有明顯的ARCH效應(yīng)，所以，我國股票市場中，有關(guān)指數(shù)所具有的波動(dòng)性，可通過GARCH族模型做出科學(xué)計(jì)算［3］。

（四）教育領(lǐng)域：數(shù)字校園管理

在新課改推動(dòng)下，教育事業(yè)發(fā)展受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注，信息與計(jì)算科學(xué)也逐漸在教育行業(yè)中有所運(yùn)用。首先，傳統(tǒng)的教育管理以教師為中心，但這種管理模式耗費(fèi)人力較為嚴(yán)重，易引發(fā)學(xué)生逆反心理，不利于教師開展教學(xué)活動(dòng)。在教育管理方面使用信息與計(jì)算科學(xué)，可以利用先進(jìn)的信息設(shè)備對(duì)各個(gè)學(xué)生的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，有利于教師掌握每個(gè)學(xué)生的存在的問題，加強(qiáng)了管理水平。同時(shí)，還可以為相關(guān)學(xué)習(xí)項(xiàng)目增添趣味性，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。其次，學(xué)校等教育機(jī)構(gòu)可以先進(jìn)的信息和計(jì)算科學(xué)為中心，優(yōu)化當(dāng)前校園管理模式，一改傳統(tǒng)校園管理模式中依賴于紙質(zhì)資料的低效管理，使其按照個(gè)性化文件排列方式，對(duì)關(guān)鍵的校園管理信息備份文件進(jìn)行整理，便于后期獲取所需的文件和信息。

（五）銷售領(lǐng)域：商品和消費(fèi)群體的大數(shù)據(jù)分析

從大數(shù)據(jù)角度上，信息與計(jì)算科學(xué)可以對(duì)商品的采購和銷售渠道進(jìn)行有效分析，在計(jì)算方法上選擇最佳手段，降低采購成本，使企業(yè)利潤最大化。利用以往收集的數(shù)據(jù)對(duì)消費(fèi)群體和傾向全面探究，得到有利于企業(yè)作出戰(zhàn)略計(jì)劃的結(jié)論，為企業(yè)針對(duì)該消費(fèi)群體的銷售提供理論依據(jù)。在銷售模式方面，利用大數(shù)據(jù)分析可以有效劃分銷售目標(biāo)群體，對(duì)不同群體進(jìn)行相對(duì)應(yīng)不同產(chǎn)品的銷售工作，極大提升了工作效率，為企業(yè)贏得良好口碑和聲譽(yù)，也有助于提升銷售成功概率。

綜上所述，信息革命浪潮席卷而來，在信息化和智能化的背景下，推動(dòng)信息技術(shù)快速發(fā)展，為信息與計(jì)算科學(xué)的科學(xué)研究、應(yīng)用提供基礎(chǔ)保障。信息技術(shù)、數(shù)學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，在為人類社會(huì)發(fā)展提供關(guān)鍵動(dòng)力保障的同時(shí)，也對(duì)人類生產(chǎn)、發(fā)展產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。在當(dāng)今信息科技高速發(fā)展的時(shí)代，信息與計(jì)算科學(xué)在各領(lǐng)域中的科學(xué)應(yīng)用，勢必更加深刻地影響到時(shí)代的變革和發(fā)展。