5分钟美国计算机科学（CS）有哪些专攻方向

一、专业介绍

计算机科学是研究计算机及其周围各种现象和规律的科学，也就是研究计算机系统结构、程序系统（即软件）、人工智能与计算本身的性质和问题的学科。

从院系设置上，计算机科学（简称CS)主要设置于独立的计算机学院，也有一些项目设置在工程学院或文理学院下，旨在培养学生熟练掌握计算机理论的研究与应用，并为相关行业如信息安全等提供高素质的计算机类人才。

硕士课程通常需要完成30-45个学分，包括必修和选修课程。

二、其中必修课程包括：

数据结构、机器结构、算法基础、编程语言、计算导论等。

选修课程可以根据个人的兴趣和未来职业发展方向选择，如：

前端开发、系统架构、机器学习、数据挖掘、计算生物、机器人、游戏设计等。

在学位设置方面，会有硕士学位和博士学位两种，前者通常需要完成课程学习以及capstone项目，后者则需要完成更多研究工作和撰写博士论文。

三、计算机科学有哪些分支

和计算机诞生一样，计算机科学真正作为一门独立学科也是始于美国，即1962年普渡大学计算机科学系的正式成立，而这不仅是美国也是世界上第一个计算机科学系。

正如计算机科学是从数学或电子工程中分支出来的一样，新的学科发展到一定阶段也会从计算机科学中独立出来，比如软件工程、编程语言、机器人、人工智能等~

部分大学根据当前院系设置、学科研究和人才培养的需要独立地设置了上述专业的硕士项目（如东北大学的机器人硕士项目），而不仅只是作为计算机科学的一个分支（如南加大的计算机科学下的机器人分支）。

接下来，我们讨论的则是美国计算机科学（即CS）硕士专业下，通常有哪些专攻方向可以选择。

通过对各所院校CS具体研究方向的考察，可以将其下属方向大概归纳为几个主要研究方向。

系统与网络System and Network

学习内容

计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同又功能独立的多个计算机系统连接起来，并以功能完善的网络软件实现网络的硬件、软件及资源共享和信息传递的系统，简单的来说即连接两台或多台计算机进行通信的系统。

此分支方向主要的学习内容从网络基础理论，拓扑结构，相关组成硬件，传输媒体（光导纤维，同轴电缆，双绞线有线传输，卫星传输，红外线传输，激光传输，无线电波等无线传输），再到各种网络协议等。

关于系统与网络大家比较熟知的应用就是苹果闭环系统的AirDrop（隔空投送）功能。AirDrop的跨设备传送需要Wi-Fi。人们通常处在一个有中心节点的Wi-Fi网络中，网络中的节点彼此间通过中心节点交换信息，了解对方的状态。

而AirDrop和蓝牙类似，设备们运行在一个去中心的ad-hoc无线网络中。在AirDrop中，系统首先会扫描附近支持AirDrop的设备，然后通过Wi-Fi建立安全的ad-hoc连接，再通过Finder的图形界面显示发现到的设备，接下来用户可以发送和接受文件。

而AirDrop功能只在苹果设备才有，可见苹果利用自有的封闭操作系统和一些网络协议实现了文件和信息的共享，十分有自己的特色。

研究课题

网络方面的研究课题包含了网络协议和安全服务的整个开发周期，从设计到具体细节，验证，测试，性能分析，执行以及性能调整等。

热门程度

从学习内容能看出，系统与网络是计算机科学分类下一个非常老牌的专业方向，从计算机系统的建立之初便开始了研究，应用范围也很广，但凡涉及到计算机联机的地方都有用到这一块的知识~

专业排名前76的计算机科学学校中有73所都开设了该研究方向，开设率达96%。而从已经在读的中国计算机科学学生研究方向情况来看，该方向也是最热门方向之一。就业对口职位有系统管理员，系统工程师，网络工程师等。

人工智能与机器人

Artificial Intelligence and Robotics

学习/研究内容

人工智能作为计算机科学的一个分支，它从计算机应用系统角度出发，研究如何制造出人造智能机器或智能系统，来模拟人类智能活动，衍生人类智能科学。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

随着人工智能技术的逐渐成熟，人工智能和机器人在人类生产和生活过程中扮演越来越重要的角色。举个最简单的例子——Siri这类语音助理，研究人员所面临的的挑战是让它如何更好地理解人类语言以及语言背后的行为动机，人工智能系统使用大量机器学习技术，使它们能够更好完成人机交互这一异常复杂的任务。

热门程度

此研究方向研究非常热门，计算机科学专业排名前76的学校有64所开设该方向，开设率85%。据职场社交平台LinkedIn(领英)所发布的《全球人工智能领域人才报告》显示，这一领域人才需求在过去3年间增长了8倍，而中国人工智能的人才缺口每年可达百万。

合适就业岗位包括科研机构研究员(机器人研究所，如全球顶尖医用机器人制造商Hansen Medical，招聘职位如机器人系统工程师等)软硬件开发人员、高校讲师等。国内的就业前景也比较好，国内产业升级，IT行业转型，工业和机器人，智能机器人与可穿戴设备的研发都是正当时的热点。

计算机隐私与安全Privacy and Security

学习内容

笼统说，计算机安全主要是保护计算机与网络免于滥用和干扰。而从过去历史看来，计算机攻击一般来说包含攻击系的完整性、保密性与可用性。如今的信息安全技术一直在发展中，不单包含了对上述攻击的防御，同时也增加了更多应用，如过滤垃圾邮件与防止身份盗用而导致的信息泄露等。

热门程度

计算机科学专业排名前76的学校有57所开设此研究方向，开设率达75%。基于网络的庞大和复杂性，计算机与信息隐私和安全已经是人人关注的问题。最需要信息安全人才的典型行业包括政府，银行和证券，各种商业机构也都有迫切的人才需求。

而从择业范围来看，计算机隐私与安全已经从网络安全一枝独秀，到逐渐加入应用安全、数据安全和系统安全的全面支撑。产品类型也更加多样，网络边界、内网、服务器、PC 终端、移动介质、操作系统、数据库、应用软件等软硬件系统防护体系的全面推进~

依靠防火墙、IDS 和防病毒软件―老三样已经无法保障整体安全，使得UTM、IPS、VPN、终端安全管理、安全审计等新兴安全产品以及安全服务有了更大的施展空间。因此，毕业生的就业前景是非常乐观的。

由于信息安全的敏感度，此研究方向在美国的招生更加偏向于有绿卡的本土人士，而经过对排名前76的计算机科学学校在校学生研究分支的初步观察，极少有发现计算机信息隐私与安全领域的在读博士研究生。

编程语言Programming Language

学习内容

包括开发新型编程语言以助程序员实用高效地开发可靠的软件，计算机辅助语言学习，计算语言学，从初阶的打字理论，自动定理证明，语义学等发展到如今的基于语言的途径以解决计算机安全与分布式编程中的重大问题~

此外，还包括语言应用，编程分析与优化等，从而可以从根本上提高软件可靠性与安全性。学习编程其实就是学习一种语言：一种与机器对话的语言。拿现在比较火的编程语言Python来举个例子。

Python由于具有丰富和强大的库，它又被叫做作胶水语言，能够把用其他语言制作的各种模块(尤其是C/C++)很轻松地联结在一起。较常见的一种应用情形是，使用Python快速生成程序的原型，然后对其中有特别要求的部分，用更合适的语言改写~

比如3D游戏中的图形渲染模块，性能要求特别高，就可以用C/C++重写，而后封装为Python可以调用的扩展类库。信息安全，大数据处理，数据可视化机器学习，物联网/服务器开发，各大软件的api，桌面应用，都需要python。

热门程度

计算机科学专业排名前76的学校有54所开设此研究方向，开设率达71%。编程语言是计算机科学领域的基础老牌学科，其发展相对缓慢，研究上的努力大多数都体现在框架和工具等方面了~

由于从头开始创建编程语言代价太大，目前很多新出现语言都是基于现有框架建立起来，影响力较大的趋势主要有三种，声明式编程风格(DSL与函数式编程)，动态语言的研究与并发编程。申请热门程度属于中等，市场需求大，主要从事软件开发与应用等工作。

数据库Database

学习内容

学习与数据管理相关的所有方面，包括数据存储，数据检索，数据分析和视觉化，如为超大型数据组开发高效算法，为各种新型应用领域建立大型数据系统，也有与其他领域进行跨学科研究，可以应用的领域有电脑游戏设计，保护数据隐私与安全等。当下我们常用于存储和管理文件、视频、音频等的百度云、华为云就是基于数据库搭建的。

热门程度

计算机科学专业排名前76的学校有50所开设此研究方向，开设率为66%。数据库是商业灵魂和大脑，无论公司是自己开发应用软件还是购买第三方应用软件，几乎都会涉及到数据库~

最常见职位如数据库管理员，主要工作内容涉及到数据库安装升级，存储方案，创建存储结构，创建数据库对象，根据反馈修改数据库结构，维护数据库安全，保证数据库使用符合相关法规，监控用户对数据库的存取访问，优化数据库性能等。

计算机图形学Computer Graphics

学习内容

计算机图形学(简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器栅格形式的科学。如何在计算机中表示图形以及如何利用计算机进行图形生成、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要学习内容。而计算机动画就是计算机图形学的一个子领域。近年动画师越来越多借助于三维计算机图形学，纵使二维计算机图形学仍然被广泛使用着。

热门程度

计算机科学专业排名前76的学校有48所开设此研究方向，开设率达63%。主要应用方面如艺术设计（二维三维的静止画，动画，比如自由创作，服装/工业/网页设计，电视广告等），游戏设计（相关的公司如任天堂，Sega，索尼等），动画与漫画等。上述领域都是计算机图形学毕业生未来就业的最佳参考方向。