干货-美国大学CS专业四大研究领域及分支方向

以下是各个分支方向的具体介绍：

1、计算机体系结构(Computer Architecture)

      计算机体系结构主要学习与研究计算机的结构和功能，以及它们在电子技术方面的应用。抽象来说，计算机体系结构是一个系统在其所处环境中最高层次的概念;它确定了一台计算机硬件和软件之间的衔接。具体地说计算机体系结构指的是计算机系统设计的观念与架构，描述计算机在实做的设计原则。它确定了一台计算机设计的部件、部件功能以及部件间接口。以常见的冯·诺伊曼设计为例，体系结构设计包括了：指令集、微体系结构、数据表示、寻址方式、寄存器定义、指令系统、异常机制、机器工作状态的定义和切换、输入输出结构等。

申请难度：

      由于受就业环境的影响，该申请方向热度下降非常快，但因为更偏向于理论性的研究，申请的难度也很大。 申请者要有这方面的背景，特别是实际工作经验，是很重的。

Course Website：

Computer Architecture an Engineering

http://inst.eecs.berkeley.eu/~cs152/sp10/

Avance Computer Architecture

http://www.ece.cmu.eu/courses/18741

Parallel Computing

http://beowulf.lcs.mit.eu/18.337/inex.html

Applications of Parallel Computers

http://www.cs.berkeley.eu/~emmel/cs267/

2、系统与网络Systems an Networking

      计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来，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，双绞线的有线传输，卫星传输，红外线传输，激光传输，无线电波等无线传输)，到各种网络协议等。

可细分为：

(1)网络与分布式系统(Networking an istribute systems)：移动通信系统，无线网络协议(wireless protocols)，A-hoc网络，服务质量管理(Quality of Service management，QoS)，多媒体网络，计算机对等联网(peer-to-peer networking, P2P)，路由，网络模拟，主动队列管理(active queue management, AQM)和传感器网络(sensor networks)。

(2)操作系统(Operating system)：分布式资源管理，普适计算(ubiquitous computing/pervasive computing)环境管理，反射中间件(reflective mileware)，中间件元级操作系统(mileware “meta-operating systems”)，面向对象操作系统设计，允许单个用户与多计算机、对等操作系统服务交互的用户设计，上下文敏感的分布式文件系统，数据中心的电源管理，文件/存储系统，自主计算(autonomic computing)，软件健壮性的系统支持以及数据库的系统支持。

(3)安全(Security): 隐私，普适计算，无线传感器(wireless sensors)，移动式和嵌入式计算机，规范，认证，验证策略，QoS保证和拒绝服务保护，下一代电话通讯，操作系统虚拟化和认证，关键基础设施系统，例如SCADA控制系统和医疗，消息系统，安全网关，可用性安全。

(4)实时和嵌入式系统(Real-time an embee systems)：开放式实时系统，Qos驱动的实时调度和通信协议，控制设计和实时调度整合，实时、容错和安全协议整合，网络化器件和智能空间的鲁棒动态实时构架。

申请难度：

      这个研究方向越来越多的出现在 EE,ECE 专业下,不过计算机背景的学生在申请这两个方向的时候仍然具有相当不错的竞争力! 网络技术这个方面也有很多的设置在 EE 下边, 以致于很多 CS 的同学为了这个专业转向 EE 或者ECE 下边的通信与网络专业。网络虽然现在应用比较广泛，但是奖不太好申。

Course Website：

Computer Networks http://bnrg.eecs.berkeley.eu/~rany/Courses/CS268.F09/

Operating Systems an Systems Programming

http://inst.eecs.berkeley.eu/~cs162/sp06/

Operating System Design an Implementation

http://www.cs.cmu.eu/～410/

Embee System Engineering

http://www.ece.cmu.eu/～ece348/

3、理论与算法Theory an Algorithms

      计算机理论研究主要集中在算法和数据结构的设计与分析，以及计算复杂性的研究。具体包括最优化(optimization)，计算几何和拓扑(computational geometry an topology)，近似算法(approximation algorithms)，密码(cryptography)和安全计算(secure computation)，网络设计(network esign)，数据挖掘(ata mining)，机器学习(machine learning)，有限元网格生成(finite-element mesh generation)和自动化软件验证(automatic software verification)。

Course Website：

Avance Algorithms

http://courses.csail.mit.eu/6.854/current/

Efficient Algorithms an Intractable Problems

http://inst.eecs.berkeley.eu/～cs170/sp09/

Avance Approximation Algorithms

http://www.cs.cmu.eu/～anupamg/av-approx/

Convex Optimization

http://www.stanfor.eu/class/ee364a/

4、人工智能Artificial Intelligence

     现在比较热，它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，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。这个领域包含广泛的研究课题，包括知识表示，机器学习， 计算机视觉，推理和机器人等。

知识表示(knowlege representation)：把知识按照一种有利于推理( 得出结论)的方式表示出来。

机器学习(machine learning)：自动学习如何识别复杂模式并基于数据作出智能决策。

计算机视觉(computer vision)：使机器自动从图像和视频中提取信息并理解其中包含的视觉概念。

推理(reasoning)：学习推理的计算模型。

机器人(robotics)：工程学和机器人技术，以及它们的设计，制造，应用和结构配置。

申请难度：

      人工智能做为当前计算机科学专业下最热门，最有发展前景研究方向， 因此所招收的国际学生多具备很强的学术背景，在该方面有着非常突出表现的人才。

      MASTER 招收的不太多，主要是 PHD 的学生。这个方向更多的强调数据表述及算法方面的知识，学生需具备实力。

Course Website：

Machine Learning

http://www.stanfor.eu/class/cs229/

Computer Vision

http://www.anrew.cmu.eu/course/16-720/

Knowlege Representation an Reasoning

http://www.cs.berkeley.eu/～russell/classes/cs289/f04/

Artificial Intelligence

http://inst.eecs.berkeley.eu/～cs188

Introuction to Robotics

http://www.cs.cmu.eu/afs/cs.cmu.eu/acaemic/class/16311/www/current/

5、编程语言Programming Languages

      该领域的研究包括计算机语言的设计与实现，其目标是同时提高开发人员的开放效率和软件质量。包含如下一些课题：

(1)程序语言设计和实现(Programming Language Design an Implementation)：编译器优化(Compiler optimization)，语义(Semantics)，即时编译器(JIT complier)，域特定语言(DSL：Domain-specific languages)。

(2)编程环境和工具(Programming Environments an Tools)：监控(Monitoring)，程序员搜索引擎(Programmer search engines)，基于模型的设计(Moel-base esign)。

(3)程序分析和验证(Program Analysis an Verification)：模型检测(Moel checking)，静态和动态分析(Static an ynamic analysis)，定理证明(Theorem proving)，实时系统的任务调度分析(Scheulability analysis for real-time systems)。

申请难度：

      国际学生申请最热衷的方向。录取的名额较多，招生量较大，竞争激烈程度一般。通常这个方向研一入学时 funing 不多，但第二年后的钱就会比较充裕。

Course Website:

Programming Languages an Compilers

http://inst.eecs.berkeley.eu/～cs164/sp10/

Programming Languages

http://www.psrg.csail.mit.eu/6821/

Compiler Design

http://www.cs.cmu.eu/~fp/courses/15411-f08/

6、数据库与信息系统Database an Information Systems

包括以下研究内容：

(1)数据库(Database)：数据模型，数据查询、集成，各种数据库系统的设计、实现等。

(2)数据挖掘(Data Mining)：从数据中提取模式的处理过程。它在很多领域有广泛的应用，例如市场营销、监测、入侵检测和科学发现。数据挖掘和机器学习很相关，但是数据挖掘更关注实际应用。

(3)信息检索(Information Retrieval)：研究如何提取各种媒体(文本、音频、视频等，目前的研究以文本居多)中的信息，同时还搜索与之关联的数据库和万维网。

(4)自然语言处理(Natural language processing)：构建一种可以分析、理解和生成自然语言的计算机系统。研究课题包含自动摘要(automatic summarization)，语篇分析(iscourse analysis)，机器翻译(machine translation)，命名实体识别(name entity recognition)，自然语言生成(natural language generation)和语音识别(speech recognition)等。

Course Website：

Implementation of Database Systems

http://sites.google.com/a/cs.berkeley.eu/cs286-sp09/

Database System Principles

http://www.stanfor.eu/class/cs245/

Data Mining

http://infolab.stanfor.eu/～ullman/mining/2009/inex.html

Information Retrieval an Web Search

http://www.stanfor.eu/class/cs276/

Information Retrieval

http://boston.lti.cs.cmu.eu/classes/11-741/

Natural Language Processing

http://www.stanfor.eu/class/cs224n/

Algorithms for NLP

http://www.cs.cmu.eu/afs/cs.cmu.eu/project/cmt-55/lti/Courses/711/www/

7、图形学与多媒体Graphics an Multimeia

      图形学的研究包含对自然景象的建模和动画生成(moeling an animation of natural phenomena)，计算拓扑学(computational topology)，图形硬件的使用(graphics harware utilization)，渲染(renering)，网格处理和简化(mesh processing an simplification)，形状建模(shape moeling)，曲面参数化(surface parameterization)和可视化处理(visibility processing)等。

      多媒体研究包括图像处理(image processing)，视频处理(vieo processing)，音频分析(auio analysis)，文本检索和理解(text retrieval an unerstaning)，数据挖掘和分析，以及数据融合(ata fusion)。因为多媒体数据包含不同格式的数据(如文本，音频，视频)，所以它的研究包含很多不同领域的技术和理论。

申请难度：

      申请这个方向，需要掌握计算机制图，计算机成像的一些基本工具及原理，但这通常往往不足以满足录取的要求，因为这种应用性极强的方向更多的强调经验, 所以本科学生要谨慎选择~

Course Website：

Computer Graphics

http://vis.berkeley.eu/courses/cs184-fa10/wiki/inex.php/Main_Page

Avance Computer Graphics

http://www.cs.cmu.eu/~james/15-864/inex.html

Topics in Computer Graphics

http://www.graphics.stanfor.eu/courses/#cs448

Multimeia Communications: Coing, Systems, an Networking

http://www.ece.cmu.eu/～ece796/

8、人机交互Human-Computer Interaction (HCI)

      HCI 主要研究人和计算机之间的交互。它通常被认为是计算机科学、行为科学、设计及其他相关领域研究的交叉学科。研究关于设计、评价和实现供人们使用的交互计算系统及有关这些现象。

研究课题包括：

(1) 上下文感知计算(Context-aware computing)：行为分析，智能空间(Smart Spaces)，定位感知系统(Location-aware systems)，隐私技术。

(2) 感知人机界面(Perceptual Interfaces)：基于视觉的界面(Vision-base interfaces)，语音和话语界面(speech an iscourse interfaces)。

(3) 协同和学习(Collaboration an Learning)：基于模式的编辑工具(Pattern-base authoring tools)，ESL (English as a secon language) 学习，群组协同技术(group collaboration technologies)，包含按地理分布的远程沉浸协同(geographically istribute tele-immersive collaboration)等。

(4) 验光和人的视觉模拟(Optometry an Human Vision Simulation)：计算机辅助的角膜建模和可视化，医学成像(meical imaging)，手术仿真的虚拟环境(virtual environments for surgical simulation)，仿真渲染(vision realistic renering)。

申请难度：

      人机交互技术的申请热度随着这个在业界的关注度提升而渐渐升温，但该方向对于申请者的背景要求同样很高，多数录取者也是具备研究生学位。因此对于本科毕业的学生来讲申请这个方向的难度也是相当大的~

Course Website：

Research Topics in Human-Computer Interaction

http://hci.stanfor.eu/courses/cs376/2010/

Introuction to Human-Computer Interaction Design

https://courseware.stanfor.eu/pg/courses/95653

HCII Seminar Series

http://www.hcii.cmu.eu/news/seminar

9、科学计算Scientific Computing

      科学计算主要是研究构建数学模型(mathematical moels)和数值解法(numerical solution)，并用计算机来分析和解决科学、社会科学以及工程问题。

研究课题包含：

(1)并行计算(Parallel computing)：并行计算语言和并行算法。

(2)自动性能调整(Automatic Performance Tuning): Automatic generation of optimize implementations of computational an communication kernels。

(3)网格剖分(Mesh generation)：自动生成三角网格(triangulate meshes)来表示物理和计算区域。

(4)矩阵计算(Matrix computations)：设计高效的矩阵计算算法和软件。

(5)浮点数(Floating point)：可扩展的精度算术(Extene precision arithmetic)，可靠的浮点数标准(Reliable floating point stanars)，浮点数标准的体系和执行时间实现(Architectural an run time implications of floating point stanars)，浮点数标准的编程语言实现。

(6)计算机代数(Computer Algebra)：符号数学计算方法。

申请难度：

      该方向的申请一直是不温不火的局面，由于这个方向偏基础所以大多数申请者考虑到今后就业的问题而放弃，也因为这个方向的资金相对较少，所以不被大多数人所关注，只是本科从事该方向学习的学生是申请这个方向的主流。算法是属于计算机理论里的了，基本属于计算机里的基础学科，任何的计算机相关的专业基本上都会用到这个部分，所以相对申奖也比较容易。

Course Website：

Introuction to Scientific Computing

http://www.stanfor.eu/class/cs137/

Parallel Computing

http://beowulf.lcs.mit.eu/18.337/inex.html

10、信息安全Information Security

课题包含：

(1)密码学(Cryptology)

      密码学理论(cryptography theory)，新的密码学系统开发(evelopment of new cryp ographic systems)，密码分析学(cryptanalysis)，协议开发，应用密码学，量子计算(quantum computation)。

(2)隐私(Privacy)

       无线传感器网络的隐私，RFID系统的隐私，数据库的隐私问题，基于网络的应用的隐私。

(3)软件安全(Software security)

       开发编程语言和计算机安全之间的相互影响。

(4)一致性和完整性(Ientity an integrity)

       预防“网络钓鱼”和攻击。

(5)网络安全(Network security)

       网络安全检测(network security monitoring)和入侵防御(intrusion prevention)。

申请难度：

      美国国内的热门方向之一，与信息技术挂钩的学科都是更多的开放给国内学生，国内学生也是非常热衷这些方向，除这个专业外像，信息系统，信息安全技术，信息恢复，数据库方面国际学生的申请竞争激烈，有限的名额使得很多学生望而却步，其实如果你在这些方面有所专长，还是可以尝试的。

Course Website：

Introuction to Cryptography

http://crypto.stanfor.eu/～abo/cs255/

Privacy an Anonymity in Data

http://privacy.cs.cmu.eu/courses/pa1/

Computer an Network Security

http://crypto.stanfor.eu/cs155/

11、软件工程Software Engineering

      主要研究开发大规模软件系统的原理和技术。

Course Website:

Software Engineering

http://www.stanfor.eu/class/cs295/

Software Engineering

http://www.eecs.berkeley.eu/Courses/Data/209.html

12、生物信息学和计算生物学 Bioinformatics an Computational Biology

      研究高效鲁棒的生物计算模拟算法，以及应用数据挖掘，机器学习，自然语言处理和信息检索等方法来分析和挖掘各类生物数据。

研究课题包括：

(1)生物信息学(Bioinformatics)

      比较基因组学(Comparative genomics)，遗传分析(Genetic analysis)，系统发育(Phylogenetics)，分子进化建模(Molecular evolutionary moeling)，基因调控网络(Gene regulatory networks)。

(2)蜂窝系统(Cellular systems)

      蛋白质结构建模(Protein structure moeling)，基因调控网(Gene regulatory networks)，合成生物学(Synthetic biology)，Computational systems biology，细胞信号传导通路，传输和代谢，自组装系统(Self-assembling systems)。

(3)神经系统(Neural systems)

(4)生物医学系统(Biomeical systems)

      传感器，健康服务系统，生理模型，医学图像和生物图像分析。

Course Website:

Bioinformatics

http://web.mit.eu/10.555/www/inex.html

Computational Biology

http://www.cmu.eu/bio/eucation/courses/03510/

13、计算机与教育Computer an Eucation

      本领域研究如何教授计算机科学以及如何将计算机应用到教育中。这部分内容比较宽泛。

14、计算机工程Computer Engineering

      计算机工程主要研究计算机处理器、多处理器通讯设计、网络设计和存储器体系，着重于硬件设计以及与软件和操作系统的交互的性能。如：多处理器光学互接网络通讯技术、实时嵌入式系统(多媒体数据流处理)、分布式数据与大规模存储系统，从而提高计算机可靠性与工作效率。

申请难度：

      绝大多数的美国学校的 EE 和计算机工程是合并在一起的，从专业学习上看，虽然研究生最后获得学位有 EE 和CE 之分，但是有研究方向的跨学科性是非常强的。对申请者的研究背景或实践经验更注重。

15、计算科学Computational Science

申请难度：

      较偏理论，竞争不象软件工程那样激烈，无论是拿录取，还是申奖学金，在CS里都属于较容易的专业。如果有较好的数学背景，和一定的研究经历，申请起来会展优势。

16、管理信息系统Management Information System

      MIS，作为一门跨学科新兴专业，其主要任务是最大限度利用现代计算机及网络通讯技术加强企业信息管理，通过对企业拥有的人力、物力、财力、设备、技术等资源的调查了解，建立正确的数据，加工处理并编制成各种信息资料就是提供给管理人员，以便进行正确的决策，不断提高企业的管理水平和经济效益。

申请难度：

      此方向设置MASTER课程相对较少，申请时要注意，因涉及到管理，所以很多商学院也开设了此方向，更多偏向管理，CS下的这个方向仍然是主攻技术，如果CS下MIS出身的想改去商学院读MIS的话也有不错的优势。