信息与计算科学在几个领域中的应用

张 渊

合肥工业大学，安徽 合肥 230031

信息时代的全面来临，信息技术领域与数学技术的科学结合，对科技发展产生推动作用。同时，工程实践与科学方面，数学也提供重要的基础支持，也成为备受关注的焦点。目前，信息技术的深入科学研究，由此衍生形成信息与计算科学，也成为全新的学科之一，位于高校教学获得重点关注，同时，也对科学技术创新发展产生重要的影响和意义。大数据、云计算与人工智能等快速发展，使得信息技术也得以不断创新，而信息与计算科学也在众多领域获得重点应用，并发挥着至关重要的影响和作用。

一、信息与计算科学专业相关概述

（一）信息与计算科学专业概述分析

针对信息与计算科学专业，具体设计涵盖信息科学以及计算科学基础学科。最初，是以“计算数学”命名的学科，教育部门在高校教育事业改革期间，对计算数学作出重新命名，改称“信息与计算科学”。基于战略层面分析，基于信息领域，通过对计算机管理、数学以及信息等有关专业作出整合，以大类分析，专业范畴主要以计算机科学与技术类为主。招生定位以及培养目标方面，则是以培养应用型复合人才为主，要求其具备数学基础知识的同时，对计算机专业知识做到熟练掌握。随着教育事业的进一步改革发展，信息与计算科学也被归入数学专业，研究内容上，则是应用现代计算工具，以此对工程、科学问题等提出科学解决的数学方法以及理论。

（二）信息与计算科学专业设置必要性分析

随着计算机互联网的问世，人类社会从工业社会向信息社会逐步变革。并且，不同学者对工业社会到信息社会根本性变化的认知也有所不同。奈斯比特认为，首先，技术知识将会直接成为新的财富，而劳动价值论也将会被知识价值论所替代。其次，时间观念产生了极为重要的变化，人们已经不用再像农业社会那样依赖于过去的经验，也不必再像工业社会那样只看重眼前和现状，而是会更加注重未来。并且将重点放在如何预测未来上。最后，针对生活目标也产生了一定的变化，这也便意味着是人与人之间存在竞争，而不再是人和自然之间的一种竞争。然而在今天，有些人依旧不是十分习惯在一个信息背景极为广泛的环境中去获取并且交流信息。

（三）信息与计算科学专业的培养目标分析

信息科学有着极为丰富的内涵，其中包括计算机技术、收集处理和电子技术信息的传递等，而信息科学的任务主要包含着研究各种信息以及信息当中所涉及的现象和规律，在以上领域运用方法、技术以及手段。可以说，无论是从信息科学的内容进行分析还是从信息科学的任务观察来看，信息与计算机科学有着非常紧密地联系，并且能够为计算科学等数学学科提供更加先进的手段。在此过程中，新的要求也体现出来，信息与计算科学专业的相关人才要掌握坚实的数学功底和计算机基础。

二、发展信息与计算科学的意义

随着社会经济和信息技术的发展，我国信息产业和计算科学领域取得了重大突破。一些发达国家之所以拥有雄厚的经济实力，是因为其掌握了先进的信息技术和计算科学技术。而且，对于传统各个行业发展来说，仅依靠人力支撑难以满足日益规模化的行业发展。因此，要想促进社会和行业生产力的进一步提高，发展科技是不二法门。只有重视信息与计算科学产业的发展，才能为各行各业提供新型发展渠道，借助信息与计算科学的力量，为各行业的生产节省人力，全面推动我国经济社会创新发展。

三、信息与计算科学在几个领域中的应用

在对信息与计算科学专业进行足够了解之后发现，信息与计算科学的应用具体可以分为两个方向进行观察：从就业方向来看，信息与计算科学能够在IT行业得到非常理想的发展，尤其是在现阶段的大数据环境之下，大数据领域能够为信息与计算科学专业人才提供很多岗位。例如，大数据开发、数据分析、数据整理等。而这类岗位的人才需求量还会随着大数据环境的不断发展而发展。与此同时，一些传统的软件开发岗位也会为信息与技术科学专业人才提供对口的职位。从上升空间来看，因为信息与计算科学专业有着非常健全的数学知识结构，因此，在软件开发岗位上，信息与计算科学专业人才还有着较大的上升空间，既可以走研发路线，又可以选择人工智能相关方向。具体来说，则会涉及到在以下几个领域中的应用。

（一）工程领域：数学计算、科学计算

工程计算领域，有关数据科学计算功能，具体体现在：位于工程领域，纯科学计算的运用，如MATLAB语言，其属于数学计算平台，是由美国THE MATH WORKS公司经过科学研发所发展形成的。针对此软件，以矩阵计算方面的功能尤为突出，具有明显的超前性，在工程界，为计算提供可靠保障。主要涉及如下方面：

第一，有关函数收敛性，计算更加精简快速。针对函数收敛问题，即函数位于某点收敛，自变量无限接近该点，函数值存在极限，且通过该点值保持对应。针对论证、计算过程，位于工程计算方面，较为常见，而针对求解过程，存在明显的复杂性以及繁冗性，求解结果存在较大变化情况。所以，函数是否收敛则显得尤为重要，可对计算结构正确性做出有效衡量。不过，有关函数是否收敛，对此进行科学准确验证期间，需采取反复大量计算，方可获得最终结论，工作效率无法得到充分保证。鉴于此，以MATLAB编程为主，确保收敛性试验更加快速，使计算过程可以更加快速准确。

第二，有关大量矩阵问题，可通过MATLAB完成快速准确处理。部分科学研究与实践活动，涉及到最优解求解，涵盖大量庞大矩阵，若是以人工方式为主，势必无法做出科学准确结算，即便计算完成，势必存在相应的错误问题。通过MATLAB平台，仅需对矩阵形式作出准确输入，选择相应的程序完成系统计算，输入数据保证准确无误，则结果也可保证科学精准，同样可采取反复检验。

第三，以工程模型为基础，加以科学应用。现代工程领域，有关精度标准极其严格，因此，应构建虚拟模型，完成力学计算，以此为工程质量提供可靠保障。现代工程计算，对有限元法的科学应用较为广泛，以模型为基础，以网格划分方式，获得若干单元，对各单元采取科学求解，以此获得最终结果，网格划分的疏密程度，是影响计算精度的重要因素之一。计算机中，有关有限元法的科学运用，具体流程主要为：计算机系统中，以预期设计为基础，构建虚拟模型，设置具体的材料常数；以模型为基础，采取网格划分，获得大量小单元；对模型施加荷载与约束；完成科学求解；数据后处理。通过一系列流程，便可获得最终结果。针对ABAQUS软件，有着广泛应用，同ANSYS等工程软件作出对比，ABAQUS软件优势特点突出：兼容性相对更强，可完成独立建模，同时，针对其他软件所构建模型，同样可以完成有效导入；以建模为标准，ANSYS并非优势最为突出的软件，不过，其数据处理方面，则表现出突出优势，可对模型完成静态、动态分析，并进行装配接触等有关基操作，同其他软件对比，数据处理也表现出良好优势。除此之外，ABAQUS软件，其具有的草图功能，建模期间若出现错误的情况下，可通过草图做出合理修正。同时，所具有的恢复功能，即便遇到突发故障或是断电等问题，可完成紧急存储，避免造成影响。现阶段，科技创新的背景下，信息与计算科学也成为备受关注的焦点，发挥着至关重要的影响和意义，工程领域所涉及的科学创新，信息与计算科学有关的应用软件与平台也快速出现，为时代改革发展提供重要推动力［1］。

（二）体育领域：比赛临场数据统计与处理软件的开发

体育比赛领域，对信息与计算科学的科学应用，为比赛的有序与科学、公正等提供可靠保障。如排球比赛中，临场统计软件的开发应用，指标采集精准快速，数据整理与统计分析速度更快，为统计、分析等环节提供可靠保障。除此之外，比赛期间，对比赛有关的各类信息，为教练等人员做出及时准确反馈，为技战术安排选择等提供可靠保障，使其能够更好地掌握主动权以及优胜权。比赛结束后，体育项目有关的组织、实施与参与者，可基于统计的数据信息，对比赛存在的问题和不足作出进一步的科学深入分析，为制定科学合理的训练计划等提供基础保障。

目前，国内球类临场统计软件中，对可视化开发语言的运用相对较多，开发人员也多为体育工作者，对比赛有关的各类信息等更加了解，基于球类比赛数据统计格式与工作管理等，充分发挥临场统计的各项基础功能。不过，虽然此类软件足够科学合理，但与国外做出对比，功能方面依然有待完善提升，务必重视基于信息与计算科学为主，做好深入科学研究，使其可以在体育领域发挥更加重要的作用［2］。

（三）金融财经领域：证券模型计算

金融、证券等领域，涉及大量科学计量，依托模型计算与互联网等，使理论、实务等方面问题得到有效解决，保证目标结果更加科学精准。比如，有关沪深、中国香港市场，以指数收益率波动为主，对此作出科学对比研究，并基于计量经济学模型，对波动性特征与收益分布情况，做出准确合理描述，对市场所具有的特点作出清晰解释，为投资决策者提供规避风险以及实施监督的基础参考。又如，基于多目标组合证券投资模型及其计算，对股票问题完成科学求解，以沪深股市有关板块为主，对业绩保持优秀、稳定的绩优股，随机挑选5只用于研究样本，对标准时间范围，以月度标准为主，对开盘价、收盘价做出科学研究，并参考其他目标指标信息，通过Excel软件，求出未来时期的单向期望。与此同时，利用协方差矩阵，建立均值－方差资产组合模型目标规划方程与多目标规划方程，求解具体结果，对此采取科学分析，并由此获得最终结论。有关人员开展相关科学研究，以网格环境为背景，利用资源分配模拟，并以分布式交易结构为主，以此对证券市场做出真实模拟，并对主要构件作出合理设计。此外，有关研究人员以收盘价为目标，对此展开科学研究，经过生态型、平稳性与自相关性以及ARCH检验，基于检验结果得知，对数收益率序列，存在明显的尖峰厚尾左偏性，并保持平稳分布状态，具有明显的ARCH效应，所以，我国股票市场中，有关指数所具有的波动性，可通过GARCH族模型做出科学计算［3］。

（四）教育领域：数字校园管理

在新课改推动下，教育事业发展受到社会各界广泛关注，信息与计算科学也逐渐在教育行业中有所运用。首先，传统的教育管理以教师为中心，但这种管理模式耗费人力较为严重，易引发学生逆反心理，不利于教师开展教学活动。在教育管理方面使用信息与计算科学，可以利用先进的信息设备对各个学生的情况进行数据分析，有利于教师掌握每个学生的存在的问题，加强了管理水平。同时，还可以为相关学习项目增添趣味性，调动了学生学习积极性。其次，学校等教育机构可以先进的信息和计算科学为中心，优化当前校园管理模式，一改传统校园管理模式中依赖于纸质资料的低效管理，使其按照个性化文件排列方式，对关键的校园管理信息备份文件进行整理，便于后期获取所需的文件和信息。

（五）销售领域：商品和消费群体的大数据分析

从大数据角度上，信息与计算科学可以对商品的采购和销售渠道进行有效分析，在计算方法上选择最佳手段，降低采购成本，使企业利润最大化。利用以往收集的数据对消费群体和倾向全面探究，得到有利于企业作出战略计划的结论，为企业针对该消费群体的销售提供理论依据。在销售模式方面，利用大数据分析可以有效划分销售目标群体，对不同群体进行相对应不同产品的销售工作，极大提升了工作效率，为企业赢得良好口碑和声誉，也有助于提升销售成功概率。

综上所述，信息革命浪潮席卷而来，在信息化和智能化的背景下，推动信息技术快速发展，为信息与计算科学的科学研究、应用提供基础保障。信息技术、数学技术的出现和应用，在为人类社会发展提供关键动力保障的同时，也对人类生产、发展产生更加深远的影响。在当今信息科技高速发展的时代，信息与计算科学在各领域中的科学应用，势必更加深刻地影响到时代的变革和发展。