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《偉大的計算原理》一第2章
本節書摘來華章計算機《偉大的計算原理》一書中的第2章 ，［美］彼得 J. 丹寧（Peter J. Denning）
克雷格 H. 馬特爾（Craig H. Martell）著 羅英偉 高良才 張 偉 熊瑞勤 譯 更多章節內容可以訪問雲棲社區“華章計算機”公眾號查看。
第2章
Great Principles of Computing
計 算 領 域
生物學是一種信息科學。
——David Baltimore
除了理論和實驗之外，計算是進行科學研究的第三種方式。
——Kenneth Wilson
科學與科學應用密不可分，如同一個樹上結出的多枚果實。
——Louis Pasteur
計算活動由人類實施，而不是基本原理。在長期的實踐活動中，人們的計算活動逐漸形成了豐富多樣的計算領域（computing domain）。每一個計算領域主要關注一項技術或其應用。例如，信息安全領域主要關注信息安全技術，而隱私領域則主要關注如何應用信息安全技術來保護個人的隱私信息。這些領域中的實踐者分享相似的問題、技巧、方法，享受計算的基本原理帶給他們的權利，同時也受到這些原理的限製。本書所闡述的計算的重要原理不可能脫離這些計算領域而獨立存在（Rosenbloom 2012）（見圖2.1）。
空氣動力學數字仿真是計算領域的一個實例。為了更有效地設計飛機，計算機科學家和航空領域的專家進行了長期的協同工作。自20世紀80年代以來，飛機製造公司開始使用數字仿真技術來設計機翼和機身。傳統方法通過風洞和樣機進行機翼和機身的設計，對於大尺寸複雜飛機的設計已經不具有可行性。通過運行在大規模並行超級計算機上的新型算法，工程師已經可以在不經過風洞試驗的情況下設計出可以安全飛行的飛機。波音777是第一種完全通過數字化設計產生的飛機。航空專家和計算機專家緊密合作，產生了一個新的科學領域——計算流體力學，來計算氣流的複雜運動。他們基於3D網格設計出相應的計算方法來求解機身周圍空氣的流體力學方程。他們探索出一種快速多重網格算法，能夠基於超立方體並行處理器網絡在很短的時間內完成大尺寸機身的設計工作（Chan and Saad 1986，Denning 1987）。他們還設計了動態網格精化方法，來提高氣壓和流速變化劇烈區域的計算精度。其中的有些方法甚至體現出了全新的計算基本原理。基於這些進展，計算方法已經成為流體力學不可缺少的構成成分。
圖2.1 圖中底部所示的6種類型的計算原理都關注於通過管理物質和能量來產生預期的計算行為。而圖中上部的計算領域則是實踐領域。這些實踐領域中的人們通過靈活應用計算的基本原理來求解他們遇到的各種問題（帶箭頭的虛線）。這些實踐領域中的工作為計算也為自身探索出新的基本原理
目前已經發展了豐富多樣的計算領域。ACM（Association for Computing Machinery）總結出其成員所關注的42種計算領域，以及數十種的相關的領域（Denning and Frailey 2011）。本章我們簡單介紹一下4種計算領域：信息安全、人工智能、雲計算、大數據。對每個計算領域，我們重點關注4個方麵的因素：
- 涉及哪些人；
- 關注什麼問題；
- 涉及哪些計算基本原理；
- 如何為計算和所在領域帶來新的基本原理。
這種分析有可能揭示一些新的基本原理，並幫助實踐者理解計算能夠給他們帶來的利益和限製，也有可能幫助探索不同技術之間的聯係，從而為未來的創新埋下伏筆。
在深入這些計算領域之前，我們應該進一步加深對計算領域與計算基本原理兩者之間關係的理解。這種理解能夠幫助我們更好地分析這些領域。
最後更新：2017-06-26 12:02:04