Một Số Lĩnh Vực Nghiên Cứu Trong Tin Học ppt

Ngoài việc đề xuất cách tổ chức dữ liệu và các giải thuật phù hợp với những lớp bài toán cụ thể, người ta còn quan tâm đến những chiến lược lập trình và cách đánh giá độ phức tạp của giả

CHƯƠNG 13 MỘT SỐ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

TRONG TIN HỌC

Mục này liệt kê một số lĩnh vực nghiên cứu chính trong Tin học Các lĩnh vực này không hoàn toàn độc lập với nhau Phần lớn những vấn đề nêu ở đây là nội dung các giáo trình chuyên ngành mà sinh viên sẽ được học sau này Vì vậy ở đây chúng ta chỉ mô tả sơ lược nội dung, với mục đích hoàn chỉnh bức tranh tổng thể

về Tin học - ngành khoa học về xử lý thông tin tự động Ở đây, các nghiên cứu liên quan đến phần cứng cũng không được bàn đến

13.1 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VÀ GIẢI THUẬT

Lĩnh vực nghiên cứu này có mục đích đưa ra các giải pháp lập trình hiệu quả Ngoài việc đề xuất cách tổ chức dữ liệu và các giải thuật phù hợp với những lớp bài toán cụ thể, người ta còn quan tâm đến những chiến lược lập trình và cách đánh giá độ phức tạp của giải thuật

13.2 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH, PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH DỊCH

Đã có một thời kỳ rất sôi động trong suốt thập kỷ 60 và đầu thập kỷ 70 của thế kỷ

20 khi người ta quan tâm đến khả năng và hiệu quả của các ngôn ngữ lập trình như khả năng mô tả dữ liệu, sự giàu có về chức năng

Một khía cạnh được quan tâm nhiều hơn là các phương pháp luận trong lập trình (ví dụ lập trình có cấu trúc, lập trình logic, lập trình hướng đối tượng, lập trình theo mẫu, lập trình trực quan) Các phương pháp luận được thể hiện trong những ngôn ngữ lập trình cụ thể

Song song với vấn đề ngôn ngữ lập trình là vấn đề cài đặt, điều này có liên quan đến việc xây dựng các chương trình dịch Các phuơng pháp phân tích cú pháp, phân tích từ vựng, sinh mã, tối ưu mã là những vấn đề của chương trình dịch

13.3 HỆ ĐIỀU HÀNH

Trong Chương 10, chúng ta đã nói nhiều về hệ điều hành và tiến triển của các hệ điều hành Những vấn đề chung đặt ra cho hệ điều hành ít thay đổi: tăng cường hiệu quả sử dụng máy tính, tăng độ tin cậy, cung cấp môi trường giao tiếp thuận tiện giữa người sử dụng và máy tính

13.4 CƠ SỞ DỮ LIỆU (DATABASE) VÀ CÁC HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU

Cơ sở dữ liệu (CSDL) là một bộ sưu tập dữ liệu trong một lĩnh vực ứng dụng nào

đó được quản lý một cách nhất quán và độc lập với các ứng dụng Tính độc lập với ứng dụng muốn nói, các dữ liệu đuợc tổ chức theo bản chất của chúng chứ không phải vì để giải quyết những bài toán cụ thể Như vậy vấn đề cần nghiên cứu đầu tiên là các mô hình tổ chức dữ liệu Mục tiêu của công việc này là xây dựng các mô hình sao cho:

 Có cơ chế tìm kiếm dữ liệu hiệu quả (các giải pháp tổ chức và tìm kiếm thông tin)

 Đảm bảo tính nhất quán và không dư thừa thông tin (được nghiên cứu qua các cơ chế chuẩn hoá)

Phần mềm đảm bảo các chức năng quản trị cơ sở dữ liệu gọi là hệ quản trị CSDL.

Hệ quản trị CSDL phải cung cấp các phương tiện cho phép

 Tạo lập CSDL (về mặt kiến trúc)

 Cập nhật dữ liệu (thêm bớt, sửa dữ liệu)

 Tìm kiếm dữ liệu (qua các ngôn ngữ hỏi - query language)

 Đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu (tính hợp lý, nhất quán của dữ liệu)

 Khả năng dùng chung dữ liệu đồng thời (ví dụ quản lý các giao dịch -transaction)

 Đảm bảo an toàn dữ liệu

Các mô hình CSDL được xây dựng trong thời gian qua có thể chia làm hai nhóm: nhóm liên quan đến cấu trúc dữ liệu (như mô hình phân cấp, mô hình mạng, mô hình quan hệ) và một nhóm không những liên quan đến cấu trúc dữ liệu mà còn

cả phương pháp luận trong phát triển hệ thống (như mô hình CSDL hướng đối tượng, mô hình CSDL suy diễn, mô hình CSDL phân tán, )

13.5 MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG

Trong Chương 11, chúng ta đã nói nhiều về mạng máy tính Có thể nói, mạng máy tính, đặc biệt là Internet đã làm biến đổi hẳn hình ảnh ứng dụng máy tính trong một thập kỷ qua

Tuy nhiên còn rất nhiều vấn đề đặt ra đối với ngành mạng máy tính và truyền thông như các môi trường vật lý để truyền tin tốc độ cao, các giao thức truyền thông tốc độ cao, truyền thông không dây, mạng di động, xây dựng các ứng dụng trên mạng, quản trị mạng, an ninh trên mạng

Lĩnh vực mạng máy tính và truyền thông còn đang phát triển mạnh

13.6 TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (ARTIFICIAL INTELLIGENCE)

Câu hỏi máy tính có thể thông minh được như con người không luôn luôn ám ảnh những nhà làm toán và tin học Người ta bắt đầu thấy vấn đề có triển vọng khi Mc Carthy ở Học viện Công nghệ Massachuset (MIT) sáng tạo ra ngôn ngữ LISP (1960) cho phép tính không phải bằng số mà tính toán hình thức trên ký hiệu ví dụ tính tích phân bất định Thuật ngữ trí tuệ nhân tạo lần đầu tiên được Marvin Minsky (cũng ở MIT) đưa ra vào năm 1961 Các chương trình chơi cờ đầu tiên (1964) đã mang lại những niềm tin ban đầu về khả năng tìm kiếm giải pháp thông minh của máy tính Năm 1970 người ta đã bắt đầu xây dựng các hệ chuyên gia, là các hệ có mang tri thức chuyên gia Một trong những hệ như thế là hệ chẩn đoán bệnh MYCIN được thực hiện tại đại học Stanford Năm 1981 Nhật bản đưa ra dự

án chế tạo máy tính thế hệ thứ 5 - máy tính thông minh, chọn Prolog làm ngôn ngữ làm việc Từ đó ngành trí tuệ nhân tạo đã thực sự khởi sắc

Những vấn đề được quan tâm đến trong trí tuệ nhân tạo là :

 Cơ chế tìm kiếm giải pháp hoặc tri thức (các chiến lược tìm kiếm lời giải, các phương pháp phát hiện tri thức trong một tập dữ liệu hỗn độn)

 Cơ chế lập luận và chứng minh ( các hệ logic hình thức)

 Cơ chế nhận thức, học máy (mạng neuron, nhận dạng, xử lý ảnh)

 Tính bất định và logic mờ.

 Ngôn ngữ tự nhiên (hiểu ngôn ngữ tự nhiên, nhận dạng tiếng nói, tổng hợp tiếng nói)

 Hệ chuyên gia (các hệ thống có tri thức chuyên gia và có thể cho các giải pháp giống như các chuyên gia)

 Người máy

Những kết quả đạt được trong lĩnh vực này chưa được như mong muốn Có những khó khăn rất khó vượt qua, đặc biệt độ phức tạp trong tính toán

13.7 TƯƠNG TÁC NGƯỜI MÁY (HUMAN COMPUTER INTERACTION- HCI)

Tương tác người máy là lĩnh vực nghiên cứu các quá trình, phương pháp, nhận thức, thiết kế và cài đặt giao tiếp giữa người và máy tính cũng như các hệ thống

có dùng máy tính

Vấn đề tương tác người máy được đặt ra đối với bất kỳ một hệ thống nào có sử dụng máy tính, đặc biệt trong tình hình hiện nay khi khả năng của máy tính và truyền thông đã đủ mạnh cho phép thực hiện những xử lý rất phức tạp trong giao tiếp một cách trực tiếp (online) và trong thời gian thực (real time) tức là đảm bảo được về độ trễ HCI có liên quan rất nhiều đến trí tuệ nhân tạo Nhiều vấn đề khó khăn trước đây nay đã trở thành hiện thực ví dụ giao tiếp trực tiếp bằng ngôn ngữ

tự nhiên (thông qua âm thanh hoặc hình ảnh), giao tiếp qua thị giác máy tính, sinh trắc học (xác thực qua vân tay, giọng nói, võng mạc)

Với sự xuất hiện của các mạng máy tính đặc biệt là với mạng Internet và các mạng di động, tương tác người-máy có những cơ hội mới Rất nhiều ứng dụng dựa trên các giao tiếp từ xa qua mạng Internet như đào tạo từ xa, thương mại điện tử, điều khiển từ xa, cơ chế tự trị có tương tác Agent

Có một lĩnh vực nghiên cứu khác cũng rất quan trọng với tương tác người máy là các hệ hỗ trợ quyết định (Decision Support System - DSS), nghiên cứu các cơ chế

ra quyết định

13.8 KỸ NGHỆ PHẦN MỀM (SOFTWARE ENGINEERING)

Thực tiễn phát triển phần mềm cho thấy, để đạt được mục đích phát triển phần mềm có chất lượng thì kỹ năng lập trình chỉ là một khâu trong cả một tiến trình tổng thể nhiều khâu Kỹ nghệ phần mềm nghiên cứu toàn bộ các vấn đề có liên quan đến phát triển phần mềm bao gồm: quy trình làm phần mềm, phương pháp làm phần mềm và công cụ làm phần mềm

Kỹ nghệ phần mềm quan tâm tới các vấn đề sau:

 Quản trị các dự án phần mềm (lập kế hoạch, quản trị tiến độ, quản trị chất lượng, quản trị cấu hình, quản trị chi phí, quản lý rủi ro, )

 Phân tích và thiết kế hệ thống

 Kiểm thử hệ thống

 Mô hình hoá hệ thống

 Các phương pháp hình thức (các mô hình toán học để xác định sản phầm phần mềm mà người ta gọi là đặc tả hình thức, kiểm tra các tính chất của phần

mềm mà không cần phải chạy chuơng trình, thậm chí chưa có chương trình chạy được gọi là kiểm chứng hình thức)

 Các công nghệ quan trọng trong phát triển phần mềm: công nghệ hướng đối tượng, công nghệ client-server, công nghệ WEB, công nghệ phần mềm với

sự hỗ trợ của máy tính CASE

Câu hỏi và bài tập

1 Anh/Chị đã đang ứng dụng Công nghệ Thông tin vào những công việc gì?

2 Hãy nêu các lĩnh vực ứng dụng Công nghệ Thông tin

3 Hãy lý giải vì sao nói Công nghệ Thông tin đang làm một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo

4 Hãy nêu 5 lĩnh vực nghiên cứu của Công nghệ Thông tin mà Anh/Chị cho

là quan trọng nhất Vì sao?

Bài đọc thêm: Computing Curricula 2001

ACM (Association for Computing Machinery) và IEEE (Institut for Electrical and Electronics Engineers) là những tổ chức nghề nghiệp rất nổi tiếng Năm 1991, hai tổ chức này đã có một khuyến cáo về chương trình đào tạo tin học Sau 10 năm tin học đã có những phát triển mới đòi hỏi chương trình đào tạo cần thay đổi Computing curricula 2001 là bản tiếp theo của Computing curricula 1991 So với Computing curricula 1991, số lĩnh vực chuyên ngành của Computing curricula 2001 đã thay đổi từ 8 lên tới 14 lĩnh vực Nội dung các lĩnh vực đó phần nào cho thấy một số nội dung nghiên cứu của CNTT

1 DS Các cấu trúc rời rạc (Hàm , quan hệ, tập hợp; Logic cơ sở; Kỹ thuật chứng minh; Đồ thị và cấu trúc cây)

2 PF Cơ sở lập trình (Giải thuật và giải quyết vấn đề; Lập trình; Cấu trúc dữ liệu; Đệ quy; Lập trình có cấu trúc; Lập trình hướng sự kiện; Sử dụng các giao diện lập trình hiện đại)

3 AL Giải thuật và độ phức tạp (Phân tích các giải thuật cơ bản; Chiến lược lập trình; Các giải thuật cơ bản; Các giải thuật phân tán; Lý thuyết tính toán; Độ phức tạp P và NP; Lý thuyết ôtômat; Phân tích các giải thuật tiên tiến; Các giải thuật mã hoá; Các giải thuật hình học)

4 PL Ngôn ngữ lập trình (Lịch sử; Máy ảo; Chương trình dịch; Kiểu dữ liệu; Mô hình điều khiển thực hiện; Quản lý bộ nhớ, mô đun hoá và mô tả; Ngữ nghĩa chương trình; Lập trình chức năng; Lập trình hướng đối tượng; Ngôn ngữ lập trình song song)

5 AR Kiến trúc (Kiến trúc các hệ xử lý số, biểu diễn dữ liệu trong máy, hợp ngữ; Tổ chức bộ nhớ; Truyền thông; Tổ chức tính toán ở CPU)

6 OS Hệ điều hành (Các nguyên lý của hệ điều hành; Tương tranh; Điều phối lịch trình cho các tiến trình; Bộ nhớ ảo; Quản trị thiết bị; An toàn và bảo vệ; Hệ thống quản lý file; Các hệ thời gian thực)

7 HC Giao tiếp người máy (Các nguyên lý giao tiếp người máy;Mô hình người sử dụng; Tương tác; Thiết kế các hệ quản lý theo kiểu window; Các hệ trợ giúp; Kỹ thuật đánh giá; Các công việc cộng tác với sự trợ giúp của máy tính)

8 GR Đồ hoạ máy tính, đa phương tiện (Các hệ đồ hoạ; Các kỹ thuật cơ bản trong đồ hoạ Các

mô hình hình học; Thể hiện trực quan; Hiện thực ảo; Trình diễn nhờ máy tính; Các công nghệ đa phương tiện; Nén dữ liệu; Các ứng dụng đa phương tiện; Đa phương tiện trong môi trường phân tán)

9 IS Các hệ thống thông minh (Các hệ thông minh; Các phương pháp tối ưu và các phương pháp tìm kiếm; Biểu diễn tri thức và lập luận; Học máy; Tác tử; Nhìn bằng máy tính; Xử lý ngôn ngữ tự nhiên; Nhận dạng; Người máy; Các hệ thống dựa trên tri thức; Mạng neural; Giải thuật di truyền)

10 IM Quản trị thông tin (Các hệ cơ sở dữ liệu; Mô hình dữ liệu và mô hình quan hệ; Ngôn ngữ truy vấn; Thiết kế các hệ cơ sở dữ liệu quan hệ; Xử lý các giao dịch; Cơ sở dữ liệu phân tán; Thiết

kế cơ sở dữ liệu vật lý.

11 NC Tính toán trên mạng (Tính toán tập trung trên mạng; tính toán khách - chủ; Xây dựng ứng dụng WEB; truyền thông và nối mạng; Các đối tượng phân tán; Làm việc nhóm và công nghệ cộng tác; Hệ điều hành phân tán; Các hệ phân tán).

12 SE Kỹ nghệ phần mềm (Quá trình làm phần mềm và độ đo phần mềm; Đặc tả phần mềm và nhu cầu; Thiết kế và cài đặt; Kiểm chứng và hợp thức hoá; Công cụ và môi trường phần mềm; Phương pháp luận và dự án phần mềm).

13 CN Khoa học tính toán (Giải tích số; Các công cụ trực quan; Cấu trúc tính toán khoa học; Tính toán song song; Một số loại ứng dụng).

14 SP Ảnh hưởng xã hội và nghề nghiệp của CNTT (Lịch sử kỹ thuật tính toán; Hoàn cảnh xã hội của tính toán bằng máy tính; Phương pháp và công cụ phân tích; Trách nhiệm về đạo đức và nghề nghiệp; Rủi ro và dự phòng rủi ro; Sở hữu trí tuệ; Tính riêng tư và quyền tự do công dân; Internet

và ảnh hưởng của Internet; Tội ác máy tính; Các giải pháp kính tế trong tính toán bằng máy tính; Các vấn đề có tính triết học liên quan đến CNTT).