การคำนวณเชิงวิทยาศาสตร์เทียบกับการวิเคราะห์เชิงตัวเลข


9

ฉันเป็นวิชาเอกสาขาวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์และคณิตศาสตร์ ฉันรักทั้งสองวิชา ฉันกำลังคิดว่าจะเรียนต่อในระดับบัณฑิตศึกษาหรืออาจใช้ในการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ ความแตกต่างที่แท้จริงระหว่างการคำนวณทางวิทยาศาสตร์และการวิเคราะห์เชิงตัวเลขคืออะไร? พวกเขาเรียนเป็นอาชีพหรือไม่

คำตอบ:


18

Wikipedia ให้คำจำกัดความที่ดี

การวิเคราะห์เชิงตัวเลขเป็นการศึกษาอัลกอริทึมที่ใช้การประมาณเชิงตัวเลข (เมื่อเทียบกับการดัดแปลงเชิงสัญลักษณ์ทั่วไป) สำหรับปัญหาของการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ (แตกต่างจากคณิตศาสตร์ไม่ต่อเนื่อง)

โดยทั่วไปแล้วนักวิเคราะห์เชิงตัวเลขสนใจที่จะพิสูจน์ผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับอัลกอริทึมของพวกเขารวมถึงขอบเขตข้อผิดพลาด (ขนาดของข้อผิดพลาดที่สามารถประมาณได้) การบรรจบกันของรูปแบบการวนซ้ำ อัลกอริธึมมาบรรจบกัน) และความซับซ้อนในการคำนวณ (จำกัด จำนวนการดำเนินการที่จำเป็นสำหรับอัลกอริธึม) เป็นไปได้ที่จะทำการวิจัยในพื้นที่เหล่านี้โดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์และผลลัพธ์ที่สำคัญบางอย่าง

Wikipedia ยังมีคำจำกัดความสำหรับ "การคำนวณทางวิทยาศาสตร์"

วิทยาศาสตร์การคำนวณ (เช่นการคำนวณทางวิทยาศาสตร์หรือการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ (SC)) เป็นสาขาสหสาขาวิชาชีพที่กำลังเติบโตอย่างรวดเร็วซึ่งใช้ความสามารถด้านการคำนวณขั้นสูงเพื่อทำความเข้าใจและแก้ปัญหาที่ซับซ้อน วิทยาศาสตร์การคำนวณผสมผสานองค์ประกอบที่แตกต่างกันสามอย่าง: [1] อัลกอริทึม (ตัวเลขและไม่ใช่ตัวเลข) และซอฟต์แวร์การสร้างแบบจำลองและการจำลองที่พัฒนาขึ้นเพื่อแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ (เช่นชีววิทยากายภาพและสังคม) ปัญหาวิศวกรรมและมนุษยศาสตร์คอมพิวเตอร์และสารสนเทศศาสตร์ ปรับแต่งฮาร์ดแวร์ระบบขั้นสูงซอฟต์แวร์ระบบเครือข่ายและส่วนประกอบการจัดการข้อมูลที่จำเป็นในการแก้ไขปัญหาที่ต้องใช้คอมพิวเตอร์โครงสร้างพื้นฐานคอมพิวเตอร์ที่รองรับการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมและคอมพิวเตอร์เพื่อการพัฒนาและวิทยาการสารสนเทศ

การคำนวณทางวิทยาศาสตร์นั้นเกี่ยวกับการใช้งานจริงในการหาทางออกที่ถูกต้องจากคอมพิวเตอร์ สิ่งนี้เห็นได้ชัดว่าสร้างจากผลลัพธ์ของการวิเคราะห์เชิงตัวเลข แต่ยังได้รับแรงบันดาลใจจากสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์และวิศวกรรมซอฟต์แวร์เป็นอย่างมาก แม้ว่าการวิจัยในการคำนวณทางวิทยาศาสตร์มักจะทำเพื่อประโยชน์ของตนเองและเพื่อพัฒนาฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่จะใช้ในหลาย ๆ แอปพลิเคชัน แต่ยังมีงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่ถูกขับเคลื่อนโดยความต้องการในการแก้ปัญหาเฉพาะทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม ตัวอย่างเช่นการพัฒนาแบบจำลองสภาพภูมิอากาศโลกเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้ย้ายคอมพิวเตอร์คำนวณทางวิทยาศาสตร์ไปข้างหน้า

การวิเคราะห์เชิงตัวเลขพบมากที่สุดในวิชาคณิตศาสตร์และแผนกคณิตศาสตร์ประยุกต์ในขณะที่การคำนวณทางวิทยาศาสตร์เป็นสาขาสหวิทยาการที่สามารถพบได้ในแผนกวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์แผนกคณิตศาสตร์และในสาขาวิชาวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ต่างๆ


1
ในสมัยก่อนมีการวิเคราะห์เชิงตัวเลขมากมาย (คณาจารย์นักศึกษาชั้นเรียนการวิจัย) เกิดขึ้นในแผนกวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ งานนี้ส่วนใหญ่ทุ่มเทให้กับการพัฒนาอัลกอริทึมและซอฟต์แวร์ที่ทำงานได้ดีในการแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นจริงในวิทยาศาสตร์วิศวกรรมสถิติ (การคำนวณเชิงสถิติ) การจัดการ / การวิจัยการดำเนินงาน ฯลฯ มันไม่ได้เกี่ยวกับการพิสูจน์ทฤษฎีบทเพื่อตนเอง
Mark L. Stone

การใช้คณิตศาสตร์เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับพวกเขาหรือไม่?
Blade

1
ใช่พื้นหลังในคณิตศาสตร์ประยุกต์จะมีประโยชน์ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง คำถามจริงคือสิ่งที่คุณต้องการเพิ่มในสิ่งที่คุณมีอยู่แล้ว ความกว้าง (วิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์และวิทยาศาสตร์หรือวิศวกรรมศาสตร์บางสาขาที่ใช้วิทยาศาสตร์การคำนวณ) มีประโยชน์มากในสาขาสหวิทยาการเช่นวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์
Brian Borchers

6

ในฐานะที่เป็นคนที่ย้ายจากวิศวกรรมมาเป็นคอมพิวเตอร์เชิงวิทยาศาสตร์ในช่วงที่จบการศึกษาในระดับปริญญาเนื่องจากความต้องการโดยไม่ตั้งใจของงานที่ฉันทำที่นี่เป็นสองเซ็นต์ของฉัน:

  • การวิเคราะห์เชิงตัวเลขจะเน้นที่ด้านคณิตศาสตร์และอัลกอริทึมของสิ่งต่าง ๆ การหาว่าเทคนิคใดที่จะใช้ในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะที่ไม่มีวิธีการวิเคราะห์เช่น Matrix Manipulations Optimization ของ PDE ของ PDE เป็นต้น
  • การวิเคราะห์เชิงตัวเลขในปัจจุบันมักเกี่ยวข้องกับการเขียนโปรแกรมจำนวนมาก แต่ก็ยังเป็นการแปลความคิดทางคณิตศาสตร์ของอัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพเป็นรหัสคอมพิวเตอร์
  • ตามเนื้อผ้า FORTRAN เป็นแกนนำ แต่คุณสามารถคาดหวังได้ว่าจะทำงานกับ C / C ++ และ Python ในทุกวันนี้ บางสิ่งอาจเกี่ยวข้องกับแพ็คเกจเช่น Mathematica หรือ MATLAB
  • การมาใช้คอมพิวเตอร์เชิงวิทยาศาสตร์เป็นพื้นที่ที่มีการประยุกต์ใช้มากกว่าหนึ่งพยายามใช้ทรัพยากรการคำนวณเพื่อแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ สิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องกับการทำงานของถั่วและสลักเกลียว เช่นการรวบรวมรหัส, การติดตั้งระบบปฏิบัติการและไลบรารี, การตั้งค่าตัวเลือกเพื่อให้รหัสทางวิทยาศาสตร์ทำงานเป็นต้น
  • เนื่องจากการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ที่ยุติธรรมในทุกวันนี้เกี่ยวข้องกับการคำนวณแบบขนานคุณน่าจะได้รับประโยชน์จากกลุ่มคอมพิวเตอร์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เมฆคอมพิวเตอร์ ฯลฯ
  • ในการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ในขณะที่คุณอาจทำงานกับภาษาการเขียนโปรแกรมเช่น C / FORTRAN เป็นต้นคาดว่าจะทำงานได้มากกับ "gluing" / ภาษาสคริปต์เช่น bash / perl เป็นต้น
  • คุณอาจทำงานได้มากกับระบบ Linux-ey และจบลงด้วยการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพบนบรรทัดคำสั่ง & ด้วยเครื่องมือเช่น sed / awk เป็นต้นบางคนจบลงด้วยการเป็นผู้ดูแลระบบ
  • การคำนวณทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากเกี่ยวข้องกับการสร้างภาพและการจัดเก็บข้อมูล / การดึงข้อมูลกลับคืน หลายคนจบลงด้วยการเป็นผู้เชี่ยวชาญใน Big Data / Hadoop / Map ย่อเป็นต้น
  • การวิเคราะห์เชิงตัวเลขเป็นหลักเป็นงานที่เชี่ยวชาญ คุณเก่งคณิตศาสตร์และการเข้ารหัสและแก้ไขปัญหาเฉพาะอย่างมีประสิทธิภาพมาก บางครั้งการประดิษฐ์อัลกอริทึมหรือสองไปพร้อมกัน การคำนวณทางวิทยาศาสตร์นั้นเป็นงานทั่วไป พูดค่อนข้าง คุณมักจะใช้เครื่องมือที่หลากหลายเข้าด้วยกันเพื่อแก้ไขปัญหาที่นำไปใช้โดยเฉพาะ
  • การคำนวณทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากสามารถเกี่ยวข้องกับการทำงานที่อินเตอร์เฟส เช่นการเชื่อมต่อระหว่างสองโปรแกรม ที่ที่คุณไปป์ข้อมูลจากเครื่องมือหนึ่งไปยังอีกเครื่องมือหนึ่งสำหรับการประมวลผล ด้วยการจัดการรูปแบบบางอย่างไปพร้อมกัน เช่นคุณกำลังพยายามใช้เครื่องมือที่หลากหลายเพื่อพูดคุยซึ่งกันและกันซึ่งเครื่องมือไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อพูดคุยกัน
  • นักคำนวณทางวิทยาศาสตร์มักจะต้องเชี่ยวชาญรูปแบบข้อมูลที่หลากหลาย เครื่องมือจำนวนมากจะมีรูปแบบที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเองและบางคนต้องถอดรหัสข้อมูลในรูปแบบที่อัลกอริธึมเชิงตัวเลขชอบ
  • นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์บางคนจบลงด้วยการ "ช่วยเหลือ" ในลักษณะพิเศษ (จ่ายด้วย) ที่ช่วยให้นักวิจัย / นักศึกษา / ศาสตราจารย์ทั่วไปใช้ทรัพยากรการคำนวณที่สถาบันเพื่อแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้น เช่นนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เป็นคนที่คุ้นเคยกับความหลากหลายของรหัสและแพคเกจและสามารถให้คำแนะนำผู้ใช้เกี่ยวกับเครื่องมือที่จะใช้ในการแก้ปัญหาที่คำนวณได้ดีที่สุด
  • คุณสามารถสิ้นสุดการย้ายรหัสไปยังฮาร์ดแวร์อื่น ๆ หรือขนานรหัสมรดกที่เขียนในโหมดอนุกรม หรือการปรับรหัสให้ทำงานเร็วขึ้น ผู้ชายบางคนจะแปลงรหัสให้ทำงานใน GPUs / CUDA เป็นต้นเพื่อให้ทำงานได้เร็ว
  • การคำนวณทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการแก้ไขปัญหา บ่อยครั้งที่รหัสที่คนอื่นเขียน เพื่อหาสาเหตุที่ทำให้เกิดปัญหากับฮาร์ดแวร์บางอย่างและอื่น ๆ
  • บ่อยครั้งที่คุณเป็นคนกลางระหว่างผู้เชี่ยวชาญ เช่นฉันต้องทำงานกับทีมที่มีโปรแกรมเมอร์ไม่ยอมใครง่ายๆนักชีววิทยาที่ต้องการการคำนวณ แต่ไม่สามารถเขียนโค้ดได้มากนักผู้ดูแลระบบเครือข่ายผู้เชี่ยวชาญช่างประจำศูนย์ข้อมูลเป็นต้น
  • นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์สามารถขอให้ป้อนข้อมูลสำคัญเมื่อซื้อฮาร์ดแวร์ใหม่หรือสถาปัตยกรรมของระบบคอมพิวเตอร์ได้รับการตัดสิน คุณได้ทำงานอย่างใกล้ชิดกับวิศวกรฝ่ายขายและเทคโนโลยีจาก Dell / Cray / IBM / Infiniband / Cisco เป็นต้น

หวังว่านี่จะช่วยให้คุณมีความคิดเกี่ยวกับทุ่งนา!

คำแนะนำสุดท้ายเพียงเล็กน้อย (เอาเกลือไปนิดหน่อย!): ถ้าคุณเก่งคณิตศาสตร์เช่นความแม่นยำและรายละเอียดและการอ่านเอกสารและการหารายละเอียดหลังจากความพยายามที่เน้นความสำคัญของแต่ละบุคคลและเกี่ยวข้องกับการรักษาไว้เป็นเวลานาน จากนั้นไปเพื่อการวิเคราะห์เชิงตัวเลข

ในทางกลับกันถ้าคุณชอบเป็นคนทั่วไปเปลี่ยนพื้นที่ชดเชยอัจฉริยะด้วยการทำงานอย่างหนักเป็นแจ็คของการค้าทั้งหมดเต็มใจที่จะทำงานกับคำแนะนำที่คลุมเครือและคลุมเครือมักจะขัดแย้งกันเช่นทำงานกับทีมและจัดการกับความขัดแย้ง กำหนดเวลาที่แน่นจัดการกับ MBAs ฯลฯ จากนั้นไปเป็นนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์

ใช้เวลาอีกครั้งกับเกลือขนาดใหญ่ สถานการณ์ของทุกคนเป็นพิเศษ และส่วนใหญ่ของเราลงจอดที่เราทำจากความบังเอิญไม่ได้เพราะเราวางแผนแบบนั้น :)


0

คุณต้องการเป็นนักคณิตศาสตร์ประยุกต์ นี่เป็นวิชาหลักที่มีอยู่ในมหาวิทยาลัยหลายแห่งในโรงเรียนวิศวกรรมของพวกเขาเช่นกันในฐานะปริญญาเอก แม้ว่าในประสบการณ์ของฉันคณิตศาสตร์เป็นทักษะที่สำคัญมากขึ้น แต่ภูมิหลังทางเทคนิคบางประการในวิทยาการคอมพิวเตอร์ที่เป็นทางการจะมีประโยชน์และคุณอาจไม่ได้รับที่อื่น เพียงระวังอย่าไปลงหลุมกระต่าย CS หรือคุณอาจเลิกทำวิจัย CS ซึ่งมีแนวโน้มที่จะดึงคุณออกไปจากการใช้งานจริง

ในการตอบคำถามเฉพาะของคุณนักคณิตศาสตร์ประยุกต์จะทำการวิจัยในวิธีการเชิงตัวเลขและการวิเคราะห์และเป็นหุ้นส่วนที่เป็นไปได้กับนักวิจัยทางวิทยาศาสตร์เพื่อทำการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ในหลาย ๆ ด้าน หากคุณต้องการติดตามการคำนวณทางวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะคุณอาจต้องการเข้าสู่ระเบียบวินัยการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เช่นเคมีเชิงคำนวณชีวฟิสิกส์ภูมิอากาศชีวสารสนเทศศาสตร์เป็นต้น


หากคุณอ่านคำถามของฉันคุณจะเห็นว่าฉันเป็นคนสำคัญ จริง ๆ แล้วฉันอุทิศเวลาให้กับวิชาคณิตศาสตร์ของฉันมากกว่าวิชาเอกของฉัน ฉันไม่กังวลเลยเกี่ยวกับการไปลึกใน cs
blade

ฉันอ่านคำถามของคุณนั่นคือเหตุผลที่ฉันพูดว่า "และในฐานะปริญญาเอก" คำตอบมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นประโยชน์กับผู้อื่นเช่นกันซึ่งอาจไม่ได้เลือกวิชาเอก ขอให้โชคดีในการค้นหาของคุณ. ปริญญาเอกมีแนวโน้มที่จะมีความยืดหยุ่นมากดังนั้นหากลุ่มทำสิ่งที่คุณชอบและไม่ต้องกังวลมากเกินไปเกี่ยวกับการล็อคในพื้นที่หนึ่ง
user21387
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.