計算機科學和數學的關系有點奇怪。二三十年以前，計算機科學基本上還是數學的一個分支。而現在，計算機科學擁有廣泛的研究領域和眾多的研究人員，在很多方面反過來推動數學發(fā)展，從某種意義上可以說是孩子長得比媽媽還高了。青出于藍，而勝于藍可以形容計算機與數學的關系。

但不管怎么樣，這個孩子身上始終流著母親的血液。這血液是the mathematical underpinning of computer science(計算機科學的數學基礎)，-- 也就是理論計算機科學。

現代計算機科學和數學的另一個交叉是計算數學/數值分析/科學計算，傳統(tǒng)上不包含在理論計算機科學以內。所以本文對計算數學全部予以忽略。最常和理論計算機科學放在一起的一個詞是什么?答：離散數學。這兩者的關系是如此密切，以至于它們在不少場合下成為同義詞。

傳統(tǒng)上，數學是以分析為中心的。數學系的同學要學習三四個學期的數學分析，然后是復變，實變，泛函等等。實變和泛函被很多人認為是現代數學的入門。在物理，化學，工程上應用的，也以分析為主。

隨著計算機科學的出現，一些以前不太受到重視的數學分支突然重要起來。人們發(fā)現，這些分支處理的數學對象與傳統(tǒng)的分析有明顯的區(qū)別：分析研究的對象是連續(xù)的，因而微分，積分成為基本的運算;而這些分支研究的對象是離散的，因而很少有機會進行此類的計算。人們從而稱這些分支為;離散數學

離散數學經過幾十年發(fā)展，基本上穩(wěn)定下來。一般認為，離散數學包含以下學科：

1) 集合論，數理邏輯與元數學。這是整個數學的基礎，也是計算機科學的基礎。

2) 圖論，算法圖論;組合數學，組合算法。計算機科學，尤其是理論計算機科學的核心是算法，而大量的算法建立在圖和組合的基礎上。

3) 抽象代數。代數是無所不在的，本來在數學中就非常重要。在計算機科學中，人們驚訝地發(fā)現代數竟然有如此之多的應用。

但是，理論計算機科學僅僅就是在數學的上面加上;離散;的帽子這么簡單嗎?一直到大約十幾年前，終于有一位大師告訴我們：不是。

D.E.Knuth(他有多偉大，我想不用我廢話了)在Stanford開設了一門全新的課程Concrete Mathematics。 Concrete這個詞在這里有兩層含義：

第一，針對abstract而言。Knuth認為，傳統(tǒng)數學研究的對象過于抽象，導致對具體的問題關心不夠。他抱怨說，在研究中他需要的數學往往并不存在，所以他只能自己去創(chuàng)造一些數學。為了直接面向應用的需要，他要提倡;具體;的數學。

在這里我做一點簡單的解釋。例如在集合論中，數學家關心的都是最根本的問題--公理系統(tǒng)的各種性質之類。而一些具體集合的性質，各種常見集合，關系，映射都是什么樣的，數學家覺得并不重要。然而，在計算機科學中應用的，恰恰就是這些具體的東西。Knuth能夠首先看到這一點，不愧為當世計算機第一人。

第二，Concrete是Continuous(連續(xù))加上discrete(離散)。不管連續(xù)數學還是離散數學，都是有用的數學!前面主要是從數學角度來看的。從計算機角度來看，理論計算機科學目前主要的研究領域包括：可計算性理論，算法設計與復雜性分析，密碼學與信息安全，分布式計算理論，并行計算理論，網絡理論，生物信息計算，計算幾何學，程序語言理論等等。這些領域互相交叉，而且新的課題在不斷提出，所以很難理出一個頭緒來。

下面隨便舉一些例子。

由于應用需求的推動，密碼學現在成為研究的熱點。密碼學建立在數論(尤其是計算數論)，代數，信息論，概率論和隨機過程的基礎上，有時也用到圖論和組合學等。

很多人以為密碼學就是加密解密，而加密就是用一個函數把數據打亂。這就大錯特錯了。現代密碼學至少包含以下層次的內容：

第一，密碼學的基礎。例如，分解一個大數真的很困難嗎?能否有一般的工具證明協(xié)議正確?

第二，密碼學的基本課題。例如，比以前更好的單向函數，簽名協(xié)議等。

第三，密碼學的高級問題。例如，零知識證明的長度，秘密分享的方法。

第四，密碼學的新應用。例如，數字現金，叛徒追蹤等。

現代社會科學技術高速發(fā)展，數學學科的發(fā)展也已經到了非常抽象的地步，但是計算機所應用的數學依然是之前的經典東西，怎么樣學好數學，通過計算機這個平臺用好數學，將計算引入世界的每一個角落，無時無可得都在運算，用于提高人類的生活質量，這將是我們計算機學科從業(yè)人員的終極目的和追求。

數學與計算機這對較為古遠的母子關系，現在也已經有了新的發(fā)展。學好計算機離不開好好學習數學，而學好計算機卻也大大體現了數學的作用也不可忽視。在這個需要不斷進步和發(fā)展的時代，學習永無止境。增長知識的途徑也越來越多，社會的發(fā)展需要越來越多的計算機人才的出現。計算機的發(fā)展提高了人們的生活水準，帶動了政治、經濟、文化的發(fā)展。今天就先和大家介紹到這里，想要了解更多關于計算機的信息，請繼續(xù)關注中培偉業(yè)。