פורטל:מדעי המחשב
מדעי המחשב הוא ענף מדעי העוסק בלימוד הבסיס התאורטי למידע ולחישוביות, והחלתם של אלה על מערכות מחשב.
למדעי המחשב מספר רב של ענפי-משנה; חלקם מדגישים את היבטי החישוביות של תוצאות פרטניות (לדוגמה, גרפיקה ממוחשבת), אחרים עוסקים בחקר התכונות של בעיות חישוביות כלליות (לדוגמה, סיבוכיות), וענפי-משנה אחרים מתמקדים בפתרון הבעיות הכרוכות ביישום מעשי של חישובים ואלגוריתמים. ענף משמעותי במדעי המחשב הוא חקר ויישום שפות פורמליות לפתרון בעיות חישוביות מסוימות (לדוגמה, באמצעות שפת תכנות).
בלשנות חישובית היא ענף מחקר רב תחומי, המשלב רעיונות וכלי מחקר מתחום הבלשנות, מדעי המחשב ותחומים קרובים. לבלשנות החישובית שתי מטרות מחקריות: תאורטית ומעשית.
בלשנות חישובית תאורטית מנסה להתמודד עם שאלות היסוד של מדע הבלשנות, כמו מהי שפה וכיצד בני אדם משתמשים בה ולומדים אותה, באמצעות עקרונות וכלים מתחום מדעי המחשב והבינה המלאכותית. החוקרים בתחום זה מפתחים מודלים של פנים שונות של תופעת השפה, שאפשר ליישם בתוכנה. מודלים אלה נחקרים בכלים תאורטיים של מדעי המחשב ובאמצעות סימולציות.
מטרתה של הבלשנות החישובית המעשית היא לפתח יישומי מחשב התומכים בשימוש בשפה אנושית, כמו תוכנות לתרגום אוטומטי ותוכנות המסוגלות לענות על שאלות המנוסחות בעברית, אנגלית או סינית, לדוגמה. לתת-תחום זה של בלשנות חישובית קוראים גם עיבוד שפה טבעית (באנגלית, Natural Language Processing). זאת בניגוד לעיבוד שפות מלאכותיות, כמו שפות תכנות, שהיא משימה שמחשבים מבצעים בקלות.
מרווין לי מינסקי (נולד ב-9 באוגוסט 1927) המכונה לעיתים בחיבה "Old man Minsky", הוא מדען אמריקאי יהודי המתמחה בתחום הבינה המלאכותית ונחשב לאחד מאבות תחום זה. מינסקי הוא אחד ממייסדי מעבדת הבינה המלאכותית של MIT וכותבם של מספר ספרים חשובים בתחום.
מינסקי כתב יחד עם סימור פפרט את הספר "Perceptrons" שהיה לאבן יסוד בתחום הרשתות העצביות המלאכותיות. ביקורתו החריפה כלפי מחקר בלתי ריגורוזי בשדה זה, שהובעה בספרו, נחשבת אחראית במידה בלתי מבוטלת להעלמות תחום הרשתות העצביות המלאכותיות מהמחקר במדעי המחשב בשנות השבעים.
בתחילת שנות השבעים הוא ופפרט החלו לפתח תאוריה לה קראו "The Society of Mind" אשר מנסה להסביר את ההתנהגויות להן קוראים בני אדם "תבוניות" כאינטראקציה של חלקים בלתי-תבוניים. בשנת 1986 הוא פרסם ספר מקיף על תאוריה זו, אשר בניגוד ליתר ספריו הקודמים כוון לקהל הרחב.
AES •
#C •
DES •
NP •
RSA •
אלן טיורינג •
ביואינפורמטיקה •
בינה מלאכותית •
בלשנות חישובית •
הוכחה באפס ידע •
חלוקת סוד •
חתימה דיגיטלית •
מגדלי האנוי 
•
מערכת הוכחה אינטראקטיבית •
קוד המינג •
קוד ריד-סולומון •
קריפטוגרפיה •
רקורסיה •
שער קוונטי •
שפת תכנות •
תרגום מכונה
חמישה מדעני מחשב ישראלים זכו בפרס טיורינג:
- בשנת 1976: מיכאל רבין מהאוניברסיטה העברית (יחד עם דנה סקוט), על מאמרם העוסק באוטומטים סופיים, שהציג את הרעיון של מכונות לא דטרמיניסטיות.
- בשנת 1996: אמיר פנואלי ממכון ויצמן למדע, על עבודתו המקורית להבאת לוגיקה טמפורלית למדעי המחשב ועל תרומתו לאימות תוכנה.
- בשנת 2002: עדי שמיר ממכון ויצמן למדע (יחד עם רונלד ריבסט ולאונרד אדלמן), על תרומתם לפיתוח הצפנה במפתח ציבורי.
- בשנת 2011: יהודה פרל מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס, על תרומה יסודית לחקר בינה מלאכותית באמצעות פיתוח תחשיב להסקה סיבתית והסתברותית.
- בשנת 2012: שפי גולדווסר מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס וממכון ויצמן למדע (יחד עם סילביו מיקאלי) על תרומה יסודית לביסוס הסיבוכיות התאורטית של הצפנה ופיתוח שיטות יעילות לאימות הוכחות מתמטיות בתורת הסיבוכיות.
ישנם שני סוגים של שפת תכנות. זו שעליה כולם מתלוננים, וזו שבה אף אחד לא משתמש.
— ביארן סטרוסטרופ, ממציא שפת ++C
|
|
צופן ויז'נר הוא צופן החלפה רב-אלפביתי, המחליף כל אות במסר באות אחרת מתוך אלפבית שונה, קרי במפתח שונה. השימוש במפתח נעשה באופן מחזורי, לאחר שימוש בכל האלפביתים חוזרים לאלפבית הראשון. מיקומה של כל אות במסר המקורי קובע באיזה אלפבית מתוך קבוצת האלפבית של מפתח הצופן להצפינה.
|
עריכהיסודות מתמטיים
מדעי המחשב, בהיותם מדע, מתבססים על יסודות מתמטיים רבים מתחום האלגברה, הקומבינטוריקה והלוגיקה. מדעי המחשב מציעים מגוון של מבני נתונים מופשטים המהווים מודל מתמטי נוח עבור בעיות יום-יומיות. שימוש במודלים אלו מאפשר גיבוש, ניתוח ומיטוב אלגוריתמים עבור בעיות אלו. עריכהחישוביות וסיבוכיות
חישוביות הינה תחום תאוריה בסיסי במדעי המחשב אשר עוסק ביכולת החישוב של מחשב: מה ניתן ומה לא ניתן לחשב על ידי מחשב. הניתוח המדעי מבוסס על מודל מתמטי עבור מכונת חישוב אשר נקרא מכונת טיורינג. סיבוכיות חישובית היא ענף של תחום החישוביות אשר מתמקד בפונקציות אשר ניתן לחשב במחשב, ועוסק ביעילות הביצוע של אותו חישוב: כמה מהר ניתן לעשותו, מה הזיכרון המינימלי הנדרש וכיוצא בזה. |
עריכהאלגוריתמים
אלגוריתם הוא דרך שיטתית (כלומר כזו שצעדיה מוגדרים היטב) לביצוע של משימה מסוימת במספר סופי של צעדים. מתכון להכנת עוגה הוא דוגמה לאלגוריתם, אך בדרך-כלל משמש מושג זה לפתרון בעיות במתמטיקה או במדעי המחשב. כל תוכנית מחשב היא אלגוריתם, או אוסף של אלגוריתמים. מקור המלה בשמו של המתמטיקאי הפרסי בן המאה התשיעית, אבו ג'עפר מחמד אל ח'ואריזמי, אבי תורת האלגברה. עריכהתוכנה ותכנות
תוכנה הינה שם כללי לתוכניות מחשב, שגרות, ותיעוד המשמשים מערכות מחשוב. תכנות הינו תהליך הכתיבה, הבדיקה והתחזוקה של קוד המקור של תוכנית מחשב. מלאכת התכנות ממירה בין האלגוריתם הרצוי לבין שפת תכנות אשר מאפשרת הפעלת האלגוריתם בצורה ממוכנת. |
למידע - לחצו על הלשונית המתאימה
בינה מלאכותית היא ענף של מדעי המחשב העוסק ביכולתם של מחשבים לפעול באופן המציג יכולות השמורות עד כה לבינה האנושית בלבד. מכיוון שמחשב יכול לבצע פעילויות מוגדרות במהירות רבה ביותר, לעיתים נוצרת התחושה שהוא מדמה פעולה אינטליגנטית, כגון יכולת משחק שחמט או ניהול שיחה.
בשנת 1950 הוגדר הכלי שבעזרתו ניתן לקבוע האם מכונה הגיעה לרף האינטליגנציה האנושית, במבחן הקרוי מבחן טיורינג: "אם יינתן לאדם, היושב בחדר סגור, לנהל שיחה באמצעות ממשק מחשב (Console) עם ישות שנמצאת בחדר השני, כאשר אותה ישות תהיה או אדם או מכונה, והמשוחח לא יוכל לזהות האם מולו ניצב אדם או מכונה, או-אז המכונה תחשב לתבונית.
גאומטריה חישובית היא תחום במתמטיקה ובמדעי המחשב העוסק במבני נתונים ובאלגוריתמים לפתרון בעיות גאומטריות.
הבעיות הנדונות בתחום זה נוגעות לעצמים גאומטריים כמו נקודות, קטעים ומצולעים במישור, או לנקודות, לקטעים, למשטחים וכדומה במרחב מממד גבוה יותר.
המחקר העיוני בגאומטריה חישובית מיושם בתחומים אחרים במדעי המחשב, כגון: ראייה ממוחשבת, גרפיקה ממוחשבת, רובוטיקה ומערכות תיב"ם וכן בתחומים שאינם נמנים עם מדעי המחשב, כגון: הנדסה, סטטיסטיקה, מערכת מידע גאוגרפית וביולוגיה מולקולרית.
גרפיקה ממוחשבת היא תחום במדעי המחשב העוסק בשילוב של תמונות ובעיבוד תמונה באמצעות מחשב. גרפיקה ממוחשבת מתייחסת בדרך כלל לגרפיקת תלת ממד אף כי היא כוללת גם גרפיקה דו-ממדית. התחום התיאורתי כולל מספר רב של אלגוריתמים שונים העושים שימוש בשיטות הלקוחות מאנליזה וקטורית, גאומטריה אנליטית ועיבוד אותות.
שימוש בגרפיקה ממוחשבת (ובפרט בגרפיקת תלת ממד) לצורך יצירת אנימציה קרוי אנימציה ממוחשבת. לטכנולוגיה זו שימושים רבים בקולנוע, בטלוויזיה ובמשחקי מחשב. היכולת של הגרפיקה הממוחשבת (ובפרט גרפיקת תלת ממד) לייצר תמונות ריאליסטיות משמשת גם באדריכלות, רפואה ובתחומי תעשייה אחרים.
תחום אחר בגרפיקה הממוחשבת, עיבוד תמונה, משמש בעיקר לעיבוד תמונות שצולמו במצלמה. בעזרת שיטות אלה אפשר לתקן פגמים שנפלו בצילום, לשנות את תכונות התמונה כולה או חלקים ממנה, וכן ליצור אפקטים מיוחדים כגון מורפינג.
[עריכה]
חישוב קוונטי הינו תחום במדעי המחשב בו מכונת החישוב פועלת על פי עקרונות הפיזיקה הקוונטית ומוגבלת אך ורק על ידי חוקים פיזיקליים אלו. להבדיל ממכונת החישוב ה"קלאסית" (מכונת טיורינג הפועלת לפי חוקי הפיזיקה הקלאסית), המחשב הקוונטי יודע לעבד ביטים-קוונטיים, קיוביטים, בעלי התכונה המוזרה שמצבם אינו בהכרח '0' או '1' אלא יכול להיות סופרפוזיציה שלהם. מודל חישובי זה מאפשר ביצוע אלגוריתמים קוונטיים בעלי מקביליות גבוהה, ויעילות טובה יותר מהאלגוריתם הקלאסי הרגיל.
כח החישוב של מחשב קוונטי אינו גדול יותר מאשר של מחשב רגיל, אך כאמור יעילותו גבוהה יותר. פעולות כמו מציאת גורם ראשוני של מספר גדול, או מציאת מפתח של צופן, ניתנות לביצוע במחשב קוונטי ביעילות פולינומית, לעומת היעילות האקספוננציאלית של מחשב קלאסי.
קריפטוגרפיה היא ענף במתמטיקה ובמדעי המחשב העוסק בהיבטים השונים של אבטחת מידע בכלל והצפנה בפרט. דוגמאות לנושאים שקשורים באבטחת מידע:
- הצפנה והסתרה של מידע חסוי ממי שלא הוסמך לראותו.
- בקרת זכויות גישה מרחוק של משתמשים ברשת מחשבים.
- אימות זהות (כמו באמצעות סיסמה).
- פרוטוקולים להוכחת ידיעה, כמו פרוטוקול אתגר מענה והוכחה באפס ידע.
- מנגנוני חתימה דיגיטלית.
- מחוללי מספרים אקראיים.
- אלגוריתמים להבטחת שלמות מידע.
- אימות מקורות מידע כמו MAC.
- אנונימיות, תיעוד, אישור ומניעת הכחשה.
השם "קריפטוגרפיה" מקורו במילה היוונית "קריפטו" שמשמעותה נסתר או אמנות ההסתרה. בתרגום חופשי פירוש השם הוא תורת ההצפנה, אם כי משמעותו מקיפה יותר.
תורת הקודים היא תחום במתמטיקה ובמדעי המחשב שעוסק בהעברה יעילה של מידע דרך מערכת מציאותית שיוצרת שגיאות ברצף. כאשר מעבירים מידע דרך מוליך טוב ככל שיהיה (גלי רדיו, קווי טלפון), נופלות טעויות במידע כתוצאה מרעשי רקע שנוצרים מסיבות טכניות בעיקר. שגיאה קטנה ככל שתהיה יכולה לעוות את המידע המתקבל ולהפוך אותו לחסר משמעות, או לבעל משמעות שונה מהרצוי. הבעיה קיימת מאז ומעולם גם בשפת הדיבור והכתיבה. ניתן לראות טעויות דפוס שנובעות מהחלפת אותיות כמעט בכל ספר שיוצא לשוק. בעיה זו נעשתה חריפה במיוחד בתקשורת בין מחשבים, בה שינוי של ביט אחד במסר יכול להרוס את החישוב כולו.
בתורת הקודים מפותח מושג הקוד וכן גם כלים שמאפשרים הבחנה ותיקון שגיאות במידע המתקבל.
אנדרו הודג'ס, אלן טיורינג: האניגמה, תרגמה מאנגלית: ענבל שגיב־נקדימון, הוצאת דיונון, 2015
ביוגרפיה מקיפה של אחד ממניחי היסודות למדעי המחשב, המתמטיקאי הבריטי אלן טיורינג. הספר מרחיב על חלקו של טיורינג במאמץ הבריטי במלחמת העולם השנייה לפצח את הצופן של מכונת ההצפנה "אניגמה" של הצבא הגרמני, תרומתו למדעי המחשב וחייו האישיים.
- כאן וכאן אפשר למצוא ערימה של קצרמרים בתחום מדעי המחשב שרק מחכים שירחיבו אותם.
- מה שווה דף בקשת תמונות ואיורים אם לא מתייחסים אליו?
- ישנם ערכים שאי אפשר שיישארו במצבם הנוכחי וצריך לעבור עליהם ולתקן אותם בהקדם, ראו מסגרת "ערכים דורשי שיפור".
מצאו ערכים לשיפור בנושא מדעי_המחשב: לשכתוב • לעריכה • להשלמה • קצרמרים • חדשים • דורשי מקור • לפישוט • בלי תמונה (יש לגלול את המסך כלפי מטה)