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).
מגדלי האנוי (באנגלית: Towers of Hanoi) הוא משחק חידה מתמטי, שמקורו בסוף המאה ה-19. המשחק הוא אמצעי הדגמה פופולרי לעקרון הרקורסיה ולמושגים בסיסיים אחרים בקומבינטוריקה ובמדעי המחשב.
המשחק כולל שלושה מוטות אנכיים ("המגדלים") ומספר דיסקיות בגדלים שונים שניתן להשחיל על המוטות. בתחילת המשחק, הדיסקיות מסודרות על פי הגודל על אחד המוטות, כשהגדולה ביותר למטה והקטנה ביותר למעלה.
מטרת המשחק היא להעביר את כל הדיסקיות למוט אחר, תחת שני החוקים הללו:
- מותר להזיז רק דיסקית אחת בכל פעם - כלומר להוציאה מהמוט שבו היא נמצאת, ולהשחיל אותה על מוט אחר.
- אסור לשים דיסקית על דיסקית שקטנה ממנה.
כאשר מקודדים כללים אלה בצורה גרפית, מתקבלת גרסה סופית של משולש שרפינסקי.
שפי גולדווסר (נולדה ב-1958), חוקרת ישראלית-אמריקאית בעלת שם עולמי בתחום מדעי המחשב והקריפטוגרפיה. גולדווסר היא פרופסור להנדסת חשמל במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ופרופסור למתמטיקה במכון ויצמן למדע ברחובות. על הישגיה פורצי הדרך במדעי המחשב הוענק לגולדווסר פעמיים פרס גדל במדעי המחשב התאורטיים, בשנים 1993 ו-2001. בשנת 1998 הוענק לה פרס RSA במתמטיקה על תרומותיה הייחודיות לקריפטוגרפיה, ובשנת 2012 זכתה יחד עם סילביו מיקאלי בפרס טיורינג היוקרתי.
עם תחומי המחקר של גולדווסר נמנים תורת הסיבוכיות, קריפטוגרפיה ותורת המספרים החישובית. גולדווסר הייתה שותפה להמצאתן של הוכחות באפס ידע, מרכיב חשוב בבנייתם של פרוטוקולים קריפטוגרפיים. בתחום תורת הסיבוכיות עסקה עבודתה בין השאר במיון של מחלקות סיבוכיות. גולדווסר הדגימה כי בעיות NP-שלמות מסוימות נותרות כאלה גם כאשר מחפשים רק פתרון מקורב להן.
על שמה קרויות תגליותיה הצפנת בלום-גולדווסר והצפנת גולדווסר-מיקאלי.
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
היחס בין מדעי המחשב להנדסת תוכנה הוא נושא הנתון במחלוקת מתמשכת. יש המצדדים בגישה הטוענת שהנדסת תוכנה היא ענף משני של מדעי המחשב. לעומתם, יש הטוענים שהמיקוד העיקרי של מדעי המחשב הוא לימוד וגילוי אמיתות כלליות בתחום החישוביות, ואילו הנדסת תוכנה מתמקדת בתכנון ויישום מקרים פרטניים של בעיות חישוביות, להשגת מטרה מעשית. תומך מובהק בגישה זו הוא דייוויד פרנס.
בין הנדסת תוכנה למדעי המחשב יש חפיפה רבה בתחומי האלגוריתמיקה והאימות. עם זאת, מדעי המחשב נוטים למחקר תאורטי בתחומים אלה, ואילו הנדסת תוכנה נוטה לצד המעשי, ושמה דגש על פתרון של בעיות בקנה מידה גדול ותעשייתי.
קרוב יותר ל-.
— אלי ביהם, קריפטולוג ישראלי.
(בתשובה לשאלה, האם שבירת הצופן DES בשיטת קריפטאנליזה דיפרנציאלית שפיתח, בעלת סיבוכיות זמן קרובה יותר ל- או ל-)
|
אוטומט סופי לא דטרמיניסטי
במצב Q1 אם הקלט הוא הספרה 1 האוטומט יכול לעבור למצב Q2 או למצב Q4. אותו הדבר לגבי קליטת הספרה 0 - האוטומט יכול לבחור לעבור או למצב Q6 או למצב Q8.
|
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.
דניס ריצ'י ובריאן קרניגהאן, The C Programming Language, הוצאת Prentice Hall,, מהדורה ראשונה, 1978; מהדורה שנייה, 1988
ספר היסוד של שפת C, שנכתב על ידי שני אנשי מעבדות בל: מפתח השפה, דניס ריצ'י, יחד עם מדען המחשב בריאן קרניגהאן.
- 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)