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應(yīng)用

計算科學(xué)的問題域包括：

數(shù)值模擬

數(shù)值模擬有各種不同的目的，取決于被模擬的任務(wù)的特性：

重建和理解已知事件（如地震、海嘯和其他自然災(zāi)害）。

預(yù)測未來或未被觀測到的情況（如天氣、亞原子粒子的行為）。

模型擬合與數(shù)據(jù)分析

適當(dāng)調(diào)整模型或利用觀察來解方程，不過也需要服從模型的約束條件（如石油勘探地球物理學(xué)、計算語言學(xué)）。

利用圖論創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的模型，特別是那些相互聯(lián)系的個人、組織和網(wǎng)站的模型。

計算優(yōu)化

最優(yōu)化已知方案（如工藝和制造過程、前端工程學(xué)）。

方法和算法

計算科學(xué)中的算法和數(shù)學(xué)方法是多樣的，常用的應(yīng)用方法包括：

數(shù)值分析

作為收斂和漸近級數(shù)的泰勒級數(shù)的應(yīng)用

利用自動微分計算微分

利用有限差計算微分

圖論集

憑借泰勒級數(shù)和理查森外推法進行高階微分逼近

均勻網(wǎng)格上的積分方法：矩形法、梯形法、中點法和辛普森積分法

龍格－庫塔法解常微分方程

蒙特卡洛方法

分子動力學(xué)

數(shù)值線性代數(shù)

用高斯消元法計算LU因子

喬里斯基分解

離散傅里葉變換及應(yīng)用

牛頓法

動力系統(tǒng)的時步法

程序設(shè)計語言普遍應(yīng)用于科學(xué)計算應(yīng)用中偏向數(shù)學(xué)的方面，包括R語言、MATLAB、Mathematica 、Scilab、GNU Octave、COMSOL Multiphysics、SciPy的Python語言等。偏向于密集型計算的科學(xué)計算常會利用C語言或Fortran的一些變體以及BLAS或LAPACK等最優(yōu)化代數(shù)庫。

計算科學(xué)應(yīng)用程序常常創(chuàng)建真實世界變化情況的模型，包括天氣、飛機周圍的氣流、事故中的汽車車身變形、星系中恒星的運動、爆炸裝置等。這類程序會在計算機內(nèi)存中創(chuàng)建一個“邏輯網(wǎng)格”，網(wǎng)格中的每一項在空間上都對應(yīng)一個區(qū)域，并包含與模型相關(guān)的那一空間的信息。例如在天氣模型中，每一項都可以是一平方千米，并包含了地面海拔、當(dāng)前風(fēng)向、溫度、壓力等。程序會在模擬時步中基于當(dāng)前狀態(tài)計算出可能的下一狀態(tài)，解出描述系統(tǒng)運轉(zhuǎn)方式的方程，然后重復(fù)上述過程計算出下一狀態(tài)。

“計算科學(xué)家”一詞常用于描述科學(xué)計算領(lǐng)域中的技能高超者。他們通常是科學(xué)家、工程師或應(yīng)用數(shù)學(xué)家，會以不同方式應(yīng)用高性能計算機，以提高他們各自的應(yīng)用學(xué)科（如物理學(xué)、化學(xué)或工程學(xué)的相關(guān)學(xué)科）中最先進的理論和技術(shù)水平?？茖W(xué)計算也對經(jīng)濟學(xué)、生物學(xué)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著越來越大的影響。

計算科學(xué)常被認(rèn)為是科學(xué)的第三種方法，是實驗/觀察和理論這兩種方法的補充和擴展。 計算科學(xué)的本質(zhì)是數(shù)值算法 以及計算數(shù)學(xué) 。在發(fā)展科學(xué)計算算法、程序設(shè)計語言的有效實現(xiàn)以及計算結(jié)果確認(rèn)上，人們已經(jīng)做出了實質(zhì)性的努力。計算科學(xué)中的一系列問題和解決方法都可以在相關(guān)文獻(xiàn)中找到。

教育

在應(yīng)用數(shù)學(xué)或計算機科學(xué)的教學(xué)大綱中，或是在標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)、科學(xué)或工程學(xué)的教學(xué)大綱中常會有計算科學(xué)的相關(guān)課程。在一些研究型學(xué)府中，科學(xué)計算可以作為另一個同層次或不同層次主修專業(yè)的輔修專業(yè)。不過近年來，歐美的計算科學(xué)專業(yè)學(xué)士和碩士學(xué)位獲得者正在不斷增加，一些學(xué)校還設(shè)有計算科學(xué)、計算工程學(xué)、計算科學(xué)與工程以及科學(xué)計算專業(yè)的博士點，而大中華地區(qū)的很多學(xué)校也開設(shè)了信息與計算科學(xué)的本科專業(yè)。

計算物理學(xué)、計算化學(xué)等專業(yè)也有一些學(xué)校開設(shè)。

相關(guān)領(lǐng)域

參見

數(shù)值分析軟件列表

計算機代數(shù)系統(tǒng)比較

統(tǒng)計軟件列表

分子力學(xué)建模軟件列表

（英文） 計算科學(xué)策略報告

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