Διαχωρισμός της Επιστήμης Υπολογιστών: Θεωρία και Πράξη

Η Computer Science αποτελεί έναν πολυδιάστατο επιστημονικό κλάδο που εξετάζει τόσο τις βασικές αρχές της υπολογιστικής σκέψης όσο και την πρακτική υλοποίησή τους. Για να κατανοηθεί καλύτερα, διακρίνεται συνήθως σε δύο κύριες κατευθύνσεις: τη θεωρητική και την εφαρμοσμένη επιστήμη υπολογιστών.

1 BWMkpdLhhRBMtDb 4iUxfg


Θεωρητική Επιστήμη Υπολογιστών

Η θεωρητική προσέγγιση εστιάζει στην κατανόηση των θεμελιωδών αρχών της υπολογιστικής διαδικασίας. Χρησιμοποιεί εργαλεία από τα μαθηματικά για να αναλύσει προβλήματα και να καθορίσει τα όρια των υπολογιστικών δυνατοτήτων.

Κύριοι Τομείς

  • Θεωρία Αλγορίθμων
    Μελετά πώς σχεδιάζονται αποδοτικοί αλγόριθμοι και πώς αξιολογείται η απόδοσή τους.
  • Υπολογιστική Πολυπλοκότητα
    Αναλύει πόσο δύσκολο είναι ένα πρόβλημα σε σχέση με τους πόρους που απαιτεί.
  • Θεωρία Υπολογισμού
    Εξετάζει μοντέλα όπως η Turing Machine για να προσδιορίσει τι είναι υπολογίσιμο.
  • Διακριτά Μαθηματικά και Λογική
    Παρέχουν τη βάση για την κατανόηση δομών δεδομένων, αποδείξεων και τυπικών συστημάτων.
  • Κρυπτογραφικά Θεμέλια
    Εστιάζουν σε μαθηματικά προβλήματα που χρησιμοποιούνται για ασφάλεια πληροφοριών.

Εφαρμοσμένη Επιστήμη Υπολογιστών

Η εφαρμοσμένη κατεύθυνση επικεντρώνεται στην ανάπτυξη τεχνολογικών λύσεων για πραγματικά προβλήματα. Εδώ η θεωρία μετατρέπεται σε πράξη μέσω λογισμικού και συστημάτων.

Κύριοι Τομείς

  • Μηχανική Λογισμικού
    Σχεδίαση, ανάπτυξη και συντήρηση προγραμμάτων.
  • Συστήματα Υπολογιστών
    Περιλαμβάνει λειτουργικά συστήματα, αρχιτεκτονική υπολογιστών και κατανεμημένα συστήματα.
  • Τεχνητή Νοημοσύνη
    Ανάπτυξη “έξυπνων” συστημάτων που μαθαίνουν και προσαρμόζονται.
    Σχετίζεται με το πεδίο Machine Learning
  • Δίκτυα Υπολογιστών
    Μελέτη και υλοποίηση επικοινωνίας μεταξύ συσκευών.
  • Αλληλεπίδραση Ανθρώπου-Υπολογιστή (HCI)
    Σχεδιασμός διεπαφών φιλικών προς τον χρήστη.

Τομείς όπου Θεωρία και Εφαρμογή Συνδυάζονται

Η διάκριση μεταξύ θεωρίας και εφαρμογής δεν είναι απόλυτη. Πολλοί σύγχρονοι τομείς απαιτούν συνδυασμό και των δύο.

1. Επιστήμη Δεδομένων (Data Science)

Συνδυάζει στατιστική θεωρία με πρακτική ανάλυση δεδομένων για εξαγωγή συμπερασμάτων.

2. Κρυπτογραφία και Ασφάλεια

Η μαθηματική θεωρία εφαρμόζεται σε πραγματικά συστήματα ασφαλείας, όπως τραπεζικές συναλλαγές και επικοινωνίες.

3. Τεχνητή Νοημοσύνη

Η θεωρία (αλγόριθμοι μάθησης) ενσωματώνεται σε εφαρμογές όπως αυτόνομα οχήματα και συστήματα προτάσεων.

4. Βιοπληροφορική

Εφαρμόζει αλγορίθμους και μαθηματικά μοντέλα στη μελέτη βιολογικών δεδομένων.

5. Υπολογιστικά Γραφικά

Η γεωμετρική θεωρία και τα μαθηματικά χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ρεαλιστικών εικόνων και animation.

Milky Way

Πρόκειται για έναν σπειροειδή γαλαξία που αποτελεί μέρος της Τοπικής Ομάδας Γαλαξιών. Αποτελείται από τουλάχιστον 200 δισεκατομμύρια αστέρες και ενδεχομένως (σύμφωνα με τις σύγχρονες μελέτες) έως και 400 ή ακόμα και 500 δισεκατομμύρια. Ανάμεσα στα τουλάχιστον 80 μέλη της Τοπικής Ομάδας, έρχεται δεύτερος σε αριθμό αστέρων, πίσω μόνο από τον Γαλαξία της Ανδρομέδας, ο οποίος αποτελείται από ένα τρισεκατομμύριο αστέρες, όπως ανακαλύφθηκε το 2006. Πιθανότατα όμως ο δικός μας περιέχει περισσότερη σκοτεινή ύλη και έχει μεγαλύτερη μάζα, σύμφωνα με μελέτες του 21ου αιώνα.
Αν και ο Γαλαξίας μας είναι ένας από τα δισεκατομμύρια γαλαξίες που υπάρχουν στο Σύμπαν, έχει ιδιαίτερη σημασία για τον άνθρωπο, καθώς είναι το «σπίτι» του Ηλιακού Συστήματος. Ο Δημόκριτος (460 – 370 π.Χ.) ήταν ο πρώτος άνθρωπος που χωρίς όργανα ισχυρίσθηκε ότι ο Γαλαξίας αποτελείται από απομακρυσμένα άστρα: «Γαλαξίας εστί πολλών και μικρών και συνεχών αστέρων, συμφωτιζομένων αλλήλοις, συναυγασμός δια την πύκνωσιν» ό,τι δηλαδή λέγει και η σύγχρονη Αστρονομία ως προς τη σύσταση του Γαλαξία.
Όλοι οι αστέρες που το μάτι μπορεί να διακρίνει στον ουρανό, ανήκουν στον Γαλαξία, αλλά πέρα από αυτά τα σχετικά κοντινά άστρα, ο γαλαξίας εμφανίζεται ως μία θολή λωρίδα λευκού φωτός που κυριαρχεί στο σύνολο της ουράνιας σφαίρας. Το φως αυτό προέρχεται από άστρα και άλλα υλικά που βρίσκονται εντός του γαλαξιακού επιπέδου. Σκοτεινές περιοχές εντός των ορίων, όπως η Μεγάλη Ρωγμή και ο Σάκος Ανθράκων, αντιστοιχούν σε περιοχές όπου το φως από μακρινά αστέρια είναι αποκλεισμένο από τα σκοτεινά νεφελώματα. Ο Γαλαξίας μας έχει μια σχετικά χαμηλή φωτεινότητα επιφάνειας λόγω του διαστρικού ενδιάμεσου που γεμίζει τον γαλαξιακό δίσκο και που μας εμποδίζει να δούμε το φωτεινό Γαλαξιακό κέντρο. Είναι συνεπώς δύσκολο να τον δει κανείς από μία αστική ή προαστιακή περιοχή που πάσχει από τη φωτορύπανση.
Ένα πανόραμα 360° της γαλαξιακής σπείρας του Τοξότη από την Κοιλάδα του Θανάτου.
Στην ουράνια σφαίρα, σχετικά με τον ουράνιο ισημερινό, ο Γαλαξίας εκτείνεται βόρεια μέχρι τον αστερισμό Κασσιόπη και νότια μέχρι τον αστερισμό Νότιο Σταυρό, πράγμα που δείχνει τη μεγάλη κλίση του επιπέδου του ισημερινού της Γης (περίπου 60 μοίρες) και του επιπέδου της εκλειπτικής ως προς το γαλαξιακό επίπεδο. Το γεγονός ότι ο Γαλαξίας διαιρεί τον γήινο ουρανό (την ουράνια σφαίρα) σε δύο σχεδόν ίσα ημισφαίρια δείχνει ότι το Ηλιακό Σύστημα βρίσκεται πολύ κοντά στο γαλαξιακό επίπεδο.
Ο Γαλαξίας μας αποτελείται κυρίως από ένα πυρήνα, του οποίου το σχήμα είναι φακοειδές, πολύ πεπλατυσμένο. Από δύο εκ διαμέτρου αντίθετα άκρα του φακοειδούς αυτού πυρήνα εκφύονται οι δύο βραχίονές του, οι οποίοι και ελίσσονται γύρω από το κύριο φακοειδές σώμα του.
Ο κύριος δίσκος του Γαλαξία μας έχει διάμετρο από 80.000 μέχρι 100.000 έτη φωτός, περίμετρο 250 ως 300 χιλιάδες έτη φωτός και πάχος γύρω στα 1.000 έτη φωτός. Αποτελείται από 200 μέχρι 400 δισεκατομμύρια άστρα. Αν ορίσουμε μια φυσική κλίμακα και θεωρήσουμε ότι ο Γαλαξίας μας είχε διάμετρο 130 χιλιόμετρα, τότε το Ηλιακό Σύστημα θα είχε μήκος 2 χιλιοστά. Η Γαλαξιακή Άλως εκτείνεται σε διάμετρο 250.000 ως 400.000 έτη φωτός. Όπως αναφέρεται εκτενώς, στη δομή του Γαλαξία παρακάτω, νέες έρευνες έδειξαν ότι ο δίσκος εκτείνεται πολύ περισσότερο από ό,τι νομίζαμε μέχρι τελευταία.
Το απόλυτο μέγεθος του Γαλαξία, που δεν είναι δυνατό να μετρηθεί απευθείας, γίνεται δεκτό ως αστρονομική σύμβαση ότι είναι −20,5.
Επιμελημένες έρευνες, που άρχισε προ 200 ετών ο Γερμανός αστρονόμος Ουίλιαμ Χέρσελ (W. Herschel) και οι οποίες συνεχίσθηκαν από άλλους επιφανείς αστρονόμους, απέδειξαν ότι ο γαλαξίας μας αποτελεί ένα πελώριο συγκρότημα αστέρων, νεφελωμάτων και μεσοαστρικής ύλης όπως συμβαίνει με όλους τους γαλαξίες και μάλιστα ότι ανήκει στη δομική κατηγορία των σπειροειδών γαλαξιών.
Μόλις τη δεκαετία του 1980 οι αστρονόμοι άρχισαν να υποπτεύονται ότι ο Γαλαξίας έχει μια κεντρική ράβδο και δεν είναι ένας τυπικός σπειροειδής γαλαξίας, κάτι που παρατηρήσεις του 2005 με το Spitzer Space Telescope έχουν πλέον επιβεβαιώσει, αποδεικνύοντας ότι η κεντρική ράβδος του Γαλαξία είναι μεγαλύτερη από ό,τι πιστευόταν παλαιότερα.
Επίσημα, από το 2005, ο Γαλαξίας μας θεωρείται πλέον ότι είναι ένα μεγάλος ραβδωτός σπειροειδής γαλαξίας τύπου SBbc στην ακολουθία Hubble (ραβδωτός σπειροειδής μικρής ελίκωσης) με συνολική μάζα 600 ως 3.000 δις ηλιακές μάζες (M☉), αποτελούμενος από 200 έως 400 δισεκατομμύρια αστέρες.
Ο γαλαξιακός δίσκος έχει εκτιμώμενη διάμετρο γύρω στα 100.000 έτη φωτός (δηλαδή της τάξης των 1·1020 m)). Η απόσταση του Ήλιου από το κέντρο του Γαλαξία υπολογίζεται στα 26.000 έτη φωτός (δηλαδή της τάξης των 2,5·1019 m)). Ο δίσκος είναι εξογκωμένος στο κέντρο και συμπερικλείεται από τον λεγόμενο παχύ δίσκο.
Μετρήσεις δείχνουν ότι ο Γαλαξίας της Ανδρομέδας μάς πλησιάζει με ταχύτητα 300 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο και μπορεί να συγκρουστεί με τον Γαλαξία μας σε 3 ως 4 δις χρόνια. Αν συγκρουστούν, πιστεύεται ότι ο Ήλιος, αλλά και άλλοι αστέρες, μάλλον δεν θα συγκρουστούν με αστέρες της Ανδρομέδας (λόγω των τεράστιων αποστάσεων μεταξύ των αστέρων), αλλά οι δύο γαλαξίες θα σχηματίσουν έναν τεράστιο ενιαίο ελλειπτικού σχήματος γαλαξία. Η διαδικασία της ένωσης αυτής εκτιμάται ότι θα διαρκέσει 1 δις χρόνια.

Εικόνες

milkyway1
milkyway2
milkyway3

Βίντεο