計算機科学

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計算機科学(けいさんきかがく、: computer science)とは、情報計算の理論的基礎、及びそのコンピュータ上への実装と応用に関する研究分野である[1][2][3]。計算機科学には様々な下位領域がある。コンピュータグラフィックスのように特定の処理に集中する領域もあれば、計算理論のように数学的な理論に関する領域もある。またある領域は計算の実装を試みることに集中している。例えば、プログラミング言語理論は計算を記述する手法に関する学問領域であり、プログラミングは特定のプログラミング言語を使って問題を解決する領域である。カタカナ語コンピュータサイエンスとも呼ばれる。

歴史[編集]

アンティキティラ島の機械(紀元前150-100年頃)
アストロラーベ(1208年、ペルシア)

そろばんアバカス)やアナログコンピュータのような計算を手助けする器具、ないし機械は古代から存在していた。「計算機械」とこんにち言われるような機械としては、最初の歯車式計算機ヴィルヘルム・シッカートによって1623年に作られた[4]チャールズ・バベッジヴィクトリア朝時代にプログラム可能な解析機関を設計した[5]。1890年にはハーマン・ホレリスの発明したパンチカードシステムが米国勢調査に初めて使用されている[6]

1920年代以前、「computer」という言葉は仕事として計算を行う人を指していた。しかしこの時代に、現代に通じる計算理論計算模型が考案されている。クルト・ゲーデルアロンゾ・チャーチアラン・チューリングなど、後に計算機科学と呼ばれるようになる分野の先駆者は、計算可能性、すなわち(特別な前提知識や技能なしに)紙と鉛筆と命令書だけでどのようなものが計算できるか、に興味を抱いた。この研究は、一部には人間に付き物の間違いをすることなく自動的に計算を行う「計算する機械」を開発したいという欲求に基づくものであった。この重要な洞察は、あらゆる計算作業を(理論上)全て実行可能な汎用の計算システムを構築することを意味し、それまでの専用機械を汎用計算機の概念に一般化した。汎用計算機という概念の創造が現代の計算機科学を生み出したのである。

1940年代に入り、より新しくかつ強力な計算機が開発されるにつれて、「computer」という言葉は人間ではなくそういった機械を指す言葉となった。コンピュータが単なる数学的計算以外にも利用可能であることが明らかになると、計算機科学の領域は情報処理全般に関する学問となった。1960年代には計算機科学は独立した学問分野として確立され、計算機科学科の設立と学位認定が行われるようになった[7]。実用的なコンピュータが利用可能になると、その様々な応用が下位領域を形成していった。

教育[編集]

一部の大学にはコンピュータ科学を専攻とする部門がある。カリキュラムには離散構造プログラミング計算理論アルゴリズム解析形式手法並行性理論データベースコンピュータグラフィックス、システム解析などがある。

またスタンフォードではComputer Science Department(CS)だが、バークレイやMITなどではElectrical Engineering and Computer Science(EECS)というように、一般にこの分野のトップクラスと目されている大学のいくつかでは電気電子工学(日本語では使い分けられるが、英語ではElectrical Engineeringにまとめられていることも多い)を名前に付けている。

コンピュータ科学専攻のためのカリキュラム案としては、国際学会ACMがとりまとめているものがあり、1968年の Curriculum 68 以来定期的に情勢に合わせ見直されている。2015年現在の最新版は CS 2013Computer Science 2013: Curriculum Guidelines for Undergraduate Programs in Computer Science)である。日本の情報処理学会もこれに合わせ「カリキュラム標準」を発表しており、2015年現在の最新版はJ07[8]である。

他のコンピュータ科学以外の専攻においても、プログラミングが教えられているが、それらはもっぱら、コンピュータ科学の一部としてよりも、物理や化学、あるいは計算言語学といった分野において、コンピュータを道具として使うためのものとして教えられている。

Peter J. Denning, Great principles in computing curricula, Technical Symposium on Computer Science Education, 2004年 も参照されたい(英語)。

なお、「コンピュータ科学」という用語について、情報処理学会のカリキュラムJ97(『大学の理工系学部情報系学科のためのコンピュータサイエンス教育カリキュラム J97[9]』)では、「コンピュータサイエンス」を「情報工学情報科学、計算機科学、計算機工学などの総称」としているが、それぞれの語に特に定義を与えているわけでもないため、語がてんでに使われている実態を反映したものと思われる。

主な成果[編集]

学問としての歴史は浅いが、計算機科学は科学と社会への数々の根源的貢献をしてきた。

他の分野との関係[編集]

著名なコンピュータ科学者エドガー・ダイクストラが発したとされる「天文学が望遠鏡に関する学問でないのと同様に、コンピュータ科学はコンピュータに関する学問ではない」という言葉を珍重する者もいるが、この言葉はWikiQuoteでおそらくフォークロアだ(possibly folklore)となっている( https://en.wikiquote.org/wiki/Edsger_W._Dijkstra#Disputed を参照)。「望遠鏡と全く無関係な天文学の分野」が天文学という分野全体からすればごく一部に過ぎないように(「数学から排中律を奪うのは、天文学者から望遠鏡を、ボクサーから拳を奪うようなものだ」(ヒルベルト))、実際のコンピュータからコンピュータ科学を切り離せると考えるのは、天文学から望遠鏡を切り離せると考えるのと同程度にマヌケと断言できるであろう。

計算機科学と関係の深い学問分野として、経済学数学物理学言語学などを挙げることができる。一部の人々は計算機科学は数学と関連が深いとみなしているという[7]。初期の計算機科学はクルト・ゲーデルアラン・チューリングなどの数学での業績に強い影響を受けていたし、数理論理学圏論領域理論代数学といった領域は計算機科学と数学の間でアイデアをやり取りする領域となっている。

計算機科学とソフトウェア工学の関係は論争の的である。「ソフトウェア工学」という言葉が表すものが何か、計算機科学の範囲をどう定めるかは長年の議論の対象となっている。一部の人々はソフトウェア工学が計算機科学の一部であると信じている。他の人々は、計算機科学が計算全般を扱う学問であるのに対して、ソフトウェア工学は実用的な目的でコンピュータ処理を設計するものであり、異なる学問分野であると考えている。この見方の例としてデイビッド・パーナスがいる[12]。他の人々はソフトウェアは全く工学的に扱うことはできていないと考えている。

基礎[編集]

実装[編集]

注釈・出典[編集]

  1. ^ 「計算機科学は情報に関する学問である」計算機情報科学科Guttenberg Information Technologies
  2. ^ 「計算機科学は計算に関する学問である。」聖ヨハネ大学 聖ベネディクト校 計算機科学科
  3. ^ 「計算機科学はコンピュータシステムのあらゆる側面に関する学問である。理論的基礎から極めて実用的な巨大ソフトウェアプロジェクト管理までも含む。」マッセイ大学
  4. ^ Nigel Tout (2006年). “Calculator Timeline”. Vintage Calculator Web Museum. 2006年9月18日閲覧。
  5. ^ Science Museum - Introduction to Babbage”. 2006年9月24日閲覧。
  6. ^ IBM Punch Cards in the U.S. Army”. 2006年9月24日閲覧。
  7. ^ a b Denning, P.J. (2000年). "Computer science:the discipline". Encyclopedia of Computer Science. 
  8. ^ https://www.ipsj.or.jp/annai/committee/education/j07/ed_j07.html
  9. ^ 大学の理工系学部情報系学科のためのコンピュータサイエンス教育カリキュラム J97(第1.1版) (PDF)”. 情報処理学会 (1999年9月). 2013年3月22日閲覧。
  10. ^ Constable, R.L. (2000年3月). Computer Science: Achievements and Challenges circa 2000. http://www.cs.cornell.edu/cis-dean/bgu.pdf. 
  11. ^ Abelson, Hal; G.J. Sussman with J.Sussman (1996年). Structure and Interpretation of Computer Programs (2nd Ed. ed.). MIT Press. ISBN 0-262-01153-0. "コンピュータ革命は思考方法の革命であり、思考を表現する手法の革命である。この変化の本質は「procedural epistemology; 手続き的認識論」と呼ばれるものがよく表している。それは手続き的観点からの知識構造の研究であり、古典的数学の宣言的観点の対極に位置する。" 
  12. ^ Parnas, David L. (1998年). "Software Engineering Programmes are not Computer Science Programmes". Annals of Software Engineering 6: 19–37.  , p. 19: 「私はソフトウェア工学を計算機科学の一分野としてではなく、土木工学、機械工学、化学工学、電気工学などなどの要素を組み合わせたものとして扱う」

参考文献[編集]

関連項目[編集]

外部リンク[編集]