日本留学--情报学/计算机科学/人工智能
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院校介绍

时间:2019-10-09

     今天王老师给大家普及一下情报学。随着进入5g时代,未来人工智能领域有了无限可能性。但是说到底,人工智能,也仅仅只是“情报科学(英文原词为“computer science”日文译为情報的冰山一角。在日本,除了人工智能,情报主要还包含数理科学、信息安全、信息系统、计算机网络、计算机架构、计算机图形学等内容。其中随便拿一个出来,也都是需要沉甸甸的智商和汗水的学问。并且对于未来世界,它们各自也都具有相当的潜力和价值。因此,老师做了这篇情报专题,提醒一下被人工智能迷了眼的同学们,情报的其他方向,也很美!

 

信息安全(情報セキュリティ)

 

看到信息安全这个题目,老师的第一反应就是威尔史密斯主演的精彩电影《全民公敌》"全民公敌"讲国家侵害个人私隐的主题。在N多和中情局有关的电影相比,该片无疑是出类拔萃。它的精彩不仅在于威尔·史密斯的表演,更在于无孔不入的科技监视手段。科技的确让世界变小了,可是也把我们的生活变透明了,随着全社会都在追求个人隐私和数据安全......各个大型公司如谷歌和苹果就开始加快数据加密的研究步伐。

 

这里数据加密是指通过加密算法和加密密钥将明文转变为密文,而解密则是通过解密算法和解密密钥将密文恢复为明文。它的核心是密码学。

 

总觉得密码学有点儿很玄学,脱离实际,然而王老师想给大家举个既前沿又实用的例子-电子投票系统。电子投票系统,顾名思义就是将选票投入票箱这一行为电子化。日本目前正在部分县市实行电子选举,在某些股东大会上电子投票也会被采用。这里为什么没有全面进行的原因就是出于安全方面的考虑。比如如何防止黑客的恶意入侵,如何防止投票数据以及候补人选信息被篡改等问题还有待进一步解决和完善。目前,在北欧小国爱沙尼亚,只要持有政府发的ID卡,就可以实现在家动动手指就可以投票这一理想行为。

 

正所谓知己知彼百战百胜。在大家都在研究如何提升网络安全指数的同时,也有部分人在研究如何攻击系统。当然,研究这一领域并不是为了搞破坏。比如,某些研究团队就在研究如何攻击高级品牌汽车的遥控钥匙,旨在帮助这些公司提升产品安全性。

 

有人想问,信息安全这么冷门的专业,能有前途和钱途么?王老师肯定的告诉大家;懂密码学(信息安全)的程序猿十分有前途!!根据福布斯日本的报道,全球目前有100万个网络安全工作机会,前SymantecCEO Michael Brown曾经预测这一需求还会增长。并且,根据日本劳动局的调查显示,信息安全分析师的年收中央值是1047万日元。对于已工作的程序员来说,只要跳槽到安全相关领域,薪水轻松涨。

 

计算机架构(コンピューターアーキテクチャ)

 

computer architecture is a set of rules and methods that describe the functionality, organization, and implementation of computer systems.

翻译成中文:计算机架构是描述计算机系统功能,组织和实现的一组规则和方法。而这组规则和方法是通过ISAMicroarchitecture实现的。

 

我们知道计算机是由硬件和软件组成的,而它们之间的桥梁是ISAInstruction Set Architecture,指令集架构),换句话说,硬件的功能通过ISA提供出来,而软件通过ISA规定的指令使用硬件。目前常用的ISAx86ARM,其中x86采用的是复杂指令集(CISC),被较多的应用于服务器端,而ARM(Advanced RISC Machine)采用的是精简指令集,目前被用于移动端。

 

微架构(Microarchitecture)是ISA在处理器的实现,描述处理器是怎样实现功能的,其本质就是一系列硬件实现以满足各种指令集。而MicroarchitectureISA的具体实现,而且对于同一个ISA,可以使用不同技术的微架构 ,比如单周期、多周期以及流水线。比如说x86 ISA286386486PretiumPretium Pro等实现。目前,微架构涉及以下部分:流水线、并行、存储系统分层结构,下面将对这几部分进行详细介绍。

 

流水线

我们知道指令的执行过程包含以下几个步骤:取指(IFinstruction Fetch)、译码(IDInstruction Decode)、执行(EXEExecution)以及写回(WBWrite Back),在早期微架构中我们将这些步骤放在同一个周期内顺序完成,这样设计导致效率很低,当进行取值时,其余部件是空闲的。为了提高各个部件工作效率,流水线技术(Pipeline)就应运而生了。

除了通过流水线技术来提高计算机运行速度之外, 还有没有其他并行技术?按照费林分类法可以将计算机分为:SISDSingle Instruction Stream Single Data Stream,单指令单数据)、SIMDSingle Instruction Stream Mutiple Data Stream,单指令多数据)、MISDMutiple Instruction Stream Single Data Stream,多指令单数据)和MIMDMutiple Instruction Stream Mutiple Data Stream,多指令多数据)。

 

对于MISD这种架构,目前没有系统安装这个结构设计的,这里就不过多介绍了。

 

下面重点介绍下MIMD,它指的是不同时刻不同CPU执行的指令不同,并且数据也不同,如下图所示。目前超级计算机,网络并行计算机集群和网格,多处理器SMP计算机,多核PC都属于这一类。而MIMD又可以根据内存结构,可以分为共享内存和消息驱动。共享内存就是处理器之间共享内存,通过内存来进行通信,而消息驱动指的是处理器通过消息驱动来进行通信。目前共享内存有SMPNUMA两种,消息驱动对应DM

SMP全称Symmetric Multi Processors,对称多处理机,又称UMA(Unifor Memory Access,统一内存访问),所有CPU都共享同一内存。目前IntelAMD推出的多核CPU应该归为SMP这一类中。

NUMANonUniform Memory Access,非一致内存访问),所有CPU共享所有的内存,但不同的CPU访问不同的内存速度是不一样的。

DMDistributed Memory,分布式内存):每个CPU都有自己的内存,CPU通过消息来通信,由于每个处理器都有自己的本地内存,因此,每个处理对本地内存操作都不会影响其他处理器。而且,内存数量可随着处理器的数量进行扩展。不过,它的缺点就是程序员负责许多与处理器之间数据通信相关的细节。

 

无论是冯·诺依曼结构还是其他结构的处理器,最理想的情况下当然是有无限大的存储空间和 0 时延的存储系统了,不过这显然是无法做到的,因此人们就提出了分层式的存储系统结构,从寄存器开始每往下一层容量就更大,但是速度也更慢,如下图所示。寄存器容量最小,但是速度最快。因此,想要设计一个良好的存储系统,需要对容量和速度做一个权衡。

 

其实,在老师看来人工智能能够大放光彩,关于计算机架构的研究是不可缺少的。各个开发人工智能的公司也都在加快对于超级计算机的自主研发步伐。就在大家纷纷争先恐后地抢人工智能这盘羹的时候,气质优雅卓越不凡的你不妨看一看计算机构架相关的研究室,兴许能够成为一名出色的架构师。

 

东京工业大学

吉瀬研究室

http://www.arch.cs.titech.ac.jp/index.html

计算机图形学(コンピュータグラフィックス)

 

计算机图形学,也就是俗称的CGcomputer graphics),其日文翻译也是简单粗暴的コンピュータグラフィックス。

 想必大家也知道,CG技术可以广泛应用于医疗(心脏跳动的可视化、骨构造可视化)、建筑(房屋内部空间可视化,房屋构造可视化)、人工智能(面部识别)等多个领域。

 从最实际(私心)的角度出发,老手       还是要推一推娱乐行业中CG的应用。大家应该对那家位于富士急游乐园的恐怖医院有所耳闻吧,一个需要花40分钟才能走完的世界级鬼屋。最近他家又进行了全面装修,新增了暗路监禁室,利用光线、声音、气味和实在的压迫感,让玩家体会到本能的恐怖感。但是对妖怪文化有蜜汁喜爱的岛国人民,对鬼屋的追求绝不会仅限于此。终于,日前在东京台场,开了一家VRAR结合的鬼屋。玩家可以和同伴一起漫步在精细的CG制作的恐怖场景里。目测这个项目也会圈钱无数,毕竟去台场旅游的海外游客有辣么多。

 

 

从研究角度上来讲的课题就是,如何将CG与其他感官结合起来,创造新的体验。可以考虑,与脑科学、神经学、生物学、心理学等学科合作进行跨学科研究。

计算机图形学的研究室的研究范围都非常广泛。从各种信号的可视化,到画像处理,到模拟天体运动,到偏微分方程解析。可以说是真的横跨多个领域,拥有无限可能性!无论你对哪一个行业感兴趣,都可以考虑一下以计算机图形学为切入点。

回到本章开头。目前中国娱乐产业也正在飞速发展,北上深几乎每天都会有新的游戏、影视、娱乐公司诞生,VR游戏和电影的前景也显然易见。

 

网络协议(通信プロトコル)

 

信息高速公路,这个称呼已经非常陈旧了,就如同大名鼎鼎的TCP/IP协议一样有年头。198311日,TCP/IP协议正式签订。TCP/IP协议成为互联网发展的基石,于是我们有了一个崭新的时代。

 

简单来说说TCP/IP吧。IP大家都熟悉,IP地址就像真实世界的地址一样,标记着收信发信的源头,有了地址就可以寄信收信爱一个人了(快够)。而TCP则负责监督信有没有发错,一旦发错了就会要求重发,直到发对了送到了为止,相当于一个信件包裹追踪系统。想知道邮件到哪里了,输入快递单号一键追踪。和您的包裹已被炸毁的一去不回相比,由于信息可以发送多次,TCP会帮你反复催促直到对的信息送进你家or别人家为止。

 

来自TCP的催促

 

有人可能想问了,这协议都签了这么多年了,还有啥可研究的啊……其实还是很有前景的!毕竟网络协议并不是一张白纸,它包含了7个层面的各个端口的信息传递与管理,其实是十分复杂的。

 

目前最广泛应用的网络协议是第四版本的,也称IPV4。由于它编址方式局限,导致的直接后果就是地址不够用了……毕竟以前也没想到会有这么多终端能够上网……于是就有了IPV6,即第六版TCP/IP协议。由于地址长度长到128,因此地址的数目大大增加,从而具有了相当大数额的地址资源。此外还有路由表、组播、Flow Control、自动配置等等各种环节的升级,使得IPV6可以有更快的速度,并且能被更方便的管理。在大家关心的安全方面也有了更多的加密校验环节,安全性也有了很大的增强。

 

IPV6的广泛应用前,还有许多实际问题需要解决。比如网络接口的安全防御问题、节能问题、寻址问题等等。不同于过去的稀有资源,目前的互联网就像公路桥梁一般是现代人的刚需了,因而做网络的研究依然是非常重要而有前景的。

 

老师还是为大家举例推荐一个研究室借鉴思路~

東京大学:

http://www.eeis.t.u-tokyo.ac.jp/faculty/sekiya-yuji.html

如果童鞋们还想继续了解,可以联系老师哦。手机/微 信:1 8 5 4 8 9 1 9 9 2 8

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王斌日本留学咨询组长

日本留学--情报学/计算机科学/人工智能
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信息安全(情報セキュリティ)

 

看到信息安全这个题目,老师的第一反应就是威尔史密斯主演的精彩电影《全民公敌》"全民公敌"讲国家侵害个人私隐的主题。在N多和中情局有关的电影相比,该片无疑是出类拔萃。它的精彩不仅在于威尔·史密斯的表演,更在于无孔不入的科技监视手段。科技的确让世界变小了,可是也把我们的生活变透明了,随着全社会都在追求个人隐私和数据安全......各个大型公司如谷歌和苹果就开始加快数据加密的研究步伐。

 

这里数据加密是指通过加密算法和加密密钥将明文转变为密文,而解密则是通过解密算法和解密密钥将密文恢复为明文。它的核心是密码学。

 

总觉得密码学有点儿很玄学,脱离实际,然而王老师想给大家举个既前沿又实用的例子-电子投票系统。电子投票系统,顾名思义就是将选票投入票箱这一行为电子化。日本目前正在部分县市实行电子选举,在某些股东大会上电子投票也会被采用。这里为什么没有全面进行的原因就是出于安全方面的考虑。比如如何防止黑客的恶意入侵,如何防止投票数据以及候补人选信息被篡改等问题还有待进一步解决和完善。目前,在北欧小国爱沙尼亚,只要持有政府发的ID卡,就可以实现在家动动手指就可以投票这一理想行为。

 

正所谓知己知彼百战百胜。在大家都在研究如何提升网络安全指数的同时,也有部分人在研究如何攻击系统。当然,研究这一领域并不是为了搞破坏。比如,某些研究团队就在研究如何攻击高级品牌汽车的遥控钥匙,旨在帮助这些公司提升产品安全性。

 

有人想问,信息安全这么冷门的专业,能有前途和钱途么?王老师肯定的告诉大家;懂密码学(信息安全)的程序猿十分有前途!!根据福布斯日本的报道,全球目前有100万个网络安全工作机会,前SymantecCEO Michael Brown曾经预测这一需求还会增长。并且,根据日本劳动局的调查显示,信息安全分析师的年收中央值是1047万日元。对于已工作的程序员来说,只要跳槽到安全相关领域,薪水轻松涨。

 

计算机架构(コンピューターアーキテクチャ)

 

computer architecture is a set of rules and methods that describe the functionality, organization, and implementation of computer systems.

翻译成中文:计算机架构是描述计算机系统功能,组织和实现的一组规则和方法。而这组规则和方法是通过ISAMicroarchitecture实现的。

 

我们知道计算机是由硬件和软件组成的,而它们之间的桥梁是ISAInstruction Set Architecture,指令集架构),换句话说,硬件的功能通过ISA提供出来,而软件通过ISA规定的指令使用硬件。目前常用的ISAx86ARM,其中x86采用的是复杂指令集(CISC),被较多的应用于服务器端,而ARM(Advanced RISC Machine)采用的是精简指令集,目前被用于移动端。

 

微架构(Microarchitecture)是ISA在处理器的实现,描述处理器是怎样实现功能的,其本质就是一系列硬件实现以满足各种指令集。而MicroarchitectureISA的具体实现,而且对于同一个ISA,可以使用不同技术的微架构 ,比如单周期、多周期以及流水线。比如说x86 ISA286386486PretiumPretium Pro等实现。目前,微架构涉及以下部分:流水线、并行、存储系统分层结构,下面将对这几部分进行详细介绍。

 

流水线

我们知道指令的执行过程包含以下几个步骤:取指(IFinstruction Fetch)、译码(IDInstruction Decode)、执行(EXEExecution)以及写回(WBWrite Back),在早期微架构中我们将这些步骤放在同一个周期内顺序完成,这样设计导致效率很低,当进行取值时,其余部件是空闲的。为了提高各个部件工作效率,流水线技术(Pipeline)就应运而生了。

除了通过流水线技术来提高计算机运行速度之外, 还有没有其他并行技术?按照费林分类法可以将计算机分为:SISDSingle Instruction Stream Single Data Stream,单指令单数据)、SIMDSingle Instruction Stream Mutiple Data Stream,单指令多数据)、MISDMutiple Instruction Stream Single Data Stream,多指令单数据)和MIMDMutiple Instruction Stream Mutiple Data Stream,多指令多数据)。

 

对于MISD这种架构,目前没有系统安装这个结构设计的,这里就不过多介绍了。

 

下面重点介绍下MIMD,它指的是不同时刻不同CPU执行的指令不同,并且数据也不同,如下图所示。目前超级计算机,网络并行计算机集群和网格,多处理器SMP计算机,多核PC都属于这一类。而MIMD又可以根据内存结构,可以分为共享内存和消息驱动。共享内存就是处理器之间共享内存,通过内存来进行通信,而消息驱动指的是处理器通过消息驱动来进行通信。目前共享内存有SMPNUMA两种,消息驱动对应DM

SMP全称Symmetric Multi Processors,对称多处理机,又称UMA(Unifor Memory Access,统一内存访问),所有CPU都共享同一内存。目前IntelAMD推出的多核CPU应该归为SMP这一类中。

NUMANonUniform Memory Access,非一致内存访问),所有CPU共享所有的内存,但不同的CPU访问不同的内存速度是不一样的。

DMDistributed Memory,分布式内存):每个CPU都有自己的内存,CPU通过消息来通信,由于每个处理器都有自己的本地内存,因此,每个处理对本地内存操作都不会影响其他处理器。而且,内存数量可随着处理器的数量进行扩展。不过,它的缺点就是程序员负责许多与处理器之间数据通信相关的细节。

 

无论是冯·诺依曼结构还是其他结构的处理器,最理想的情况下当然是有无限大的存储空间和 0 时延的存储系统了,不过这显然是无法做到的,因此人们就提出了分层式的存储系统结构,从寄存器开始每往下一层容量就更大,但是速度也更慢,如下图所示。寄存器容量最小,但是速度最快。因此,想要设计一个良好的存储系统,需要对容量和速度做一个权衡。

 

其实,在老师看来人工智能能够大放光彩,关于计算机架构的研究是不可缺少的。各个开发人工智能的公司也都在加快对于超级计算机的自主研发步伐。就在大家纷纷争先恐后地抢人工智能这盘羹的时候,气质优雅卓越不凡的你不妨看一看计算机构架相关的研究室,兴许能够成为一名出色的架构师。

 

东京工业大学

吉瀬研究室

http://www.arch.cs.titech.ac.jp/index.html

计算机图形学(コンピュータグラフィックス)

 

计算机图形学,也就是俗称的CGcomputer graphics),其日文翻译也是简单粗暴的コンピュータグラフィックス。

 想必大家也知道,CG技术可以广泛应用于医疗(心脏跳动的可视化、骨构造可视化)、建筑(房屋内部空间可视化,房屋构造可视化)、人工智能(面部识别)等多个领域。

 从最实际(私心)的角度出发,老手       还是要推一推娱乐行业中CG的应用。大家应该对那家位于富士急游乐园的恐怖医院有所耳闻吧,一个需要花40分钟才能走完的世界级鬼屋。最近他家又进行了全面装修,新增了暗路监禁室,利用光线、声音、气味和实在的压迫感,让玩家体会到本能的恐怖感。但是对妖怪文化有蜜汁喜爱的岛国人民,对鬼屋的追求绝不会仅限于此。终于,日前在东京台场,开了一家VRAR结合的鬼屋。玩家可以和同伴一起漫步在精细的CG制作的恐怖场景里。目测这个项目也会圈钱无数,毕竟去台场旅游的海外游客有辣么多。

 

 

从研究角度上来讲的课题就是,如何将CG与其他感官结合起来,创造新的体验。可以考虑,与脑科学、神经学、生物学、心理学等学科合作进行跨学科研究。

计算机图形学的研究室的研究范围都非常广泛。从各种信号的可视化,到画像处理,到模拟天体运动,到偏微分方程解析。可以说是真的横跨多个领域,拥有无限可能性!无论你对哪一个行业感兴趣,都可以考虑一下以计算机图形学为切入点。

回到本章开头。目前中国娱乐产业也正在飞速发展,北上深几乎每天都会有新的游戏、影视、娱乐公司诞生,VR游戏和电影的前景也显然易见。

 

网络协议(通信プロトコル)

 

信息高速公路,这个称呼已经非常陈旧了,就如同大名鼎鼎的TCP/IP协议一样有年头。198311日,TCP/IP协议正式签订。TCP/IP协议成为互联网发展的基石,于是我们有了一个崭新的时代。

 

简单来说说TCP/IP吧。IP大家都熟悉,IP地址就像真实世界的地址一样,标记着收信发信的源头,有了地址就可以寄信收信爱一个人了(快够)。而TCP则负责监督信有没有发错,一旦发错了就会要求重发,直到发对了送到了为止,相当于一个信件包裹追踪系统。想知道邮件到哪里了,输入快递单号一键追踪。和您的包裹已被炸毁的一去不回相比,由于信息可以发送多次,TCP会帮你反复催促直到对的信息送进你家or别人家为止。

 

来自TCP的催促

 

有人可能想问了,这协议都签了这么多年了,还有啥可研究的啊……其实还是很有前景的!毕竟网络协议并不是一张白纸,它包含了7个层面的各个端口的信息传递与管理,其实是十分复杂的。

 

目前最广泛应用的网络协议是第四版本的,也称IPV4。由于它编址方式局限,导致的直接后果就是地址不够用了……毕竟以前也没想到会有这么多终端能够上网……于是就有了IPV6,即第六版TCP/IP协议。由于地址长度长到128,因此地址的数目大大增加,从而具有了相当大数额的地址资源。此外还有路由表、组播、Flow Control、自动配置等等各种环节的升级,使得IPV6可以有更快的速度,并且能被更方便的管理。在大家关心的安全方面也有了更多的加密校验环节,安全性也有了很大的增强。

 

IPV6的广泛应用前,还有许多实际问题需要解决。比如网络接口的安全防御问题、节能问题、寻址问题等等。不同于过去的稀有资源,目前的互联网就像公路桥梁一般是现代人的刚需了,因而做网络的研究依然是非常重要而有前景的。

 

老师还是为大家举例推荐一个研究室借鉴思路~

東京大学:

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