15 Bereiche der Informatik | • BUOM

Wenn Sie Freude an der Arbeit mit Technik haben oder an der Suche nach praktischen Anwendungen für komplexe Mathematik interessiert sind, könnten Sie sich für ein Informatikstudium interessieren. Als Studienfach umfasst die Informatik viele Disziplinen, von der Erforschung der Hardware bis hin zu Theorien der künstlichen Intelligenz und rechnerischen Einschränkungen. Um herauszufinden, welche Art von Informatik Sie studieren möchten, können Sie mehr über die verschiedenen Disziplinen in diesem Bereich erfahren. In diesem Artikel besprechen wir, was Informatik ist, sowie 15 spezifische Disziplinen.

Was ist Informatik?

Unter Informatik versteht man das Studium von Computern, einschließlich ihrer Hardware und Software. Dies ist ein weites Feld, das alle Aspekte der Informatik abdeckt, einschließlich der Suche nach neuen Wegen, Probleme mithilfe von Computern zu lösen und sie besser funktionieren zu lassen. Computer nutzen Datenstrukturen und Algorithmen, um komplexe Berechnungen durchzuführen. Das Studium der Informatik erweitert diese Möglichkeiten durch die Verbesserung und Erfindung neuer Rechenmaschinen, die das Leben verbessern können.

Theoretische und praktische Informatik

Theoretische Informatik ist eine Disziplin der Informatik, die sich auf die Mathematik konzentriert. Während sich andere Disziplinen auf die praktische Anwendung der Informatik zur Entwicklung besserer Computer oder Software konzentrieren, konzentriert sich die theoretische Informatik auf abstraktere Ideen, wie etwa die Verbesserung von Algorithmen oder die Untersuchung der Eigenschaften von Codes und ihres Nutzens für bestimmte Anwendungen. Beides ist für die Entwicklung der Informatik als Fachgebiet notwendig, denn um Fortschritte in der praktischen Informatik zu erzielen, ist das Fachgebiet auf die Entwicklung von Rechenfähigkeiten durch theoretische Informatik angewiesen.

Studienrichtungen in der Informatik

Hier sind 15 Informatikdisziplinen, die Sie studieren können:

1. Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz oder KI ist die Untersuchung und Gestaltung von Systemen, die unabhängig von menschlichen Handlungen funktionieren können. Beispiele für KI sind Programme, die Musikempfehlungen basierend auf Ihren bisherigen Hörgewohnheiten abgeben, oder Programme, die komplexe Spiele wie Schach gegen einen Menschen spielen können. Einige KI-Forschungen konzentrieren sich auf die Entwicklung von Maschinen, die menschliche Aufgaben wie visuelle Wahrnehmung oder Spracherkennung ausführen können. Maschinelles Lernen ist eine Teilmenge der KI, die sich speziell auf die Fähigkeit konzentriert, eine Maschine zu schaffen, die mithilfe von Algorithmen und Programmierung die Prozesse des menschlichen Geistes widerspiegeln kann.

2. Programmiersprachen und Logik

Programmiersprachen sind ein integraler Bestandteil der Informatik, da die meisten anderen Disziplinen für ihre Arbeit Programmiersprachen verwenden. Um einen Computer zu verwenden, übersetzt ein Programmierer Befehle in eine bestimmte Programmiersprache, die der Computer lesen kann. Das Studium der Programmier- und Logiksprachen konzentriert sich auf die Entwicklung dieser Sprachen sowie auf ihre Analyse, Charakterisierung und Klassifizierung ihrer individuellen Merkmale. Zu den praktischen Anwendungen dieser Forschung gehört die Optimierung dieser Sprachen, sodass in ihnen komplexe Programme mit der kleinsten Codemenge geschrieben werden können, die ein Computer verstehen kann.

3. Wissenschaftliche Computeranwendungen

Wissenschaftliche Computeranwendungen sind das Studium der Informatik, bei dem Computeralgorithmen und Modellierungsfunktionen verwendet werden, um die Ergebnisse wissenschaftlicher Experimente vorherzusagen, die Wissenschaftler physisch nicht durchführen können. Hier sind einige Situationen, in denen wissenschaftliche Experimente mithilfe von Modellen durchgeführt werden müssen:

• Großmaßstab: Manche wissenschaftlichen Experimente oder Studien sind einfach zu umfangreich, um außerhalb eines digitalen Modells genau durchgeführt zu werden, beispielsweise um den Fortschritt des Klimawandels und seine Folgen vorherzusagen.

• Gefährlich: Einige Materialien oder chemische Reaktionen können zu gefährlich oder unethisch sein, um sie persönlich durchzuführen, beispielsweise das Experimentieren mit giftigen oder radioaktiven Chemikalien.

• Teuer: Einige Experimente oder Studien sind zu teuer oder zeitaufwändig. Der Einsatz von wissenschaftlichem Rechnen kann dazu beitragen, diese Prozesse zu einem Bruchteil der Kosten zu beschleunigen, beispielsweise wiederholte Crashtests von Flugzeugen zur Optimierung der Sicherheit.

Wissenschaftliches Rechnen ist interdisziplinär, da es sowohl Experten auf dem Gebiet, auf dem das Modell benötigt wird, als auch Informatiker einbezieht, die die Algorithmen erstellen.

4. Berechnungstheorie

Die Computertheorie ist eine Disziplin, die sich darauf konzentriert, zu bestimmen, welche Probleme Computeralgorithmen lösen und ob sie diese ganz oder teilweise lösen können. Das ultimative Ziel dieses Themas besteht darin, die grundlegenden Fähigkeiten und Einschränkungen von Computern zu identifizieren. Es gibt drei Hauptbereiche dieses Themas:

• Automatentheorie und formale Sprachen. Die Automatentheorie beschäftigt sich mit der Untersuchung abstrakter Maschinen, sogenannter Automaten, mit denen Informatiker das Verhalten von Computersystemen beschreiben und analysieren.

• Berechenbarkeitstheorie. Die Berechenbarkeitstheorie oder Rekursionstheorie untersucht, welche Entscheidungsprobleme ein Computerprogramm lösen kann und welche nicht. Ein Entscheidungsproblem ist eine Ja- oder Nein-Frage, die unendlich viele Faktoren haben kann. Wenn ein Computer beispielsweise bestimmen kann, ob die Zahlen in einer Menge gerade oder ungerade sind, unabhängig von der Art der Zahlen, wäre das ein Entscheidungsproblem, das der Computer lösen kann.

• Rechenkomplexität. Die Rechenkomplexität konzentriert sich darauf, wie viel Zeit und Speicher verschiedene Algorithmen benötigen. Je mehr Ressourcen ein Algorithmus benötigt, desto komplexer ist er.

5. Datenstrukturen und Algorithmen

Diese Disziplin konzentriert sich darauf, wie Datenstrukturen und Algorithmen interagieren können und wie Informatiker sie verbessern können, um bessere Computerprogramme zu erstellen. Eine Datenstruktur ist ein Ort, an dem Sie Daten organisieren und speichern können. Ein Algorithmus ist eine Reihe von Aufgaben, die Sie von einem Computer aus steuern können. Sie können einen Algorithmus verwenden, um Daten, die ein Computerprogramm erzeugt, zu extrahieren und Berechnungen durchzuführen. Der Schwerpunkt dieser Disziplin liegt auf der Untersuchung der Schnittmenge dieser beiden Funktionen und ihrer Optimierung.

6. Computerarchitektur und -organisation

Diese Disziplin konzentriert sich auf das Studium, den Entwurf, die Implementierung und den Betrieb eines Computersystems. Architektur konzentriert sich darauf, wie der Entwurf von Hardware wie Computern, Speichergeräten und Netzwerkkonnektivitätskomponenten Programme speichert, Daten überträgt und Verbindungen zu anderen Geräten erleichtert. Bei der Organisation geht es darum, wie diese Komponenten miteinander verbunden werden und wie diese Verbindungen optimiert werden.

7. Computernetzwerke

Das Studium von Computernetzwerken konzentriert sich auf die Analyse, den Entwurf und die Implementierung von Netzwerken, die Computer miteinander verbinden. Das Internet ist beispielsweise eine Art Netzwerk, das Computer miteinander verbindet. Informatiker erforschen, wie man diese Verbindungen mithilfe verschiedener Verbindungen, etwa Lichtsignalen oder Radiowellen, aufbauen kann. Sie arbeiten auch an der Entwicklung von Protokollen, die Beschränkungen und Schutzmaßnahmen für diese Netzwerke festlegen.

8. Computersicherheit in der Kryptographie

Diese Informatikdisziplin konzentriert sich auf den Schutz der auf Computern gespeicherten Informationen. Dabei kann es sich um die Entwicklung von Hardware handeln, die schwieriger zu fälschen ist, im Allgemeinen geht es jedoch um die Entwicklung von Software, die vor Diebstahl, Zerstörung, Betrug oder Zugriff durch einen unbefugten Benutzer geschützt ist. Kryptographie ist ein Teil der Computersicherheit, der dem Schutz von Daten dient. Dabei handelt es sich um die Praxis, Algorithmen zum Verschlüsseln von Informationen zu verwenden, indem sie mithilfe einer Reihe regelbasierter Berechnungen aus ihrem natürlichen Zustand in ein schwer zu entschlüsselndes Muster überführt werden, sowie Algorithmen zum Entschlüsseln der Daten zu verwenden.

9. Datenbanken und Data Mining

Das Studium von Datenbanken und Data Mining konzentriert sich auf die Art und Weise, wie Informatiker Daten organisieren und speichern. Big Data ist ein Begriff für große Datenmengen, die aus einer bestimmten Quelle gesammelt werden. Ein Beispiel für Big Data wären die Standort-, Surfgewohnheiten- und App-Nutzungsdaten, die Mobiltelefone sammeln, um ihren Benutzern zu helfen. Data Mining durchsucht diese Daten, um Muster zu identifizieren. Ein wichtiger Schwerpunkt dieser Disziplin ist die Erstellung von Datenbankstrukturen, die eine effiziente Organisation und Abfrage von Daten aus großen Datensätzen ermöglichen und den Datenabruf einfacher und schneller machen.

10. Computergrafik und Visualisierung

Der Schwerpunkt dieser Informatikdisziplin liegt auf der Darstellung von Computersystemen und der Manipulation von Bildern auf einem Computerbildschirm. Dazu gehört das Studium und die Verbesserung der Hardwarefähigkeiten des Computers. Es behandelt außerdem:

• Rendering: Erstellen eines realistischen Bildes aus einem zweidimensionalen Modell mithilfe eines Computerprogramms.

• Simulation: Erstellen wahrscheinlicher Ergebnisse basierend auf einer Reihe von Kriterien.

• Animation: Erzeugt den Effekt einer Bewegung mithilfe einer Folge von Standbildern auf einem Bildschirm.

• Visualisierung: Interpretation von Daten in grafischer Form und Interaktion mit den Daten zur Bearbeitung von Grafiken.

11. Bild- und Tonverarbeitung

Die visuelle und akustische Verarbeitung konzentriert sich auf das Erlernen der Formen, die Informationen annehmen können, und darauf, wie diese Informationen interpretiert und verarbeitet werden. Bei der Bildverarbeitung verwenden Sie einen digitalen Computer, um ein Bild als Datensatz zu interpretieren, den Sie bearbeiten können. Durch die Bearbeitung eines Datensatzes können präzisere Änderungen an einem Bild vorgenommen werden als durch eine manuelle Änderung. Ein digitaler Computer kann mit demselben Verfahren Ton und andere Formen von Informationen manipulieren. Das Hauptziel dieser Disziplin ist es, zu lernen, wie man Bilder und Ton präzise in Datensätze umwandelt und diese dann manipuliert.

12. Paralleles, paralleles und verteiltes Rechnen

Diese Disziplin untersucht Computer und Netzwerke, in denen mehrere Berechnungen gleichzeitig durchgeführt werden. Die zentrale Frage dieses Themas ist, wie Maschinen oder Strategien entworfen werden können, die die Geschwindigkeit und Genauigkeit dieser gleichzeitigen Aufgaben verbessern können. Beim parallelen Rechnen werden mehrere Berechnungen einmal durchgeführt. Informatiker können das parallele Rechnen mithilfe eines verteilten Systems verbessern, bei dem mehrere Computer zu einem Netzwerk verbunden sind und gleichzeitig separate Berechnungen verarbeiten.

13. Mensch-Computer-Interaktion

Dieses Thema in der Informatik konzentriert sich auf die Art und Weise, wie Benutzer mit Computern interagieren, und auf die Benutzeroberflächen, die diese Interaktionen ermöglichen. Das Hauptziel dieser Disziplin besteht darin, Hardware und Software zu schaffen, die die Nutzung eines Computers für den Benutzer einfach und benutzerfreundlich macht, ohne auf Kenntnisse der Informatik zu bestehen. Diese Disziplin umfasst Benutzerpsychologie, Anthropologie und Ingenieurwesen, da sie sich auf die Interpretation der Instinkte und Erwartungen der Benutzer konzentriert. Informatiker erstellen dann Hard- und Software, die diese Erwartungen erfüllt.

14. Softwareentwicklung

Der Schwerpunkt des Software-Engineerings liegt auf der Verwendung ingenieurwissenschaftlicher Ansätze für die Theorie und Praxis des Aufbaus von Softwaresystemen. Der mit der Entwicklung komplexer Software verbundene Kosten- und Zeitaufwand erfordert Teams von Informatikern. Der Softwareentwicklungsprozess besteht aus:

• Anforderungsentwicklung

• Chancenanalyse

• Design

• Konstruktion

• Validierungs- oder Konformitätstests

• Software-Bereitstellung

• Betrieb

• Service

15. Informations- und Codierungstheorie

Die Informationstheorie untersucht die Übertragung und Verarbeitung von Informationen. Die Kodierungstheorie untersucht, wie man Informationen in Codes umwandelt, die Informationen übertragen können, wie man die Fehlerquote bei der Datenübertragung verringert und wie schnell ein Computer ein digitales Signal verarbeiten kann. In dieser Disziplin verwenden Informatiker Codes, um die Grenzen zu bestimmen, wie stark sie Daten komprimieren, speichern oder übertragen können.