荊宇泰 教授

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An
Introduc0on
to
Computer
Science
荊宇泰
Department
of
Computer
Science
Na0onal
Chiao
Tung
University
What
is
Computer
Science?
• Game?
• 設計網頁?
• 用繪圖軟體設計圖像?
• 用
Word/Excel
做出統計表?
• 寫程式?

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Computer
Science
• 硬體-­‐
計算機結構
– CPU,
主機板，顯示卡，memory,
HD,
…
– It
doesn’t
work
if
you
have
hardware
only,
you
need
• 作業系統
(opera0ng
system)
– Really
puts
hardware
to
work,
resource
alloca0on.
– Windows,
Linux,
Mac
OSX,
…
– Media
player,
NAS
– 手機
(iOS,
Android)
Computer
Science
• 程式語言
– 有了硬體及OS,
你要
Computer
替你工作.
– 買一個軟體,
或叫
computer
替你做一個特定的工
作.
– 怎麼叫？,
中文還英文？
– computer
能瞭解怎樣的語言?
– 語言學，計算理論…
– Machine
language,
FORTRAN,
Basic,
PASCAL,
C,
C++,…
• 編譯器
– A
soware
that
understands
what
you
said,
and
translates
your
words
to
machine
language.

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Computer
Science
• 演算法
– 寫程式：經過計算，算出你要的答案。
– 例如校內有1000個學生，找出英文成績70到90
的學生。
– 例如給一個線性規劃，找出最佳解。
– 例如給在台北市內的兩個地點，找出最短距離。
• 怎麼算出以上例子的答案？
• 設計計算的步驟=設計演算法。
Computer
Science
• 應用
– 資料庫，Office,
games,
繪圖軟體,
生物資訊…
• 網路，通訊
– 電話
– 電腦連接電腦
– 手機通訊
– …
• Computer,
生活的一部份。

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數位計算機簡史
• 算盤，計算尺。
• 二次大戰，解密碼。
• 數位計算機：Binary-­‐
0,
1-­‐
低，高電位，順，逆時鐘
轉。
• 外部儲存設備：紙帶，磁帶，磁碟，
• 內部儲存設備：真空管計算機，繼電器，core
(王安，
Wang)，半導體，IC。
• 70年代：IBM,
CDC.
• 80年代：DEC-­‐
Vax,
VMS,
mul0-­‐user.
• 同時，SUN
micro,
worksta0on.
Apple
Computer,
Apple
II,
IBM
PC.
Apple
Computer
• Steve
Jobs,
– 80年代
Macintosh
computer,
滑鼠，Window
界
面，（Microso在80年底從
DOS
換成
Win
3.0）
– Apple
較封閉，Microso
較開放，漸漸
Microso
成為
PC
主流。
– Jobs
離開
Apple,
成立
NEXT.

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Apple
Computer
• 之後Jobs
回到
Apple,
• 推出
iPod
(MP3
成為生活一部份),
• 推出
iPod
touch
(app
store
成為創業的另一條路),
• iPod
touch
+
電話，iPhone.
• 推出 iPad,
改變大家用電腦的習慣。
• 許多技術是
NEXT
時代的成果。
IT-­‐
Informa0on
Technology
• Apple
Computer
• Microso
• Yahoo
• Google
• g
• 軟體公司市值比硬體公司高

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Computer
Science
探討的問題
• Computa0onal
Problems:
– 怎麼解一個問題？
– 最快（時間）多快可以解出這個問題？
– 最少需要多少時間可以解出這個問題？
– 所有的問題都可以解出來嗎？
• Algorithm
（演算法）。
• Complexity
（複雜度）。
Computa0onal
Problem
計算問題
• 全校4000人，按照平均成績從小到大排序。
• 有n個數字，最大（小）是哪個數字？中間
數是哪個數字。
• 平面上有n個點，最近的兩個是哪兩個點？
• 甲乙兩人在台北市兩個地方，甲到乙最近
的路徑多遠？
• 同上，最遠的路徑有多遠？

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解一個問題的時間
• 怎麼定義時間？
• 排序
– 4000個學生排序，用手錶計時，記下從按下
enter到得到答案的時間？
• 換computer得到的時間就會改變。
• 如果不是4000，是40000，400000？
– 如何表示才能精確的表達所需要的時間？
時間的計算
• 需要多少步驟。
• 處理資料量不同時所需時間也不同，
• 假設輸入資料量是 n，所需步驟數目以 n
的
函數 f(n)表示，
• 而且只看 f(n)
的
order
of
growth。
– 排序,
selec0on
sort.
– Search,
搜尋.

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能否更快？
• 如果已經排序好,
Binary
Search
• Merge,
• Merge
Sort.
• 能否再更快？
– 找到更快的 演算法,
– 如果找不到更快的演算法，能否下結論-­‐
沒有更
好的?
An
Example
• 8顆球，外觀一樣，其中有一個球重量不同
（不確定比較輕或比較重）。
• 用一個天平，需要幾次可以找出和別的不
一樣的球？

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Informa0on
Theory
資訊量的多少
• 每次比較的到一點 資訊，
• 需要多少資訊可以解出來。
• 資訊量
– 壓縮檔案再壓縮會如何？
– 照片壓縮後和原來看到的幾乎一樣代表什麼意
思？
– MP3,
video,
…
Recursion
遞迴
• 用函數 f
定義函數 f.
• F(n)=n
×
f(n-­‐1),
f(1)=1.
• 剛才的
merge
sort,
– Merge
sort
一個 大小為 n
的 等於
– Merge
sort
兩個大小為 n/2
的 加上一個 大小為
n
的
merge.
– M(n)=2M(n/2)+n.

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一些比較哲學的問題
• 數位計算機能否解出所有的問題？
– 數位計算機能否聽懂人說得語言？
– 我知道一件事，我想說服你我知道這件事，但
是我不讓你知道這件事。
– 數位計算機能否設計一個演算法去設計演算法？
資訊工程
• 剛說得是資訊工程的Science的部份，
• 比較吸引人的是工程的部份。
• 與大家生活有關的
– 網路，手機，通訊
– 遊戲
– 影音

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• 資料搜尋
– Yahoo,
Google,
– 生物資訊
• IC
設計
– Soware
tool
• 硬體改進，軟體該怎麼設計？
• 要做好工程的部份，
– 你的程式需要時間少
– 你的程式比別人精確
– 要有理論做基礎，
• 演算法，數學
– 創意

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2. 一院一系三組
創新架構
資訊科學與工程所碩士班/ 博士班 徐慰中所長
電機資訊學士班 (與電機學院合辦)
資訊學院 資訊工程學系
大學部
研究所
資電工程組
資訊工程組
網路多媒體工程組
多媒體工程所碩士班 吳毅成所長
生醫工程所碩士班 荊宇泰所長
曾煜棋院長
網路工程所碩士班 陳志成所長
曾文貴系主任
網路與資訊系統博士學位學程 (與中央研究院合辦)
電機資訊國際碩博士學位學程 (與電機學院合辦)
莊榮宏副院長
鍾崇斌副院長
n 教學與研究整合
n 課程規劃嚴謹
n 學生修業有主修，並有多元的選擇
n 創造跨領域學術文化的發展
n 與產業緊密接軌
n 交大資工系三組各具相當規模，課程設
計完善，各組特色、實作課程也均能分別
充分開班授課
n 如欲修習電機課程或雙主修，交大的環
境具有絕對的優勢
回十大優勢
編譯器設計
作業系統
分散式系統
軟體工程
軟體
網路安全
多媒體系統
無線網路
資料庫系統
資料探勘
網路
與
資料庫
理論
演算法
計算理論
密碼學
程式證明
分散式計算
資訊理論
硬體
計算機架構
處理機設計
VLSI設計
3. 教學研究領域
應用
數位內容
計算機圖學
虛擬實境
影像處理
音訊處理
人工智慧
生物資訊
系統單晶片、嵌入式軟體、電子設計自動化
軟硬體整合

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5. 重視學生程式能力
為確保本系學生程式能力設計
達到一定水平，本系舉辦「程
式能力檢定」，規定學生大二
時須通過「程式能力檢定」。
6. 升學與實習管道
• 五年一貫學碩士學程
優秀同學可透過申請在進入大學五年內完
成學碩士學位
• 大學逕修博士
大學期間成績優異可直接進入博士班就讀
• 實習(internship)
可申請至國內外研究機構或知名企業實習

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交大資訊工程系– 各組特色
資電工程組
整合資訊與電機科技
資訊工程組
研發主流與核心資訊科技
網路與多媒體
工程組
專精網路與多媒體相關資訊科技
本系學生畢業後如欲至業界服務，可進入軟體、電腦、手機、
電腦、遊戲動畫、網路通訊、數位內容、無線通訊、IC設計
等產業
您的首選--交通大學資訊工程系
• ⑴國際化程度高
• ⑵提供5年完成學士及碩士之修業管道
• ⑶提供優秀學生獎學金於大三或大四赴世界一流大學就讀
一學期或一年。
資電工程組
1. 培養「資訊工程」及「電子工程」跨領域專業人才。
2. 大一/二/三可與電機相關學系跨修電機基礎課程。
3. 學生未來可朝向資訊電子整合（例如：嵌入式系統設計、數位生
活）發展，或是不同專業領域的深入鑽研。
資訊工程組
1. 培養資訊工程及前瞻資訊工程專業人才。
2. 教學重點：程式設計、計算機架構、作業系統、嵌入式軟體、嵌
入式系統、資訊系統、軟體工程、人工智慧與知識工程、資訊
安全、計算理論與生物資訊。
網路與多媒
體工程組
1. 培養網路通訊與多媒體工程人才。
2. 教學重點：行動通訊、無線與光纖網路、雲端計算、網路安全、
電腦圖學與動畫、影像處理、電腦視覺、多媒體系統等。

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Ques0ons?