计算机科学与生命科学

计算机科学与生命科学 论文 世界上没有两片完全相同的树叶。”----戈特弗里德·威廉·莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646-1716）， 莱布尼兹认为：数理逻辑、数学和计算机三者均出于一个统一的目的，即人的思维过程的演算化、计算机化、以至于在计算机上实现。首次提出了“计算机”这个概念， 英国著名的数学家和逻辑学家，被称为计算机科学之父、人工智能之父，是计算机逻辑的奠基者。在图灵之前没有任何人清楚地说明过莱布尼兹说的“计算机”到底是怎么一回事。1936年图灵发了论文“论可计算及其在判定问题中的应用”。在论文的一个脚注中“顺便”提出来一种计算机抽象模型，可以把推理化作一些简单的机械动作。正是这个“歪打正着”的脚注，开辟了计算机科学技术史的新纪元。图灵提出的该计算模型现在被称为“图灵机”。1952年，图灵写了一个国际象棋程序。可是，当时没有一台计算机有足够的运算能力去执行这个程序，他就模仿计算机，每走一步要用半小时。他与一位同事下了一盘，结果输了。二战时期图灵破解了德国的著名密码系统Enigma，成为扭转战争走势的关键人物。但战后英国政府却认为他是同性恋而拘捕了他，注射各种药物进行“治疗”。1954年，图灵吃了一口被氰化钾浸泡过的苹果而死。后来这个被咬了一口的苹果成为了苹果电脑公司的。 自古以来，人类就没有停止过对神秘的生命现象孜孜不倦的探索。1840年，虎克发明了显微镜，因而首次发现细胞和微生物，此后，荷兰的列文胡可清晰的观察了活动的细胞，证实了细胞是所有生命的结构基础，1865年，的奥地利的传教士孟德尔通过豌豆实验阐明了生物遗传最基本最经典的规律，开创了遗传学研究的新纪元。1953年，watson和crick共同发明了DNA的双螺旋结构，并因此获得了诺贝尔奖，DNA双螺旋结构的阐明标志着现在分子生物学的诞生。二十世纪四十至五十年代前后，生物学家们吸收数学、物理、化学等其他科学最新的研究成果及技术，开始了深入分子层面的研究。与其他学科的交融使得生物这一古老的学科重新焕发了青春。进入二十世纪八十年代，生命科学更势不可挡，雄踞影响当代人生活的四大科学之首，目前，生命科学已经成为21世纪当之无愧的带头科学。国际核心期刊论文发表生物学占着越来越多的比例，世界优秀科技成果评选总不会离开生物学的最新成果，无论从这些还是从对人类生活及思想的影响来看，生命科学都是当今世界科学研究的核心，最为炙手可热的领域。 l 按我的理解，计算机是一门学科，学成之后会作为一门技术，一个工具，来让我们学这个专业的人毕业之后能够在社会中生存下去，而在21世纪的今天，社会各行各业中都不乏对计算机人才的渴求，当然也包含生物医学研究方面，由此而想，生命科学与计算机科学就有机联系起来了，并且二者相得益彰互惠互利，在如今的世界已经十分普遍与必要了。随着计算机的进一步发展，计算机的应用领域已渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。而计算机应用与生命科学主要有以下领域。 l 计算机技术在生物学的应用中，数据库（database）技术是最基本的技术。生物实验数据的储存、管理、查询都是建立在数据库管理系统之上的。传统的关系数据库难以有效储存复杂的生物数据，因此必须采用面对对象的数据库技术，如基于XML的数据库。针对分散在全球个地的海量的并且相互关联的生物数据，数据仓库（data warehouse）技术可以互相独立的数据源中提取面向主题的数据集合，并将这些数据按一定的逻辑顺序重新进行组织与集成，从而为用户提供决策支持。因而计算机科学在生命科学中越来越广泛的应用。 计算机自动识别技术在动物分类学中的应用 2003年，中国农业大学赵汗青、沈佐锐等用昆虫体的面积、周长等11项数学形态特征对40种昆虫实现了自动鉴别，得出了各项数学数学特征的权重。这11项参数按照权重排列为：面积>偏心率>形状>周长>纵轴长>孔洞数>横轴长>似圆度>叶状性>圆形性>球状性。识别软件名为Bug Visux，准确率达到97.5%。 计算机对动物亲缘关系的测定 在分子生物学产生以前，往往是根据动物的形态特征来对动物亲缘关系进行测定。进入分子生物学时代以后，对动物（包括人）的亲缘关系测定是通过基因比较。这项工作涉及大量的数据处理工作，必须借助计算机来完成。将在后面的生物信息学部分介绍。 计算机模拟植物形态 计算机模拟植物形态，主要面向植物的形态结构。形态结构指的是植物地上部分和根系在三维空间中的占据方式，包括器官在植物个体上的排列方式、几何形态、空间伸展方式。目前，也有少部分将植物形态与功能项目联系起来的研究，研究对象是个体而非群体。以植物的器官为最基本的尺度来模拟植物个体的生长发育规律，并基于植株个体之间的相互作用来推测植物群体的生长。建立的模型是三维的。一些动画片、广告中的三维植物动画虽然视觉上很逼真，但不是从植物形态结构的定量描述的基础上建立的。虚拟植物要求反映植物生长的客观规律，而不仅仅是视觉上的相似。 远程医疗技术 远程医疗是指通过计算机技术、通信技术与多媒体技术，同医疗技术相结合，利用通信和信息技术来实现异地疾病诊断、治疗和健康护理等多种医学模式。利用远程医疗系统，可以不受空间距离的限制，使条件好的医疗机构为异地的患者进行疾病诊断和健康护理服务，或者为异地医生提供手术指导、诊断及治疗咨询。远程医疗技术是在计算机科技高速发展的背景下与医疗的结合，为医疗条件差的地方提供基于专家的健康护理或紧急情况下的危重病人救护，对紧急情况能及时处理，节省医院和患者开支。国外在这一领域的发展已有40多年的历史，而我国只在最近几年才得到重视和发展。受限于某些原因，远程医疗技术发展极不均衡，大量医院的远程医疗设备闲置不用，造成资源极度浪费，而原因主要集中于（1）老百姓和医务人员对远程医疗效果持怀疑态度。先期对远程医疗功能的过度宣传和早期实际使用情况的反差损伤了医务人员和广大老百姓对远程医疗的信任程度。（2）经济条件不好的患者付不起远程会诊费（觉得不值），经济条件好的患者愿意按常规思路转院治疗。（3）. 部分设备无法满足实际远程医疗业务的需要。有的远程医疗系统仅仅是视频会议系统的一种变体销售方式等。 计算机及科学应用与生物科学正在一步步改变人们的生活，促进了人们对人类起初对自然孕育生命的好奇，加快了生物信息以及微生命的认识，加快了人们对自然的认识，计算机科学的渗透，还有很多方面，限于作者阅读水平，论述有很多不到之处，望老师指导。 l