d'Ivan

Область компьютерного зрения и обработки изображений.
Ищи: road traffic monitoring. один из примеров

штрафы ставит

Полагаю, что это комплекс различных независимых систем с интеграцией виде модулей или по API. Одна мониторит и посылает определенные события. Другая на них реагирует, агрегирует и пр.

Посмотри как работают алгоритмы сортировки:
https://www.toptal.com/developers/sorting-algorithms

Если тебе интересно узнать как оно устроено под капотом, то бери книгу по-проще и читай. А если не особо интересно, то возьмись за написание какой-то логической или аркадной игры. Сухую теорию неинтересно учить, поэтому найди себе что-то интересное, где могут найти применения разные алгоритмы.

https://linux.die.net/man/1/xgrep

что будет эффективней, держать постоянно в памяти 5 больших массивов, чтобы искать по ним нужную информацию, или каждый раз искать по .txt файлу.

Эффективнее использовать язык запросов SQL к СУБД (например, SQLite).
Преимущество в централизованном хранении данных и стандарте доступа к ним.
Один-два запроса к СУБД могут заменять порой довольно приличное количество кода (порой даже нетривиального).

Исходим из предположения, что типичный студент навряд ли будет писать что-то высокотехнологичное и поэтому, скорее всего, СУБД и будет самым оптимальным доступом к данным.

Если нужно что-то специализированное для данных, то нужно уточнять какова структура данных. Тогда могут понадобиться NoSQL.

Существуют различные методологии разработки ПО. Одна из них, для веб-приложений - двенадцатифакторное приложение

Гугл родился в стенках университета Стэнфорда в рамках научного проекта. История.

Раньше сайты представляли из себя в основном каталоги исходников программ по различным рубрикам, своего рода файло-помойки. Вместо GitHub были просто тысячи всяких FTP свалок, куда скидывали различные материалы и файлы ZIP/RAR и других ранее популярных тогда форматов архивов. Порой были разные варианты одних и тех же программ, с модификациями (патчами), улучшающими или изменяющими функциональность.

Когда-то были такие сайты, как programmersheaven.com с рубриками по языкам программирования и другим.
Взять, скажем, сайт https://pascal.sources.ru/rswag.htm - практически сохранен в первозданном виде. Живой музей. Уникальный случай!
Вот, на таком сайте были собраны исходники с других источников SWAG, который был назван RSWAG (Russian SourceWare Archive Group). Обратите внимание на ссылку в меню слева: https://pascal.sources.ru/upload.htm (сейчас нерабочая). А когда-то она выглядела вот так. И люди сам пополняли материалами. Много вирусов всяких распространяли так же, конечно же.
Спрашивали на форумах (на таких, как на том сайте). Так и учились, перенимая опыт друг у друга (и не факт, что лучший).

В стенках университетов студенты носились с дискетами (в основном, с играми). В некоторое время ходили в библиотеки и в читальных залах брали различные книги и журналы по компьютерной тематике. Я застал такую эпоху.

Для получения текстового вывода любого файла можно сконвертировать в Base64 и разбить на куски нужного размера. Затем на получателе склеить и раскодировать из Base64.
Правда, стоит учесть, что при кодировании последним размер относительно исходного увеличивается на 33%.
Добавлено
Есть другие методы кодирования: UUE и не только.

В общих чертах описано в
https://mercure.rocks/docs/getting-started

Используется Server-Sent Events (SSE) для Push уведомлений для различных устройств, pub/sub.
https://github.com/dunglas/mercure

Каждый глиф имеет определенный код (code point/position) - номер ASCII (упрощенно), по которому можно получить его графическое представление в шрифте. Когда какой-то программе нужно отобразить текст на экране (text rendering), представляющий из себя последовательность из кодов глифов, она обращается к шрифту и просит у него выдать по очереди графическое представление каждого из них (превращение векторных контуров в растр). Затем выполняется отрисовка на некоторой области экрана системными средствам (glyph rendering API).

Wikipedia:
ASCII, Unicode, Font rasterization, FreeType

Добавлено в комментариях.

C, Oberon, VHDL, Verilog или Lola-2, если нужно попроще.
Digital design programming.

Стоит проверить какие вакансии доступны в регионе проживания и отталкиваться исходя от них и своих возможностей обучения. За попсовыми технологиями гнаться не следует. Стоит методично изучать основы.
Если по-профессии инженер, то можно выбрать что-то ближе к темам:

• САПР
  
• Embedded: Arduino, Raspberry Pi, Микроконтроллеры, Verilog, FPGA
  
• Устройства для умного дома
  
• Обработка цифровых сигналов от (медицинских и пр.) устройств (в том числе изображения, звука, видео)
  

HTML CSS JS - это совсем далеко от инженерии. Тут попса вся в изобилии.

Base64 всегда кодирует исходное сообщение в сообщение длиной, кратной 4, дополняя знаками "=".
Пример на языке Ruby, в режиме интерпретатора в командной строке:

irb(main):020:0> Base64.strict_encode64 'a'
=> "YQ=="
irb(main):021:0> Base64.strict_encode64 'ab'
=> "YWI="
irb(main):022:0> Base64.strict_encode64 'abc'
=> "YWJj"
irb(main):023:0> Base64.strict_encode64 'abcd'
=> "YWJjZA=="
irb(main):024:0> Base64.strict_encode64 'abcde'
=> "YWJjZGU="
irb(main):025:0> Base64.strict_encode64 'abcdef'
=> "YWJjZGVm"

Изображение, закодированное с Base64, раскодируется при помощи буфера, скажем, 16КБ.
В этот буфер нужно поместить данные размером, кратным 4 (при этом, храня истинный размер в отдельной переменной). Декодировал буфер - записывай результат куда нужно (будет содержать бинарные данные изображения) - приступай к чтению следующего куска, и так до конца "простыни".
Так код не будет пожирать много памяти и будет обрабатывать данные поочередно.

Поищи на тему анти-алиасинга изображения.
Поиск: image anti-aliasing