科学研究大数据挑战

现代科学研究的一个重要模式就是大科学项目,其特点是大科学装置和合作,并产生海量的科研数据.数据密集型的大科学项目对数据的采集、存储、分发和处理有着巨大的需求.本文以大科学项目为案例讨论了科研大数据在数据采集、处理、存储以及网络等方面的挑战,以及相应的应对方法.其中,国际上的高能物理实验每年产生数十拍字节(PB)的数据,这些数据需要妥善地记录和保存下来,并高效地分发到世界各地进行分析处理.高能物理学家基于网格技术合作建立了大数据处理的WLCG网格平台,该平台成功地支持了大型强子对撞机实验数据的处理和分析,同时也支持了其他大科学项目,取得很好的效果.另外,为了解决对数据的高效存储和访问,新的存储技术和网络技术,如软件定义网络和云存储等,被开发应用到科学大数据中.最后还介绍了云计算技术在科研大数据中的应用.     

科学大数据与数字地球

大数据研究正发展为科技、经济、社会等各领域的关注焦点,诸多国家已将大数据研究上升至国家战略层面.本文从时空角度论述了大数据的缘起、内涵与发展势态,分析了科学大数据成为科学研究新途径的历程——科学范式开始从模型驱动向数据驱动发生转变.给出了科学大数据的定义及科学大数据计算的应对策略.进一步地论述了数字地球学科的基本理论框架和数字地球中的数据系统,指出了数字地球学科具有大数据的鲜明特点.最后以"胡焕庸线"形成机理的空间认知研究为例,具体阐述了数字地球学科中的大数据研究的理论和方法.     

地质科学大数据及其利用的若干问题探讨

地质科学大数据是一种时空大数据,其特征与一般大数据有相似之处,也有显著差别.为了应对挑战,需要引进大数据理论、方法和技术,开展对地质科学大数据的统合和利用.采用大数据技术直接在海量时空数据和文本数据中挖掘知识,能突破采样随机性和样本空间狭小、仅凭少量观测数据和固有模式进行判断,以及传统数据分析方法的限制,有可能取得地质科学的新发现.目前常用的一系列数学地质方法和一般空间数据挖掘方法,经改造可用于地质科学时空大数据挖掘.大数据时代地质科学发展所涉及的关键科学技术问题,包括结构化数据与半结构化非结构化数据、大数据与小数据、混杂性数据与精确性数据、模型与数据、静态勘查模型与动态监测模型等的一体化存储管理和处理,数据挖掘与数据分析的结合、相关关系与因果关系的统一,地质科学大数据的深度挖掘和可视化."玻璃地球"是地质科学大数据的有效载体,开展"玻璃地球"建设是解决上述各种科学技术问题的最佳途径之一.     

面向分子科学的数据智能

分子科学是化学的核心,也是生物、材料、药学等学科的基础.传统的分子科学研究通过实验或理论手段进行,研究成本高、周期长,难以处理高复杂度体系.随着大数据时代的到来,数据驱动的人工智能研究已成为继实验、理论和模拟之后的第4种科学研究范式.数据驱动的机器学习凭借其快速高效的数据处理能力,在分子科学领域展现出巨大的发展潜力.尤其是在分子性质预测、分子设计、化学反应预测及逆合成、量子化学计算、自动化合成等领域获得了广泛应用.本文首先介绍面向分子科学数据智能研究过程中的3个关键部分,即分子科学开放数据集、分子描述符和机器学习算法;然后,列举机器学习在不同分子科学研究方向中的重要应用案例;最后,分析讨论该研究领域可能存在的挑战及潜在发展方向.     

大数据时代的数据素养教育

正数据素养是大数据时代对科研人员所提出的要求。国外各大学已在广泛开展数据素养教育。在中国,如何提高下一代科学家的数据素养,使他们具备在大数据时代开展科学活动的能力,是一项紧迫的重要任务。随着信息技术和网络技术的迅速发展,科学研究数据呈现爆炸性增长的态势。利用各种各样的研究工具和实验设备,通过模拟、仿真、计算和观察,在科学研究过程中不断产生和创造出大量"原生态数字信息",形成特定科学领域的数据集和数据场。如美国大规模科学项目"泛星计划"(全景式巡天望远镜和快速反应系统),每年在运行中可捕获2.5PB(1PB=10~(15)字节)的数据;国际上高能物理学研究领域的LHC(大型强子对撞机)每年能产生50～100PB的数据;小规模研究     

苏联科学院举行年会

一年一度的苏联科学院年会已于2月22、23两日举行。年会上报告和讨论了 A.B.托布切夫院士所作的苏联科学院1956年科学活动以及科学成果在实际中的应用问题的总结报告。在科学研究网方面,苏联科学院在去年一年中建立了以下一些新的研究所:电子学、大地物理学、大     

理性怀疑与非理性怀疑

正尽管对科学发现的批评有可能用于误导目的,但怀疑的态度对于健康发展的科学研究仍然起着至关重要的作用。早在1 7世纪科学方法确立之前,怀疑论一直被认为对于科学研究是必不可少的。但并非所有人都认同科学的怀疑态度是一种美德,一些人也许认为怀疑有可能会损害科学进步和社会进步,他们认为怀疑是错的,所有     

西方自然科学家宗教信仰探析

科学和宗教在本质上是对立的.西方大部分的自然科学家都是宗教信仰者,在这些科学家身上,宗教和科学彰显着和谐.这些科学家所信仰的上帝并非我们常人所理解的干涉自然事件、决定人类命运的最高神,而是宇宙间的自然规律、世界秩序,这种信仰是一种无神论的信仰,是一种强烈的宇宙宗教情感,这种情感是他们进行科学研究的最高动力,激励着他们去发现自然界的一些最基本、最深邃的奥秘.因为在他们看来,上帝伫立在科学无限探索的尽头,研究科学的道路,就是通向上帝,逼近上帝之路.     

从探究中学习科学方法

“科学课不仅是让学生了解别人发现了什么,更重要的是让学生学会自己如何发现。”英国剑桥大学出版的《=}={{=心科学》一书,突出的是设计了一些教给学生如何从探究中学习科学的方法,让学生在探究活动中经历发现问题、提出假设、收集资料、实验验证、分析数据、推理得出结论的科学研究过程,以加深对科学概念、科学方法和科学态度三方面的理解和认识。下面介绍一篇课文:《潮虫在哪里生活?》     

自力更生方针的又一重大胜利——车轮轮箍工程设计工作总结

目前,一场轰轰烈烈的设计工作的革命运动正在全国广泛展开。设计工作人员在党的领导下,高举毛泽东思想红旗,深入群众,深入实际,既为国家解决了社会主义建设中重大的工程技术问题,节约了大量人力、物力、财力;又接受了锻炼,提高了思想水平和业务水平。我们现在发表“自力更生方针的又一重大胜利”和“设计工作上的一场革命”两篇文章。它可以帮助我们思考一些问题:正确的研究课题从那里来?科学研究工作应该走什么样的道路?我们是跟在别人后面一步一步地爬行呢?还是打破常规,突破框框,使我国的科学技术水平在一个较短的时期内跃居世界的前列?这两篇文章,虽然讲的是设计工作,但考虑问题的思想、方法,对我们科学研究工作者来说,也是很有启发,很有教育意义的。     

病态科学

“病态科学”一文发表在1989年美国物理学会的刊物《今日物理》第10期上.本刊特将此文翻译摘登,以飨国内的读者.该文自发表后,已引起不少反响,不少人认为朗缪提出了科学研究中一个重要的社会现象,而且还联系了当前科学研究中的实际,但也有人担心这会影响科学上不同学派之间的正常争论.我们认为,必须将科学研究过程中不可避免的错误和病态科学区分开来.不能将一切错误都归结为病态科学.但另一方面,从大量科学史中的例子,包括我国科学发展中出现的事例来看,病态科学提出的确是一类真实的并且产生影响的社会现象.正视它,研究它,并从中吸取必要的教训,正是为了繁荣我国的科学事业.而引起国内读者对这一问题的注意,正是编者发表此文的目的.     

"理想实验"与物理学的发展

本文通过大量事例的分析,说明"理想实验"方法是一种重要的科学研究方法,它对物理学新理论的建立、对已有理论的补充、完善、对物理学的革命性发展都起到重要作用.科学工作者应重视对"理想实验"的研究和应用.     

大数据时代:趋势和对策

正无论在科学研究和生产制造领域,还是在社会管理和国防安全领域,数据正在爆发增长,一个数据产生重大价值、数据驱动创新的时代已经来临。大数据将逐渐成为现代社会基础设施的一部分,许多领域都会因它而发生本质上的变化,政府、产业界和学术界必须做好迎接大数据趋势的准备。现代公民应具备数据意识,数据素养应成为每个公民的基本素养之一。当前,大数据的影响力正如日中天。有人认为,正在到来的大数据时代将会全方位地推动产业创新,改变社会管理的面貌,并且改善人民生活。值得注意的是,以往对一些所谓的大趋势,国际上经常是众说纷纭、意见不一,而最近几年,从各国政府、大型企业,到包括严谨的科学类杂志在内的各家媒体,对作为当今     

读《10000个科学难题》(化学卷)有感

创新是一个民族、国家发展的灵魂, “建设创新型国家” 已经成为我国的基本国策. 但是, 目前我国的科学研究仍然是跟踪性研究居多, 而创新性尤其是原创性的研究相对偏少. 如何在科学研究中突出创新是广大科技工作者面对的重大问题. 科学技术的发展是一个不断发现、凝练、思考、解决科学问题的过程, 提出科学难题本身就是科学发展的重要前提. 因此, 如何凝练、思考、提出科学问题, 是培养全民尤其是科技工作者创新意识的关键, 也是获得原创性研究成果的必由之路. 由陈洪渊院士主持、众多学者专家参与撰写的《10000个科学难题-化学卷》, 汇集了当前化学科学研究中的189条重要科学难题, 无论在内容上还是在形式上都独具匠心、别具一格, 是一部富有高度启发性和学术前沿性的学术专著. 该书以“高中生有兴趣, 大学生能通读, 研究生可选题, 并能为高校教师和研究人员的科学研究提供参考”为宗旨, 通过一个个重要科学难题的 “点”, 构成了当前化学科学研究前沿的线和面, 不求面面俱到, 但求反映当前化学科学研究的前沿和发展趋势; 对每个科学难题均有研究意义和现状等背景介绍, 不求有明确答案, 甚至不求科学问题的完全准确无误, 而重在科学问题的凝练和启发创新性思考. 这是科学类书籍编写方式的一次大胆的尝试, 与鼓励创新性科研和建设创新型国家的宗旨不谋而合.     

我们需要一个综合性的自然科学期刊

我国目前已有的自然科学、医学和技术科学期刊,大概在100多种以上。科学期刊的大量增加,鲜明地表明党对于科学事业的重视和我国近年来科学研究工作的迅速进展。在这100多种期刊中,除了“中国科学”和“科学通报”以外,基本上都是专业性的。“中国科学”是外文的。“科学通报”是中国科学院指导全国科学研究工作的杂志,近年来的内容偏重于科学理论和思想方法以及苏联和新民主主义国家先进学术成就和经验的介绍。随着科学研究的飞跃发展,     

献身于科学的光辉榜样

经常有人这样说,为了追求科学的真理,探索自然界的奥秘,随时得付出艰巨的劳动,花费大量的心血;可是很少有人这样说,在科学研究的道路上,需要流出你的鲜血,以至献出宝贵的生命.在一般情况下确实如此.只是还有一些例外:有那么一些特殊的     

科学数据跨境流动治理的现状、思考与展望

<正>伴随着数据密集型科学研究范式的兴起,科学数据已成为传播速度最快、影响面最宽、开发利用潜力最大的战略性、基础性科技资源,各国对科学数据的管理、共享和综合利用的需求与日俱增.在百年变局加速演进、大国科技博弈愈加激烈、开放科学持续推进以及我国加快构建具有全球竞争力的开放创新生态背景下,科学数据跨境流动逐步成为影响科学研究和学术交流的重要因素之一.     

科学家为什么应该普及科学

为什么物理学家或其他领域的科学家竟然花大量时间、精力向公众普及科学知识呢?这里所说的不仅是向《科学美国人》写文章(它是供科学爱好者和其他领域科学家阅读的),也不仅是教本科生入门课程,而是真正尽力通过报纸、电视、杂志和对一般公众的讲演,来传播科学知识和科学方法。科学研究的资助主要来自公共基金。由此容易得出片面的原因:科学家要向纳税人解释自己所做的工作。若仅以此来看,便会吃惊地发现更多的科学家并不从事科学普及工作。从大的方面来说,存在着大量的重大社会问题,从温室效应和臭氧层洞到核竞赛和艾滋病,解决这些问题的关键是科学。科学的结果导致其中一些问题的产生和恶化,同时很显然,没有深入的科学研究,不可能有解决这些问题的方法。我们的真正危险在于构造了一个基本上依赖于科学和技术的社会,而几乎没有人懂科学和技术。这就是“治病”的“良方”(例如,在国会535名议员中,大科学家出身的人屈指可数)。但这里我想要讨论的是普及科学的其他原因,这种科学普及工作是科学家职业日程的重要部分。     

关于人体科学研究的哲学思考

著名科学家钱学森在中国人体科学学会成立大会上(1987年,北京)的讲话指出,人体科学是一门将中医、气功、特异功能三者融在一起的研究人体的科学.并认为,人体科学是现代科学技术的一个大部门.它的研究成果将造福于人类. 我国人体科学包括特异功能的研究在一些有胆识的领导者的支持下和广大决心致力于人体科学研究的科学工作者的努力下,终于冲破了重重阻扰,在科学实验这项伟大的实践中勇     

政府数据开放,经济发展的新引擎

<正>本期"走近科学",我们采访了复旦大学的郑磊老师,他致力于公共政策尤其电子政务研究。随着大数据时代的来临,如大家所知,数据已经成为科学研究和技术创新的重要资源。正是在这一背景下,各方呼吁数据开放的声音越来越迫切和激烈。尤其是,对于沉积在政府部门的海量数据,一旦公开将