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.     

新时代中国科技期刊出版的机遇与挑战全文替换

基于中国科学院学部主办的以"新时代的科技出版"为主题的科学与技术前沿论坛的主要研讨成果,结合文献调研,对我国科技期刊的现状、面临的机遇和挑战等进行综述,并提出对策建议.本文从期刊和论文的开放获取出版、开放同行评审、开放数据、预印本平台、期刊的经营模式等方面论述了开放科学背景下的科技期刊出版,并从数字出版与传播、大数据、区块链、人工智能、基于各种新型技术和传播媒介的互动与融合等方面讨论了新技术如何推动科技出版创新发展.与国际一流科技期刊相比较,我国科技期刊在吸引高水平研究成果的能力、学术不端行为防范与处理、品牌声誉与影响力等方面都还有很大差距.在当前我国科学研究快速发展和建设世界一流期刊的良好出版环境和政策背景下,我国科技期刊面临着前所未有的发展机遇.本文提出新时代中国科技期刊的发展对策建议主要如下:(1)关注开放科学的发展趋势,融入开放科学的发展环境;(2)加强国际合作,在合作中不断发展;(3)创新科技出版服务理念,扩展出版新技术和新方式;(4)加强出版伦理规范建设,增强处理学术不端问题的能力;(5)加强科技出版人才队伍建设,提升科学传播者的科学素养;(6)寻求社会效益和市场效益的共赢...     

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     

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.     

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.     

数据科学:问题导向的交叉学科创新

<正>在大数据应用技术需求的推动下,大数据科学研究和应用已经成为科技领域中的热点.同时人们开始从这些工程实践中提炼出一些共性的思路、方法和工具,开启了一门新科学——数据科学.从思想方法上,数据科学研究继承了统计学的一些思想,例如在大量数据上做统计性的搜索、比较、聚类或分类等分析归纳,其结论是一种相关性,而并非一定是某种因果关系.虽然都依赖大量的计算,但数据科学与计算机模拟不同,并非是基于一个已知的数学模型,而是用大量数据的相关性取代了因果关系和严格     

四川省新型计算机应用技术重点实验室

四川省新型计算机应用技术重点实验室四川省教委高教处四川省新型计算机应用技术重点实验室以电子科技大学计算机科学与工程学院为依托，向国内外开放，吸引和联合专家、工程技术人员进行科学研究、人才培养，为四川省经济建设和科技、社会发展作贡献。实验室实行“开放、...     

行星科学一级学科建设:“鸿鹄专项”的探索与实践

正行星科学研究具有悠久的历史,在20世纪60年代末形成一门独立的学科.行星科学与深空探测相辅相成,其发展历程与世界科技水平和人类文明进程密切相关.二战期间火箭技术的进步为太空时代的开启奠定了基础;苏联与美国持续30多年(1957～1991年)的太空竞赛掀起了行星探测热潮;进入21世纪以来,行星科学研究驱动美国、欧洲、日本等在探测技术水平上屡创新高,中国强势崛起,印度、以色列、巴西等国家陆续加入.当今行星科学研究主要集中在美国和欧洲,其发展水平已然成为综合国力的标志.行星科学是一门新兴交叉学科,在现代自然科学体系中具有非常独特的地位.行星科学以地球科学和天文学为根基,广泛涉及数学、物理、化学、生物等传统支柱学科,与工程技术紧密结合,对人文社会科学产生了深远的影响.行星科学发展水平也反映了国家基础学科群与工程技术的整体水平.     

“精英中心化”科研范式的特征及其面临的挑战

正早期的科学研究通常属于个人的业余爱好.到了19世纪,科学研究主要表现为在大学进行的社会性活动.然而,科学研究在20世纪中叶转变成为一种国家主导的建制化活动.这种转变的主要推手是1945年美国科学研究发展局主任Bush提交给美国总统罗斯福的一份科技发展战略报告"Science,the Endless Frontier"(《科学:无尽的前沿》,以下简称"布什报告"). 2021年,中信出版集团出版了含有美国科学促进会前首席执行官Holt长篇导读的"布什报告"的中文译本[1].     

海洋科学数据开放共享实践与思考

科学数据是重要战略资源.为充分发挥科学基金投入的效益,国家自然科学基金共享航次计划自2022年起试点对大洋区域调查资料进行开放共享.在梳理和分析国内外现状趋势以及问题挑战的基础上,本文总结了共享航次计划数据开放共享的实践成果,并对今后工作提出建议,为我国海洋科学数据管理与开放共享提供参考和借鉴.     

医学科学研究的牵引力和驱动力建模:健康需求与未知探索

以健康需求为导向分配医学研究资金成为近年来国际上关注的热点政策议题.但数据显示,当前的基金资助和科学活动并未完全与疾病负担相匹配,存在着“欠资助-过资助”“欠研究-过研究”的疾病领域.本文试图对造成这种不平衡性的机理进行分析,引入“未解决的科学问题”这一维度,提出从健康需求和未知探索两个角度对医学科学研究的牵引力和驱动力进行数据建模和综合分析的思路.     

浅议科学学派与科技创新

纵观世界科技史,许多重大科学发现和科学理论的提出都与科学学派有关.科学学派作为一种成熟的科研组织,在近代曾极大地推动了科学研究的发展.20世纪以来,科学学派在现代科学发展和科技创新活动中发挥着越来越积极的作用.     

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     

“透明海洋”立体观测网构建

海洋观测是海洋科学研究的基础,也是全球海洋科技竞争的重要发力点.本文以当前海洋科学前沿问题为出发点,探讨"透明海洋"立体观测网构建的若干途径,展望未来海洋观测和探测技术发展趋势,为提出国际海洋大科学问题、引领海洋技术创新、有效推进我国构建海洋科学国际协同创新网络提供新的思考.     

强流重离子加速器,肩负探索未知世界新使命

正重大科技基础设施是为探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供极限研究手段的大型复杂科学研究系统,是突破科学前沿,解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的物质技术基础.《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)》明确提出,瞄准科技前沿研究和国家重大战略需求,根据重大科技基础设施发展的国际     

跨学科开启头脑风暴 促进脑科学交叉与融合

<正>成为领跑者,就要有更多科研无人区的“探险家”.脑科学是自然科学领域重要的前沿学科,类脑技术已经成为当前国际科学研究的热点,被各国视为未来经济增长点和引领新科技发展的引擎.国家“十四五”规划明确提出重点布局脑科学与类脑研究等重大研究领域,国家科学技术部于2021年正式启动了“科技创新2030-脑科学与类脑研究”重大科技项目.为推动中国脑科学与类脑研究及在大湾区推动脑科学与类脑研究产学研融合示范,     

“工欲效其事,必先信其器”——个体差异的科学靠谱吗?

<正>作为人类特有的行为,科学研究是社会文明的重要推动力量之一.近年来,研究的可重复性问题成为科学关注的焦点,从心理科学到临床医学等领域,研究的可重复性成为巨大挑战.生命科学研究的共同特点之一是对于测量工具的需求,先进的技术会促进更为精准的测量,提升研究可信度.测量理论中的信(可信)效(有效)度概念在不同学科都有涉及,特别是在心理科学和医学中有明确的统计     

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》:2015年研究热点展望

<正>科学是一个移动的标靶,科学研究热点会随着时间发生变化。除了回顾过去一年的重大进展,《科学》杂志"年度重大科学突破"栏目的工作人员也对可能在未来几个月成为新闻的科学进展进行了预测。北极海冰随着世界气候变暖,对北极海冰减少的长远后果的研究也在升温。科学家已经知道,随着开放的海洋从太阳吸收更多的能量,海冰减少会加剧北极地区的气候变暖。但是变暖的北极对较低纬度地区的影响是什么,以及它是否该为过去十年从亚洲季候     

纳米毒理学与安全性中的纳米尺寸与纳米结构效应

纳米生物效应与安全性是纳米科学中既具有基础科学意义, 又事关纳米科技应用前景的关键问题, 是纳米技术可持续发展的核心. 国际上普遍认为, 纳米技术的未来发展取决于两大主要瓶颈能否取得突破: 一是纳米尺度上的可控加工与大规模生产技术; 二是纳米安全性知识体系与评价方法. 针对后者, 欧洲和美国都提出了“没有安全数据, 就没有市场”(“No Data,No Market”)的方针. 为了保障科技和市场的优先权, “科技要领先, 产品要安全”已成为发达国家的国家战略. 为此, 在短短5 年内已经形成纳米毒理学这个新兴学科, 阐明在纳米尺度下物质的毒理学效应. 本文重点分析纳米毒理学与纳米安全性中的纳米尺寸效应、纳米结构效应这两个重要的科学问题及其研究结果, 同时简单讨论剂量-效应关系这个传统毒理学的中心法则在纳米毒理学中的变化情况, 讨论未来的相应研究内容和方向, 同时也帮助读者更为科学、理性地认识和理解物质在新的纳米尺度下所固有的生物学特性, 包括毒理学特性.