Электронная наука - E-Science

Электронная наука или же электронная наука требует больших вычислительных ресурсов наука что осуществляется в сильно распределенных сеть окружающей среде или науке, которая использует огромные данные наборы, требующие сеточные вычисления; этот термин иногда включает технологии, обеспечивающие распределенное сотрудничество, такие как Сетка доступа. Термин был введен Джоном Тейлором, Генеральным директором Соединенного Королевства. Управление науки и технологий в 1999 году и использовался для описания крупной инициативы по финансированию, начавшейся в ноябре 2000 года. С тех пор электронная наука интерпретировалась в более широком смысле как «применение компьютерных технологий для проведения современных научных исследований, включая подготовку, эксперименты, сбор данных. распространение результатов, а также долгосрочное хранение и доступность всех материалов, созданных в ходе научного процесса. Сюда могут входить моделирование и анализ данных, электронные / оцифрованные лабораторные записные книжки, необработанные и подогнанные наборы данных, изготовление рукописей и черновые версии, препринты, и печатные и / или электронные публикации ".[1] В 2014, Серия конференций IEEE eScience сжал определение до «eScience способствует инновациям в совместных исследованиях, требующих больших объемов вычислений или данных, во всех дисциплинах на протяжении всего жизненного цикла исследования» в одном из рабочих определений, используемых организаторами.[2] Электронная наука включает в себя "то, что часто называют большое количество данных [который] произвел революцию в науке ... [например] Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе ... [который] генерирует около 780 терабайт в год ... современные области науки с большим объемом данных ... которые генерируют большие Объемы данных E-science включают: вычислительная биология, биоинформатика, геномика "[1] и человек цифровой след для социальные науки.[3]

Премия Тьюринга победитель Джим Грей воображаемая "наука с интенсивным использованием данных" или "электронная наука «как« четвертую парадигму »науки (эмпирический, теоретический, вычислительные и теперь управляемые данными) и утверждал, что «все в науке меняется из-за воздействия информационных технологий» и поток данных.[4][5]

E-Science революционизирует обе фундаментальные составляющие научный метод: эмпирическое исследование, особенно через цифровые большое количество данных; и научная теория особенно через компьютерное моделирование Построение модели.[6][7] Эти идеи были отражены в Управлении Белого дома и Политике в области научных технологий в феврале 2013 года, которые в соответствии с директивой меморандума включили многие из вышеупомянутых выходных продуктов e-Science в соответствие с требованиями к сохранению и доступу.[8] Электронные науки включают физику элементарных частиц, науки о Земле и социальные симуляции.

Характеристики и примеры

Большая часть исследовательской деятельности в области электронной науки сосредоточена на разработке новых вычислительных инструментов и инфраструктур для поддержки научных открытий. Из-за сложности программного обеспечения и требований к внутренней инфраструктуре в проектах электронной науки обычно участвуют большие группы, которые разрабатываются и управляются исследовательскими лабораториями, крупными университетами или правительствами. В настоящее время[когда? ] в Соединенном Королевстве большое внимание уделяется электронной науке, где британская программа электронной науки обеспечивает значительное финансирование. В Европе развитие вычислительных возможностей для поддержки ЦЕРН Большой адронный коллайдер привел к развитию инфраструктуры электронной науки и грид, которые также используются другими дисциплинами.

Консорциумы

Примеры инфраструктуры электронной науки включаютВсемирная вычислительная сеть LHC, федерация с различными партнерами, включаяЕвропейская грид-инфраструктура, Open Science Grid иСредство Nordic DataGrid.

Для поддержки приложений электронной науки Открытая научная сетка объединяет интерфейсы с более чем 100 общенациональными кластерами, 50 интерфейсами с географически распределенными кэшами хранения и 8 сетками кампуса (Purdue, Wisconsin-Madison, Clemson, Nebraska-Lincoln, FermiGrid в FNAL, SUNY-Buffalo и Oklahoma в США; и UNESP в Бразилии). Области науки, пользующиеся преимуществами Open Science Grid, включают:

Британская программа

После назначения на пост генерального директора исследовательских советов в 1999 году Джон Тейлор при поддержке министра науки Дэвид Сейнсбери и канцлер казначейства Гордон Браун, ставка на Казначейство Ее Величества для финансирования программы развития электронной инфраструктуры для науки, которая обеспечит основу для британской науки и промышленности, чтобы стать мировым лидером в экономика знаний что мотивировало Лиссабонская стратегия для устойчивого экономического роста, который правительство Великобритании взяло на себя в марте 2000 года.

В ноябре 2000 года Джон Тейлор объявил о выделении 98 миллионов фунтов стерлингов на национальную программу Великобритании по электронным наукам. Дополнительный взнос в размере 20 миллионов фунтов стерлингов был запланирован со стороны промышленности Великобритании в виде финансирования проектов, в которых они участвовали. Из этого бюджета в размере 120 миллионов фунтов стерлингов в течение трех лет 75 миллионов фунтов стерлингов должны были быть потрачены на пилотные проекты сетевых приложений во всех областях науки под управлением Исследовательским советом, ответственным за каждую область, в то время как 35 миллионов фунтов стерлингов должны были управляться EPSRC в качестве базовой программы для разработки промежуточного программного обеспечения Grid "промышленного уровня". Фаза 2 программы на 2004-2006 гг. Была поддержана еще 96 миллионами фунтов стерлингов на прикладные проекты и 27 миллионами фунтов стерлингов на основную программу EPSRC. Фаза 3 программы на 2007-2009 гг. Была поддержана дополнительными 14 миллионами фунтов стерлингов для основной программы EPSRC и дополнительной суммой для заявок. Дополнительное финансирование деятельности в области электронной науки в Великобритании было предоставлено из средств Европейского Союза от совет по финансированию университета Финансирование SRIF на оборудование и от Jisc для сетевой и другой инфраструктуры.

Программа электронной науки Великобритании включает широкий спектр ресурсов, центров и людей, включая Национальный центр электронных наук (NeSC), которым руководят университеты Глазго и Эдинбург, с объектами в обоих городах.[9]Тони Эй руководил основной программой с 2001 по 2005 годы.[10]

Региональные центры электронной науки в Великобритании поддерживают свои местные университеты и проекты, в том числе:

Есть также различные центры передового опыта и исследовательские центры.

Помимо центров, пилотные проекты сетевых приложений финансировались Исследовательским советом, отвечающим за каждую область финансирования науки Великобритании.

В EPSRC профинансировал 11 пилотных проектов в области электронной науки в три этапа (примерно по 3 миллиона фунтов стерлингов каждый на первом этапе):

  • Первая фаза (2001–2005): CombEchem, DAME, Discovery Net, ГЕОДИЗА, myGrid и RealityGrid.
  • Второй этап (2004–2008 гг.) - ЗОЛОТО и интегративная биология.
  • Третья фаза (2005–2010 гг.): PMSEG (MESSAGE), CARMEN и NanoCMOS.

В PPARC /STFC профинансировал два проекта: ГридПП (этап 1 - 17 млн ​​фунтов стерлингов, этап 2 - 5,9 млн фунтов стерлингов, этап 3 - 30 млн фунтов стерлингов и четвертый этап, продолжающийся с 2011 по 2014 год) и Astrogrid (14 млн фунтов стерлингов за 3 этапа).

Оставшиеся 23 миллиона фунтов стерлингов финансирования первого этапа были разделены между прикладными проектами, финансируемыми BBSRC, MRC и NERC:

  • BBSRC: Биомолекулярная сетка, конвейер протеомных аннотаций, высокопроизводительная структурная биология, глобальное биоразнообразие.
  • MRC: Биология старения, данные о последовательности и структуре, молекулярная генетика, лечение рака, рамки клинической электронной науки, инструменты моделирования нейроинформатики.
  • НКРЭ: Climateprediction.com, Oceanographic Grid, Molecular Environmental Grid, NERC DataGrid

Финансируемая британская программа электронной науки была рассмотрена по завершении в 2009 г. международной комиссией под руководством Дэниел Э. Аткинс, директор Офиса Киберинфраструктура США NSF. В отчете сделан вывод о том, что программа позволила сформировать опытный коллектив, некоторые услуги и привела к сотрудничеству между академическим сообществом и промышленностью, но эти достижения были достигнуты на уровне проекта, а не за счет создания инфраструктуры или преобразования дисциплин для внедрения электронной науки в качестве нормальный метод работы, и что они не могут быть самодостаточными без дополнительных инвестиций.

Соединенные Штаты

Инициативы в США, где термин киберинфраструктура обычно используется для определения проектов электронной науки, которые в основном финансируются Национальный фонд науки офис киберинфраструктуры (NSF OCI)[11] и Департамент энергетики (в частности, Управление науки).

Нидерланды

Исследование Dutch eScience координируется Нидерландский центр электронной науки в Амстердаме, инициатива, основанная NWO и СЕРФ.

Европа

Plan-Europe - это платформа национальных центров электронных наук / исследований данных в Европе, созданная во время учредительного собрания 29–30 октября 2014 г. в Амстердаме, Нидерланды, и основанная на согласованном Техническом задании. В PLAN-E есть основная группа активных членов, которые собираются дважды в год. Больше можно найти на САМОЛЕТ.

Швеция

Два академических исследовательских проекта были выполнены в Швеции двумя разными группами университетов, чтобы помочь исследователям обмениваться научными вычислительными ресурсами и знаниями и получать доступ к ним:

Сравнение с традиционной наукой

Традиционная наука представляет две различные философские традиции в истории науки, но электронная наука, как утверждается, требует смена парадигмы, и добавление третьей отрасли наук. "Идея открытые данные не новый; действительно, изучая историю и философию науки, Роберт Бойл приписывают подчеркивание концепции скептицизм, прозрачность и воспроизводимость для независимой проверки в научное издание в 1660-х гг. Позже научный метод был разделен на две основные ветви: дедуктивный и эмпирический подходы. Сегодня теоретический пересмотр научного метода должен включать в себя новую ветвь, Виктория Стодден сторонник вычислительного подхода, где, как и в двух других методах, раскрываются все этапы вычислений, с помощью которых ученые делают выводы. Это потому, что в течение последних 20 лет люди боролись с тем, как справиться с изменениями в высокопроизводительные вычисления и моделирование ".[1] Таким образом, электронная наука направлена ​​на объединение как эмпирических, так и теоретических традиций,[3] пока компьютерное моделирование могут создавать искусственные данные, а большие данные в реальном времени могут использоваться для калибровки теоретических имитационных моделей.[7] Концептуально электронная наука вращается вокруг разработки новых методов поддержки ученых в проведении научное исследование с целью делать новые научные открытия путем анализа огромных объемов данных, доступных через Интернет, с использованием огромного количества вычислительных ресурсов. Однако ценные открытия не могут быть сделаны просто с помощью вычислительных инструментов, киберинфраструктура или путем выполнения заранее определенного набора шагов для получения результата. Скорее, в деятельности должен быть оригинальный творческий аспект, который по своей природе не может быть автоматизирован. Это привело к различным исследованиям, в которых предпринимаются попытки определить свойства, которые платформы электронной науки должны обеспечивать для поддержки новой парадигмы ведения науки, и новые правила для выполнения требований сохранения и предоставления результатов вычислений доступными таким образом, чтобы они воспроизводимы в прослеживаемых, логических шагах, как неотъемлемое требование для поддержания современной научной целостности, которое позволяет расширить «традицию Бойля в век вычислений».[1]

Моделирование процессов электронной науки

Один взгляд [14] утверждает, что, поскольку современный экземпляр процесса обнаружения служит той же цели, что и математическое доказательство, он должен иметь аналогичные свойства, а именно, он позволяет детерминированно воспроизводить результаты при повторном выполнении и что промежуточные результаты могут быть просмотрены для облегчения изучения и понимания. В этом случае просто моделируя происхождение данных недостаточно. Необходимо смоделировать происхождение гипотез и результатов, полученных в результате анализа данных, а также предоставить доказательства, подтверждающие новые открытия. Научные рабочие процессы Таким образом, были предложены и разработаны, чтобы помочь ученым отслеживать эволюцию их данных, промежуточных результатов и окончательных результатов в качестве средства документирования и отслеживания эволюции открытий в рамках научного исследования.

Наука 2.0

Другие представления включают Наука 2.0 где электронная наука рассматривается как переход от публикации окончательных результатов четко определенными совместными группами к более открытому подходу, который включает публичный обмен необработанными данными, предварительными результатами экспериментов и связанной с ними информацией. Чтобы облегчить этот сдвиг, в «Науке 2.0» предусмотрены инструменты, упрощающие общение, сотрудничество и взаимодействие между заинтересованными сторонами. Такой подход может: ускорить процесс научных открытий; преодолеть проблемы, связанные с академическими публикациями и рецензированием; и устранение временных и финансовых барьеров, ограничивающих процесс создания новых знаний.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Боле, С. "Что такое электронная наука и как ею управлять?" Nature.com, Spektrum der Wissenschaft (Scientific American), http://www.scilogs.com/scientific_and_medical_libraries/what-is-e-science-and-how-should-it-be-managed/.
  2. ^ IEEE International Conference on eScience, домашняя страница, по состоянию на 18 декабря 2014 г., https://escience-conference.org/
  3. ^ а б DT&SC 7-2: Вычислительные социальные науки. https://www.youtube.com/watch?v=TEo0Au1brHs Из онлайн-курса DT&SC в Калифорнийском университете: https://canvas.instructure.com/courses/949415
  4. ^ Стюарт Тэнсли; Кристин Мишель Толле (2009). Четвертая парадигма: научные открытия с большим объемом данных. Microsoft Research. ISBN  978-0-9825442-0-4.
  5. ^ Bell, G .; Эй, Т .; Салай, А. (2009). "КОМПЬЮТЕРНАЯ НАУКА: За пределами потока данных". Наука. 323 (5919): 1297–1298. Дои:10.1126 / наука.1170411. ISSN  0036-8075. PMID  19265007.
  6. ^ DT&SC 7-1: Введение в электронную науку: https://www.youtube.com/watch?v=9x3d75ZMuYU . Из онлайн-курса DT&SC в Калифорнийском университете: https://canvas.instructure.com/courses/949415
  7. ^ а б Гильберт, М. (2015). Электронная наука для цифрового развития: ICT4ICT4D. Центр развития информатики, SEED, Манчестерский университет. «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-09-24. Получено 2015-08-13.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  8. ^ Администрация президента, Управление научно-технической политики, «Меморандум для руководителей исполнительных департаментов и агентств: расширение доступа к результатам научных исследований, финансируемых из федерального бюджета». 22 февраля 2013 г., по состоянию на 7 июля 2013 г., http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/ostp_public_access_memo_2013.pdf.
  9. ^ «Национальный центр электронной науки». Официальный веб-сайт. Архивировано из оригинал 16 декабря 2008 г.. Получено 29 сентября 2011.
  10. ^ Ричард Пойндер (12 декабря 2006 г.). «Разговор с Тони Хей из Microsoft». Открыть и закрыть? блог. Получено 20 сентября 2011. Так уж случилось, что в США выбрали другое имя. Лично я считаю, что электронная наука - гораздо лучшее название, чем киберинфраструктура. Полная стенограмма В архиве 25 марта 2012 г. Wayback Machine обновлено 15 декабря 2006 г.
  11. ^ «Офис киберинфраструктуры (OCI)». Получено 19 сентября 2011.
  12. ^ «Шведский исследовательский центр электронной науки (SeRC)».
  13. ^ "ESSENCE, сотрудничество в области электронной науки".
  14. ^ Syed, J .; Ghanem, M .; Го, Ю. (2007). «Поддержка процессов научных открытий в Discovery Net». Параллелизм и вычисления: практика и опыт. 19 (2): 167. Дои:10.1002 / cpe.1049.

внешняя ссылка