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Update:更新从科学起源看交叉学科.md,增加评价标准及数据挖掘任务按评价标准划分的示例。
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birdflyi committed Aug 27, 2022
1 parent a2a365a commit c5d4c84
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87 changes: 83 additions & 4 deletions 从科学起源看交叉学科.md
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Expand Up @@ -2,6 +2,8 @@

  科学是一个建立在**可检验的解释**和对客观事物的形式、组织等进行**预测****有序的知识系统**,是已**系统化和公式化了的知识**。其**对象**是客观现象,**内容**是形式化的科学理论,**形式**是语言,包括自然语言与数学语言。



## **1.1 科学的研究范式\***

### 1.1.1 科学研究的四种范式
Expand All @@ -13,9 +15,11 @@
- **计算仿真(Computational)**-仿真模拟
- **数据密集型(Data-Intensive)**-关联分析



### 1.1.2 单一科学的研究模式

  经整理,得出**单一科学**各方面所属的模式分类
  基于实践与理论之间集合映射的视角,将**单一科学**的研究按**现象、理论、技艺**三个方面划分

- **(现象)研究对象**:联结、实体、流程
- **(理论)研究内容**:数(思想原理的证明与计算)、理(基本物质的性质状态)、化(物质的结构功能及转化)
Expand All @@ -25,7 +29,26 @@

  研究对象按现象共现模式划分;
  研究内容按理论抽象层次划分;
  研究形式按技艺精准程度划分。
  研究形式按技艺精准程度划分。

**评价标准**

- (现象)研究对象:广博

- (理论)研究内容:简谐

- (技艺)研究形式:精准

数据挖掘任务按评价标准划分示例:

| **评价标准** | **归纳任务** | **演绎任务** | **应用创新(示例)** |
| :----------: | :----------: | :----------: | :------------------------------------: |
| 现象广博 | 聚类 | 分类 | 偏差分析(异常检测) |
| 理论简谐 | 关联分析 | 因果推断 | 建模分析(推荐任务及空谱变换可解释性) |
| 技艺精准 | 回归 | 预测 | 序列分析(拟合优化) |




#### 1.1.2.1 研究对象细分

Expand Down Expand Up @@ -53,7 +76,7 @@
> “知彼知己者,百战不殆。不知彼而知己,一胜一负;不知彼,不知己,每战必殆。”——《孙子兵法·谋攻篇》
研究对象按联结划分示例:
  动机分析中的联结、自主、胜任,分别对应客观(功能角色)、主观(结构偏好)、平衡(交互方式)视角。
  动机分析中的联结、自主、胜任(动力源分别为需求、偏好、技能),分别对应客观(功能角色)、主观(结构偏好)、平衡(交互方式)视角。



Expand Down Expand Up @@ -94,6 +117,24 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。
- 实体->特定实体:自底向上视角,常见分析方式与产物是度量与状态,与b.视角一致
- 流程->特定实体:归纳演绎视角,常见分析方式与产物是序列与因果,与c.视角一致

结合评价标准,数据挖掘任务的认知流程及任务划分示例:

| | 现象 | | 技艺 | | 理论 | | 理论 | | 技艺 | | 现象 | |
| ------------ | ------ | ------------ | ------ | ------------ | -------- | -------------- | -------- | ------------ | ------ | ------------ | ------ | ------------ |
| **混合数据** | **->** | **输入空间** | **->** | **特征空间** | **->** | **隐变量空间** | **->** | **模式空间** | **->** | **输出空间** | **->** | **混合数据** |
| | 聚类 | | | | | | | | | | 分类 | |
| | | | 回归 | | | | | | 预测 | | | |
| | | | | | 关联分析 | | 因果分析 | | | | | |

其中:
  编码过程涉及混合数据->输入空间->特征空间->隐变量空间
  解码过程涉及隐变量空间->模式空间->输出空间->混合数据

类似U-net结构,可以通过减少编码深度,获取简单的模型(相应的表征能力和可解释性会变差),示例如下:
  混合数据->输入空间->特征空间->隐变量空间->模式空间->输出空间->混合数据(可做聚类、回归、关联分析、因果推断、预测、分类)
  混合数据->输入空间->高维特征空间网络->输出空间->混合数据(可做聚类、回归、预测、分类,而建模分析不可用)
  混合数据->高维表征空间网络->混合数据(可做聚类、分类,而建模分析、序列分析不可用)



**d.按关系表征结构划分(额外)**
Expand All @@ -118,33 +159,47 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。

  其中聚类->度量->分类->建模,是依次支撑的。在数据的特征维度不断升高时,对数据碰撞的处理需要不断增加建模复杂度,即从集合到序列到树到图甚至到图模式,能表达的规律是从节点特征到位置到状态到过程到甚至到过程模式。



## **1.2 科研的动机**

### 1.2.1 个人层面

- 心理需求
- 自主:好奇心、喜好<->
- 自主:好奇心、喜好<->利用(有之以为利,无之以为用)
- 胜任:踏实、功夫<->功
- 联结:开创、革新等自我实现的追求<->名

- 生存需求
- 薪水<->禄




### 1.2.2 社会层面

- 以史为鉴
- 对客观规律的敬畏

- 把握当下
- 环境控制、生态保护

- 开创未来
- 改善人们的生活、促进社会发展

- 对未来发展的远见




## 1.3 从科研到常识

&nbsp;&nbsp;科学通过**发表研究成果**而成为知识。发表研究成果需要有话题背景意义、研究现状、提出问题、方法、实验、结果、结论,向科学期刊投稿,同行专家评审,最终证明研究是用恰当的方法且合理的方式进行的,并且结果贡献了新的有用知识。

&nbsp;&nbsp;**教科书遴选内容**,教授和老师从教科书中**选择性传授**,成为科普常识。



## 1.4 科学与变革

&nbsp;&nbsp;科学是**在不断的自我否定中**发展进步的。
Expand All @@ -153,6 +208,8 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。

&nbsp;&nbsp;参考:[什么是科学?科学与变革以及科学与知识的关系是什么?](https://baijiahao.baidu.com/s?id=1666404232204803269&wfr=spider&for=pc)



# 2. 科学革命
## 2.1 科学范式
&nbsp;&nbsp;Jim Gray提出的科学范式见1.1,包括实验观测(Empirical)、理论推导(Theoretical)、计算仿真(Computational)、数据密集型(Data-Intensive)共四种范式。
Expand All @@ -170,6 +227,8 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。

&nbsp;&nbsp;科学从定量特征到定性概念的归纳,再对特定概念的现象域从定性分析到定量计算的分析与应用。科学可以通过增强精度,极大地增强对某一特征的控制力,从而逼近事物在某一特征上的极限,定向创造现实中从未出现的事物。(参考:[汤超:第三次生命科学革命为何是现在? | 科技史](http://www.zhishifenzi.com/depth/depth/10462.html) 第五章)



## 2.2 科学交叉范式
### 2.2.1 交叉范式*
&nbsp;&nbsp;科学交叉往往由3种学科交叉,分别涉及研究的**现象、理论、技艺**三个方面,依次对应于科学研究的**对象、内容、形式**
Expand All @@ -184,12 +243,17 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。
|技艺|研究方法|艺术(Art)|工学(Engineering)|工程技术|可证伪性|工艺精度|

&nbsp;&nbsp;如基因组学是数学(NP部分)和计算机科学(E部分)与生命科学(NH部分)的交叉。



### **2.2.2 理工科与人文社会科学交叉的难点**
&nbsp;&nbsp;自然科学背景的科学家书写的科学史往往被称为“**内史**”,历史学家书写的科学史往往被称为“**外史**”,**将科学知识革命与人文社科背景相结合**,才能将理论的革新讲清楚,并与生动的人物故事以及社会背景巧妙地融合在一起,分析科学史的必然趋势与关键变革点。
&nbsp;&nbsp;参考:[韩启德:学科交叉成功的几个要素 | 科学的担当](http://www.zhishifenzi.com/depth/depth/9006.html) 第一章、问答

&nbsp;&nbsp;难点:如何将**科学知识革命与人文社科背景相结合,**总结交叉学科的技艺基质,从技艺的量变分析学科质变趋势?



### **2.2.3 科学交叉的成就**
&nbsp;&nbsp;**科学交叉的成就也可以根据自然科学的视角分为三类,任何一个方面都可能率先突破**

Expand All @@ -198,6 +262,8 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。
&nbsp;&nbsp;**b.自然哲学视角:DNA分子双螺旋结构**
&nbsp;&nbsp;**c.工学视角:基因工程(开源领域将以[开源知识库计划](https://shimo.im/docs/5rk9d7negKS8NMqx)为核心开展研究)**



### 2.2.4 科学交叉的范例
**生物信息学**

Expand Down Expand Up @@ -240,6 +306,8 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。

**研究形式**:数学语言、自然语言、程序语言(基因组计划)



## 2.3 科学革命的征兆
1. (学科交叉)其他学科的理论可以应用到某领域

Expand All @@ -255,6 +323,8 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。
&nbsp;&nbsp;**技术进步****学科交叉**是科学革命的常见征兆。
&nbsp;&nbsp;参考:[汤超:第三次生命科学革命为何是现在? | 科技史](http://www.zhishifenzi.com/depth/depth/10462.html) 第六章



# 3.科学分类
## 3.1 现代科学分类
&nbsp;&nbsp;现代科学通常分为三个主要分支,自然科学(例如:生物学,化学和物理学等),研究个人和社会的社会科学(例如经济学,心理学和社会学),以及研究抽象概念的形式科学(例如逻辑,数学,计算机科学)。但形式科学是否真正构成一门科学是有分歧的,因为它们不依赖经验证据。另外,将现有科学知识用于工程和医学等实际目的的学科被称为应用科学。
Expand All @@ -265,6 +335,9 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。
|[应用](https://zh.wikipedia.org/wiki/應用科學)|[计算机科学](https://zh.wikipedia.org/wiki/计算机科学)|[工学](https://zh.wikipedia.org/wiki/工学)[农学](https://zh.wikipedia.org/wiki/农学)[医学](https://zh.wikipedia.org/wiki/医学)[药学](https://zh.wikipedia.org/wiki/药学)|[工商管理](https://zh.wikipedia.org/wiki/工商管理)[法学](https://zh.wikipedia.org/wiki/法学)[教育学](https://zh.wikipedia.org/wiki/教育学)[会计学](https://zh.wikipedia.org/wiki/會計學)[金融学](https://zh.wikipedia.org/wiki/金融學)[管理学](https://zh.wikipedia.org/wiki/管理學)[市场学](https://zh.wikipedia.org/wiki/市場學)|

&nbsp;&nbsp;科学按研究对象的不同可分为**自然科学、社会科学和思维科学**三大类。结合上述三个主要分支,以及最近被不断提及的交叉科学,又有一种划分为自然科学、社会科学、思维科学、形式科学、交叉科学五大类。



## 3.2 科学分类溯源
&nbsp;&nbsp;自然科学在近代被分为**自然哲学**(Natural Philosophy)和**博物学**(Natural History),直到19世纪**“科学”Science**才被广泛使用。

Expand All @@ -282,6 +355,8 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。
&nbsp;&nbsp;重大颠覆性创新多数发生在不同学科的交界处。**学科发展的总体趋势是从博物学方法到实验方法,从形态到功能,从整体到分子;学科不断细分,而同时又保持着从分到合、从还原到综合的一定张力**
参考:[韩启德:学科交叉成功的几个要素 | 科学的担当](http://www.zhishifenzi.com/depth/depth/9006.html) 第一章



# 4.科学交叉(开放讨论)
## 4.1 科学交叉趋势
&nbsp;&nbsp;现代学科呈现出系统综合的态势,**学科分化与交叉融合并进**,一方面传统学科不断地分化出新的分支,动态演变持续推进;另一方面学科界限日益模糊,单一学科的理念、知识、方法、工具不足以应对重大科学问题。
Expand All @@ -294,6 +369,8 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。
&nbsp;&nbsp;**学科交叉推动“大科学”时代进程。**学科交叉体现了科学的综合化发展趋势。科学上新理论、新学科、新技术的出现常常是在现有学科的边缘或交叉点上。“分化”是小科学时期科学发展的主要动力,“交叉”则是大科学时代科学发展的主要表征。“大科学”时代将会越来越重视科学体系的统一性和完整性,这就是现今科学研究的显著特点和发展趋势。
&nbsp;&nbsp;参考:[诺贝尔奖为何青睐交叉学科](http://www.ncmis.cas.cn/kxcb/jclyzs/201212/t20121207_103093.html)



## **4.2 科学交叉关键问题**
&nbsp;&nbsp;已知[交叉学科设置与管理办法(试行)-笔记](https://shimo.im/docs/vVAXVzxXblF2R0qm)结论:<mark>交叉学科必须紧扣构建**概念体系、理论体系、方法体系**三大体系,面向重大需求,从新对象、新理论、新方法等角度,提出重要问题、探究深层原理、创新关键技术。</mark>

Expand All @@ -306,6 +383,8 @@ What Why How每个方面划分的依据都可以包括Who Where When的属性。

&nbsp;&nbsp;若存在规律,**如何借鉴**成功的经验?



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# 附录
笔记原文链接:[从科学起源看交叉学科](https://shimo.im/docs/rp3OVmjZP6HJ6vAm)

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