Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Электронная наука или электронная наука - это наука с интенсивными вычислениями, которая осуществляется в сильно распределенных сетевых средах, или наука, которая использует огромные наборы данных , требующие грид-вычислений ; этот термин иногда включает технологии, обеспечивающие распределенное сотрудничество, такие как Access Grid . Термин был создан Джоном Тейлором, генеральным директором Управления науки и технологий Соединенного Королевства.в 1999 г. и использовался для описания крупной инициативы по финансированию, начавшейся в ноябре 2000 г. 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 г., серия конференций IEEE eScience.сжало определение до «eScience способствует инновациям в совместных, вычислительных или данных исследованиях по всем дисциплинам на протяжении всего жизненного цикла исследования» в одном из рабочих определений, используемых организаторами. [2] Электронная наука включает в себя «то, что часто называют большими данными, [которое] произвело 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 в электронной науке, включают: вычислительную биологию , биоинформатику , геномику » [1] и цифровой след человека для социальных наук .[3]

Лауреат премии Тьюринга Джим Грей представил «науку с интенсивным использованием данных» или « электронную науку » как «четвертую парадигму» науки ( эмпирическую , теоретическую , вычислительную, а теперь и управляемую данными) и утверждал, что «все в науке меняется из-за влияние информационных технологий »и поток данных . [4] [5]

Электронная наука революционизирует оба фундаментальных аспекта научного метода : эмпирические исследования , особенно с помощью больших цифровых данных ; и научная теория , особенно путем построения компьютерных имитационных моделей. [6] [7] Эти идеи были отражены в Управлении Белого дома и в Политике 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 социальное моделирование .

Характеристики и примеры [ править ]

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? ] электронная наука уделяет большое внимание электронной науке в Соединенном Королевстве, где британская программа электронной науки обеспечивает значительное финансирование. В Европе развитие вычислительных возможностей для поддержки Большого адронного коллайдера ЦЕРН привело к развитию инфраструктуры электронной науки и грид-систем, которые также используются другими дисциплинами.

Консорциумы [ править ]

Примеры инфраструктур e-Science включают Worldwide LHC Computing Grid , федерацию с различными партнерами, включая Европейскую грид-инфраструктуру , Open Science Grid и Nordic DataGrid Facility .

Для поддержки приложений электронной науки Open Science Grid объединяет интерфейсы с более чем 100 общенациональными кластерами, 50 интерфейсов с географически распределенными кэшами хранения и 8 сетей кампуса (Purdue, Wisconsin-Madison, Clemson, Nebraska-Lincoln, FermiGrid at FNAL, SUNY- Буффало и Оклахома в США и UNESP в Бразилии). Сферы науки, пользующиеся преимуществами Open Science Grid, включают:

  • астрофизика , гравитационная физика , физика высоких энергий , нейтринная физика , ядерная физика
  • молекулярная динамика , материаловедение , материаловедение , информатика , компьютерная инженерия , нанотехнологии
  • структурная биология , вычислительная биология , геномика , протеомика , медицина

Программа для Великобритании [ править ]

После своего назначения на пост генерального директора исследовательских советов в 1999 году Джон Тейлор при поддержке министра науки Дэвида Сейнсбери и канцлера казначейства Гордона Брауна подал заявку в Казначейство Его Величества на финансирование программы развития электронной инфраструктуры для науки. обеспечивают основу для науки и промышленности Великобритании, чтобы стать мировым лидером в экономике знаний, что послужило стимулом для Лиссабонской стратегии устойчивого экономического роста, которую правительство Великобритании обязалось 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 британской промышленностью в качестве финансирования проектов, в которых они участвовали. Из этого бюджета в размере 120 миллионов фунтов стерлингов на три года 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, а 35 миллионов фунтов стерлингов должны были быть в ведении EPSRC.в качестве базовой программы для разработки промежуточного программного обеспечения для грид-систем. 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, из средств Совета по финансированию университетов, выделенных SRIF на оборудование, а также из средств Jisc на создание сетей и другой инфраструктуры.

Британская программа электронной науки включает в себя широкий спектр ресурсов, центров и людей, включая Национальный центр электронной науки (NeSC), которым управляют университеты Глазго и Эдинбурга , с объектами в обоих городах. [9] Тони Хей руководил основной программой с 2001 по 2005 год. [10]

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

  • Центр электронных наук White Rose Grid (WRGeSC)
  • Белфастский центр электронной науки (BeSC)
  • Центр электронных исследований в Бристоле [ постоянная мертвая ссылка ] (CeRB)
  • Кембриджский центр электронной науки (CeSC)
  • Центр электронной науки STFC (STFCeSC)
  • Электронная наука Северо-Запад (eSNW)
  • Национальная электросетевая служба (NGS)
  • OMII-UK
  • Центр электронной науки Ланкастерского университета
  • Лондонский центр электронной науки (LeSC)
  • Северо-Восточный региональный центр электронных наук (NEReSC)
  • Оксфордский центр электронных наук (OeSC)
  • Саутгемптонский центр электронной науки (SeSC)
  • Валлийский центр электронной науки (WeSC)
  • Центр электронной науки Мидлендса (MeSC)

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.

EPSRC финансирование 11 пилотных электронной научных проектов в три этапа (около 3 млн £ каждый в первой фазе):

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

PPARC / STFC финансирование два проектов: GridPP (фазы 1 для Й 17 миллионов, фаза 2 для Й 5,9 млн, фаза 3 за $ 30 миллионов и 4 - й фаза работает с 2011 до 2014) и АстроГрида (14 млн £ более 3 фазы) .

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, клиническая электронная наука, инструменты моделирования нейроинформатики
  • NERC : Climateprediction.com, Oceanographic Grid, Molecular Environmental Grid, NERC DataGrid

Накопительная программа Великобритании электронной науки был рассмотрен на его завершение в 2009 году международной группой экспертов под руководством Даниэля Э. Аткинс , директор Управления киберинфраструктуры в США НФС . В отчете сделан вывод о том, что программа позволила сформировать опытный коллектив, некоторые услуги и привела к сотрудничеству между научными кругами 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 [ править ]

Инициативы в США, где термин киберинфраструктура обычно используется для определения проектов электронной науки, в основном финансируются отделом киберинфраструктуры Национального научного фонда (NSF OCI) [11] и Министерством энергетики (в частности, Управлением науки). .

Нидерланды [ править ]

Голландские исследования в области электронной науки координируются Нидерландским центром электронной науки в Амстердаме, инициативой, основанной NWO и SURF .

Европа [ править ]

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 PLAN-E .

Швеция [ править ]

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:

  • Шведский исследовательский центр электронной науки (SeRC): Kungliga Tekniska högskolan (KTH) , Стокгольмский университет (SU) , Каролинский институт (KI) и Университет Линчёпинга (LiU) [12]
  • Сущности, е-научного сотрудничества (Essence): Университет Упсалы , Университет Лунда и Умео университет [13]

Сравнение с традиционной наукой [ править ]

Традиционная наука является представителем двух различных философских традиций в истории науки, но электронная наука, как утверждается, требует смены парадигмы и добавления третьей ветви наук. «Идея открытых данных не нова; действительно, при изучении истории и философии науки Роберту Бойлю приписывают подчеркивание концепций скептицизма , прозрачности и воспроизводимости для независимой проверки в научных публикациях 1660-х годов. Позже метод был разделен на две основные ветви, дедуктивный и эмпирический подходы. Сегодня теоретический пересмотр научного метода должен включать новую ветвь, Викторию Стодден.сторонник вычислительного подхода, где, как и в двух других методах, раскрываются все вычислительные этапы, с помощью которых ученые делают выводы. Это связано с тем, что в течение последних 20 лет люди пытались справиться с изменениями в высокопроизводительных вычислениях и моделировании ». [1] Таким образом, электронная наука нацелена на объединение как эмпирических, так и теоретических традиций, [3] в то время как компьютерное моделирование может 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 для поддержки ученых в проведении научных исследований.с целью делать новые научные открытия путем анализа огромных объемов данных, доступных через Интернет, с использованием огромных вычислительных ресурсов. Однако ценные открытия нельзя сделать, просто предоставив вычислительные инструменты, киберинфраструктуру.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 [ править ]

Одна точка зрения [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, чтобы помочь исследованию и понимание. В этом случае простого моделирования происхождения 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 [ править ]

Другие точки зрения включают Science 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.

См. Также [ править ]

  • Гражданская наука
  • Киберинфраструктура
  • Распределенных вычислений
  • Электронное исследование
  • электронное научное библиотечное дело
  • электронные социальные науки
  • Грид-вычисления
  • Наука 2.0
  • Система научного документооборота

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b 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. ^ Международная конференция IEEE по электронной науке, домашняя страница, по состоянию на 18 декабря 2014 г., https://escience-conference.org/
  3. ^ a b 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: научное открытие с большим объемом данных . Microsoft Research. ISBN 978-0-9825442-0-4.
  5. ^ Белл, G .; Эй, Т .; Салай, А. (2009). "КОМПЬЮТЕРНАЯ НАУКА: За пределами потока данных". Наука . 323 (5919): 1297–1298. DOI : 10.1126 / science.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. ^ a b Гильберт, М. (2015). Электронная наука для цифрового развития: ICT4ICT4D. Центр развития информатики, SEED, Манчестерский университет. «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 24 сентября 2015 года . Проверено 13 августа 2015 . CS1 maint: archived copy as title (link)
  8. ^ Исполнительный аппарат президента, Управление по политике в области науки и технологий, «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., https://obamawhitehouse.archives.gov/sites/default/files/microsites/ostp/ostp_public_access_memo_2013.pdf .
  9. ^ "Национальный центр электронной науки" . официальный сайт . Архивировано из оригинала 16 декабря 2008 года . Проверено 29 сентября 2011 года .
  10. ^ Ричард Пойндером (12 декабря 2006). «Разговор с Тони Хей из Microsoft» . Открыть и закрыть? блог . Проверено 20 сентября 2011 года . Так уж получилось, что в США выбрали другое имя. Лично я считаю, что электронная наука - гораздо лучшее название, чем киберинфраструктура. Полная стенограмма Архивировано 25 марта 2012 года в Wayback Machine, обновлено 15 декабря 2006 года.
  11. ^ «Управление киберинфраструктуры (OCI)» . Проверено 19 сентября 2011 года .
  12. ^ "Шведский исследовательский центр электронной науки (SeRC)" .
  13. ^ "СУЩНОСТЬ, 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. DOI : 10.1002 / cpe.1049 .

Внешние ссылки [ править ]

  • DOE и NSF Open Science Grid
  • Институт электронной науки Вашингтонского университета
  • Проект Голландской виртуальной лаборатории электронной науки (VL-e)
  • Программа электронной науки Британского исследовательского совета
  • электронная наука: персонализация результатов исследований Google и социологии Интернета
  • Национальный центр электронных социальных наук Великобритании и их Wiki по электронным социальным наукам [ постоянная мертвая ссылка ]
  • Проект NSF TeraGrid
  • Центр поддержки гуманитарных и гуманитарных наук в области электронных наук (AHESSC)
  • Совместная работа в сфере электронной науки и данных (EDSC)
  • Деятельность Европейской комиссии в области электронных инфраструктур
  • Шведский исследовательский центр электронной науки
  • ESSENCE в сотрудничестве с электронной наукой