электронная наука

Электронная наука или электронная наука с интенсивными вычислениями — это наука , которая осуществляется в сильно распределенных сетевых средах, или наука, которая использует огромные наборы данных , требующие сетевых вычислений ; этот термин иногда включает в себя технологии, обеспечивающие распределенное сотрудничество, такие как Access Grid . Этот термин был придуман Джоном Тейлором, генеральным директором Управления науки и технологий Соединенного Королевства , в 1999 году и использовался для описания крупной инициативы по финансированию, начавшейся в ноябре 2000 года. С тех пор электронную науку стали интерпретировать более широко, как « применение компьютерных технологий для проведения современных научных исследований, включая подготовку, экспериментирование, сбор данных, распространение результатов, а также долгосрочное хранение и доступность всех материалов, созданных в ходе научного процесса. Они могут включать моделирование и анализ данных, электронные/электронные. оцифрованные лабораторные тетради, необработанные и подобранные наборы данных, рукописи и черновые версии, предварительные отпечатки, а также печатные и/или электронные публикации». ^[1] В 2014 году серия конференций IEEE eScience свела определение до «электронная наука способствует инновациям в совместных исследованиях с интенсивным использованием 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 большими данными , [которые] произвели революцию в науке... [например] Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРН... [который] генерирует около 780 терабайт в год... Современные области науки с высоким уровнем обработки данных... которые генерируют большие объемы данных электронной науки, включают: вычислительную биологию , биоинформатику , геномику». ^[1] человека и цифровой след в социальных науках . ^[3]

премии Тьюринга Лауреат Джим Грей представлял «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 обе фундаментальные основы научного метода : эмпирические исследования , особенно с помощью больших цифровых данных ; и научная теория , особенно посредством построения компьютерных симуляционных моделей. ^[6]^[7] Эти идеи были отражены в Управлении Белого дома и политике в области научных технологий в феврале 2013 года, в котором многие из вышеупомянутых продуктов электронной науки были подвергнуты требованиям к сохранению и доступу в соответствии с директивой меморандума. ^[8] Электронные науки включают физику элементарных частиц, науки о Земле и социальное моделирование .

Характеристики и примеры

Большая часть исследовательской деятельности в области электронной науки была 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, управляемые и разрабатываемые исследовательскими лабораториями, крупными университетами или правительствами. В настоящее время ^{[ когда? ]} Электронной науке уделяется большое внимание в Соединенном Королевстве, где программа электронной науки Великобритании обеспечивает значительное финансирование. В Европе развитие вычислительных возможностей для поддержки ЦЕРН Большого адронного коллайдера привело к развитию электронной науки и грид-инфраструктур, которые также используются в других дисциплинах.

Консорциумы

Примеры инфраструктур электронной науки включают Всемирная вычислительная сеть LHC ,федерация с различными партнерами, включая Европейская грид-инфраструктура , открытая научная сеть и Скандинавский центр DataGrid .

Для поддержки приложений электронной науки Open Science Grid объединяет интерфейсы с более чем 100 общенациональными кластерами, 50 интерфейсами с географически распределенными кэшами хранения и 8 кампусными сетями (Пердью, Висконсин-Мэдисон, Клемсон, Небраска-Линкольн, FermiGrid в FNAL, SUNY- Буффало и Оклахома в США и UNESP в Бразилии). Области науки, извлекающие выгоду из Open Science Grid, включают:

Программа Великобритании

После своего назначения на пост генерального директора исследовательских советов в 1999 году Джон Тейлор при поддержке министра науки Дэвида Сейнсбери и министра финансов Гордона Брауна предложил Министерству финансов Его Величества профинансировать программу развития электронной инфраструктуры для науки, которая позволит обеспечить основу для науки и промышленности Великобритании, чтобы стать мировым лидером в экономике знаний , что легло в основу Лиссабонской стратегии устойчивого экономического роста, которую 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 электронной науки Великобритании. Дополнительный взнос в размере 20 миллионов фунтов стерлингов был запланирован от британской промышленности для сопоставления средств с проектами, в которых они участвовали. Исследовательским советом, ответственным за каждую область, в то время как 35 миллионов фунтов стерлингов должны были быть переданы EPSRC в качестве основной программы по разработке промежуточного программного обеспечения Grid «промышленного уровня». Фаза 2 программы на 2004–2006 годы была поддержана еще 96 миллионами фунтов стерлингов на прикладные проекты и 27 миллионов фунтов стерлингов на основную программу EPSRC. Фаза 3 программы на 2007-2009 годы была поддержана дополнительными 14 миллионами фунтов стерлингов на основную программу EPSRC и дополнительной суммой для заявок. Дополнительное финансирование деятельности в области электронной науки в Великобритании было предоставлено за счет средств Европейского Союза, финансирования совета университетов по финансированию SRIF на оборудование, а также средств Jisc на сетевую и другую инфраструктуру.

Британская программа электронной науки включала 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 электронных научных исследований Великобритании поддерживают местные университеты и проекты, в том числе:

Существуют также различные центры передового опыта и исследовательские центры.

Помимо центров, пилотные проекты по применению грида финансировались Исследовательским советом, ответственным за каждую область финансирования науки Великобритании.

EPSRC профинансировал 11 пилотных проектов в области электронной науки в три этапа (около 3 миллионов фунтов стерлингов каждый на первом этапе):

Первой фазой (2001–2005 гг.) были CombEchem, DAME, Discovery Net , GEODISE, myGrid и RealityGrid.
Второй этап (2004–2008 гг.) - ЗОЛОТО и интегративная биология.
Третьим этапом (2005–2010 гг.) были PMSEG (MESSAGE), CARMEN и NanoCMOS.

PPARC (первая фаза - 17 миллионов фунтов стерлингов, фаза 2 - 5,9 миллиона фунтов стерлингов, фаза 3 / STFC профинансировал два проекта: GridPP - 30 миллионов фунтов стерлингов и четвертая фаза, проходящая с 2011 по 2014 год) и Astrogrid (14 миллионов фунтов стерлингов за 3 фазы). .

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

BBSRC : Биомолекулярная сетка, Конвейер аннотаций протеомов, Высокопроизводительная структурная биология, Глобальное биоразнообразие
MRC : биология старения, данные о последовательностях и структуре, молекулярная генетика, лечение рака, структура клинической электронной науки, инструменты нейроинформатического моделирования.
NERC : Climateprediction.com, Океанографическая сетка, Молекулярная экологическая сетка, DataGrid NERC

Финансируемая Великобританией программа электронной науки была рассмотрена после ее завершения в 2009 году международной комиссией под руководством Дэниела Э. Аткинса , директора Управления киберинфраструктуры Национального научного фонда США . В отчете делается вывод о том, что программа позволила создать квалифицированный опыт, некоторые услуги и привела к сотрудничеству между академическими кругами и промышленностью, но эти достижения были на уровне проекта, а не за счет создания инфраструктуры или трансформации дисциплин для принятия электронной науки в качестве нормальный метод работы и что они не могут быть самоокупаемыми без дополнительных инвестиций.

Соединенные Штаты

Инициативы в США, где термин «киберинфраструктура» обычно используется для определения проектов электронной науки, в основном финансируются отделением Национального научного фонда (NSF OCI). киберинфраструктуры ^[11] и Министерство энергетики (в частности, Управление науки). После завершения TeraGrid в 2011 году программа ACCESS была создана и профинансирована Национальным научным фондом, чтобы помочь исследователям и преподавателям, с поддержкой грантов или без них, использовать передовые национальные вычислительные системы и услуги.

Нидерланды

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

Европа

Plan-Europe — это платформа национальных центров электронных наук и исследований данных в Европе, созданная во время учредительного собрания 29–30 октября 2014 года в Амстердаме, Нидерланды, и основанная на согласованном Техническом задании. PLAN-E имеет ядро активной группы и собирается два раза в год. Более подробную информацию можно найти на PLAN-E .

Швеция

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

Шведский центр электронных научных исследований (SeRC): Королевский технологический институт (KTH) , Стокгольмский университет (SU) , Каролинский институт (KI) и Университет Линчепинга (LiU) ^[12]
eSSENCE, Сотрудничество в области электронной науки (eSSENCE): Университет Упсалы , Университет Лунда и Университет Умео. ^[13]

Сравнение с традиционной наукой

Традиционная наука представляет две различные философские традиции в истории науки, но электронная наука, как утверждается, требует смены парадигмы и добавления третьей отрасли 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 в 1660-х годах. Позже метод был разделен на две основные ветви: дедуктивный и эмпирический подходы. Сегодня теоретический пересмотр научного метода должен включать новую ветвь, сторонника Виктории Стодден , — вычислительный подход, в котором, как и два других метода, все они. Раскрыты вычислительные шаги, с помощью которых ученые делают выводы. Это потому, что в течение последних 20 лет люди пытались справиться с изменениями в высокопроизводительных вычислениях и моделировании». ^[1] Таким образом, электронная наука стремится объединить как эмпирические, так и теоретические традиции. ^[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 поддержки ученых в проведении научных исследований с целью совершения новых научных открытий путем анализа огромных объемов данных, доступных через Интернет, с использованием огромных объемов вычислительных ресурсов. Однако ценные открытия не могут быть сделаны просто путем предоставления вычислительных инструментов, киберинфраструктуры или 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 должны обеспечивать платформы электронной науки, чтобы поддерживать новую парадигму ведения науки, а также новые правила для выполнения требований по сохранению и обеспечению доступности результатов вычислений таким образом, чтобы они воспроизводимы прослеживаемыми логическими шагами как неотъемлемое требование для поддержания современной научной честности, которое позволяет ослабить «традицию Бойля в век вычислений». ^[1]

Моделирование процессов электронной науки

Один просмотр ^[14] утверждает, что, поскольку современный экземпляр процесса открытия 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 можно просматривать для облегчения изучения и понимания. 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. Таким образом, были предложены и разработаны научные рабочие процессы, чтобы помочь ученым отслеживать эволюцию своих данных, промежуточных и окончательных результатов в качестве средства документирования и отслеживания эволюции открытий в рамках научного исследования.

Наука 2.0

Другие взгляды включают «Науку 2.0» , где электронная наука рассматривается как переход от публикации окончательных результатов четко определенными совместными группами к более открытому подходу, который включает в себя публичный обмен необработанными данными, предварительными экспериментальными результатами и соответствующей информацией. Чтобы облегчить этот сдвиг, концепция Науки 2.0 заключается в предоставлении инструментов, упрощающих коммуникацию, сотрудничество и взаимодействие между заинтересованными сторонами. Такой подход потенциально может: ускорить процесс научных открытий; преодолеть проблемы, связанные с академическими публикациями и рецензированием; и устранить временные и финансовые барьеры, ограничивающие процесс генерации новых знаний.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Боле, С. «Что такое электронная наука и как ею следует 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/ .
^ Международная конференция IEEE по электронной науке, домашняя страница, по состоянию на 18 декабря 2014 г., https://escience-conference.org/
^ Перейти обратно: ^а ^б DT&SC 7-2: Вычислительная социология. https://www.youtube.com/watch?v=TEo0Au1brHs Из онлайн-курса DT&SC в Калифорнийском университете: https://canvas.instructure.com/courses/949415
^ Стюарт Тэнсли; Кристин Мишель Толле (2009). Четвертая парадигма: научные открытия, требующие больших объемов данных . Исследования Майкрософт. ISBN 978-0-9825442-0-4 .
^ Белл, Г.; Привет, Т.; Салай, А. (2009). «КОМПЬЮТЕРНАЯ НАУКА: За пределами потока данных». Наука . 323 (5919): 1297–1298. дои : 10.1126/science.1170411 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 19265007 . S2CID 9743327 .
^ 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
^ Перейти обратно: ^а ^б Гильберт, М. (2015). Электронная наука для цифрового развития: ICT4ICT4D. Центр информатики развития SEED, Манчестерский университет. «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. Проверено 13 августа 2015 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Администрация президента, Управление научно-технической политики, «Меморандум для руководителей исполнительных ведомств 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 .
^ «Национальный центр электронной науки» . официальный сайт . Архивировано из оригинала 16 декабря 2008 года . Проверено 29 сентября 2011 г.
^ Ричард Пойндер (12 декабря 2006 г.). «Разговор с Тони Эй из Microsoft» . Открыть и закрыть? блог . Проверено 20 сентября 2011 г. 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 г. в Wayback Machine, обновлено 15 декабря 2006 г.
^ «Управление киберинфраструктуры (OCI)» . Проверено 19 сентября 2011 г.
^ «Шведский центр электронных научных исследований (SeRC)» .
^ «eESSENCE, сотрудничество в области электронной науки» .
^ Сайед, Дж.; Ганем, М.; Го, Ю. (2007). «Поддержка процессов научных открытий в Discovery Net». Параллелизм и вычисления: практика и опыт . 19 (2): 167. doi : 10.1002/cpe.1049 . S2CID 16212949 .

Внешние ссылки

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Боле, С. «Что такое электронная наука и как ею следует 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/

[Hilbert_DT&SC7.2-3] Перейти обратно: ^а ^б DT&SC 7-2: Вычислительная социология. https://www.youtube.com/watch?v=TEo0Au1brHs Из онлайн-курса DT&SC в Калифорнийском университете: https://canvas.instructure.com/courses/949415

[TansleyTolle2009-4] Стюарт Тэнсли; Кристин Мишель Толле (2009). Четвертая парадигма: научные открытия, требующие больших объемов данных . Исследования Майкрософт. ISBN 978-0-9825442-0-4 .

[BellHey2009-5] Белл, Г.; Привет, Т.; Салай, А. (2009). «КОМПЬЮТЕРНАЯ НАУКА: За пределами потока данных». Наука . 323 (5919): 1297–1298. дои : 10.1126/science.1170411 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 19265007 . S2CID 9743327 .

[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

[HilbertICT4ICT4D-7] Перейти обратно: ^а ^б Гильберт, М. (2015). Электронная наука для цифрового развития: ICT4ICT4D. Центр информатики развития SEED, Манчестерский университет. «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. Проверено 13 августа 2015 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[8] Администрация президента, Управление научно-технической политики, «Меморандум для руководителей исполнительных ведомств 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 г.

[10] Ричард Пойндер (12 декабря 2006 г.). «Разговор с Тони Эй из Microsoft» . Открыть и закрыть? блог . Проверено 20 сентября 2011 г. 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 г. в Wayback Machine, обновлено 15 декабря 2006 г.

[11] «Управление киберинфраструктуры (OCI)» . Проверено 19 сентября 2011 г.

[12] «Шведский центр электронных научных исследований (SeRC)» .

[13] «eESSENCE, сотрудничество в области электронной науки» .

[14] Сайед, Дж.; Ганем, М.; Го, Ю. (2007). «Поддержка процессов научных открытий в Discovery Net». Параллелизм и вычисления: практика и опыт . 19 (2): 167. doi : 10.1002/cpe.1049 . S2CID 16212949 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]