【正文】 此提供下面討論的框架。o 對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程大致進(jìn)行把握基礎(chǔ)上，思考人類可能給予計(jì)算機(jī)支持發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)績效以影響的各個(gè)階段。o 對(duì)發(fā)表在科學(xué)論文中的計(jì)算機(jī)科學(xué)支持發(fā)現(xiàn)的 7篇相關(guān)論文進(jìn)行 Review， 對(duì)各個(gè)系統(tǒng)開發(fā)者和客戶的作用進(jìn)行考察。o 最后，在強(qiáng)調(diào)與人類互動(dòng)對(duì)發(fā)現(xiàn)支持的必要性的同時(shí)，展望今后研究的方向。2023/2/28 星期日 36華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 XuXiaodong Lab 2023 Seminar知識(shí)科學(xué)：計(jì)算機(jī)支持知識(shí)發(fā)現(xiàn)案例o 發(fā)現(xiàn)過程的幾個(gè)階段o 發(fā)現(xiàn)活動(dòng)類型：o 根據(jù)實(shí)驗(yàn)歸納出規(guī)則性；更深層次的理論說明而形成。o 這些發(fā)現(xiàn)活動(dòng)的傾向是，根據(jù)領(lǐng)域的特定順序發(fā)生，在這一過程中，從一個(gè)過程產(chǎn)生的現(xiàn)象對(duì)接下來發(fā)生現(xiàn)象具有影響和制約。o 盡管科學(xué)并不是線形流程，但一般可以從得到結(jié)果再次訪問研究最初的階段。o 最初的科學(xué)發(fā)現(xiàn)活動(dòng)是進(jìn)行分類（ Taxonomy） 。 比如：對(duì)化學(xué)物質(zhì)根據(jù)酸堿度進(jìn)行分類，天文、物理、生物學(xué)的低級(jí)到高級(jí)、植物的門、綱、目、科、屬；建立法則和歸納理論之前首先是確定想要說明的基本概念和范疇。o 其二，在確定對(duì)象后，接下來發(fā)現(xiàn)特征行動(dòng)、或者行動(dòng)間的關(guān)系的定性法則(Qualitative Law)。2023/2/28 星期日 37華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 XuXiaodong Lab 2023 Seminar知識(shí)科學(xué)：計(jì)算機(jī)支持知識(shí)發(fā)現(xiàn)案例 例如：化學(xué)家，把酸與堿進(jìn)行反應(yīng)生成鹽看成是，其他化學(xué)物質(zhì)類別之間某種同 樣的關(guān)系。o 第三階段的科學(xué)活動(dòng)，著手發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)存在于數(shù)值變量之間的數(shù)學(xué)的關(guān)系的定性法則（ Quantitative Law）。 例如：化學(xué)家為了得到一定量的氯化鈉，確定需要的鹽酸和亞氯化鈉的比例。o 第四階段的科學(xué)活動(dòng)，建立結(jié)構(gòu)模型（ Structural model） 說明未觀測實(shí)體。 例如： 19世紀(jì)的化學(xué)家提倡化學(xué)物質(zhì)的原子以及分子模型，說明在化學(xué)發(fā)應(yīng)中觀察到的數(shù)值的比例關(guān)系。初期的模型是基于經(jīng)驗(yàn)的定量的、各種構(gòu)成要素以及之間一般性關(guān)系的的描述。后來逐漸地變?yōu)榛诮?jīng)驗(yàn)的定量記述。o 第四階段的科學(xué)活動(dòng)，建立過程模型（ Process model） 根據(jù)包含時(shí)間變化在內(nèi)的假想機(jī)制說明現(xiàn)象。 現(xiàn)在幾乎所有的科學(xué)研究都采用過程模式。 例如：根據(jù)分子擴(kuò)散說明氣體的體積、壓力、溫度之間的關(guān)系的氣體分子運(yùn)動(dòng)規(guī) 律。2023/2/28 星期日 38華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 XuXiaodong Lab 2023 Seminar計(jì)算機(jī)支持知識(shí)發(fā)現(xiàn)案例o 過去 20年里，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的自動(dòng)化研究幾乎都包含了上述 5個(gè)階段。 計(jì)算機(jī)支持科學(xué)發(fā)現(xiàn)中開發(fā)者的作用n 初期的系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)是自動(dòng)化?？墒牵_發(fā)者和使用者的重要作用不容忽視。n 新的事實(shí)說明，不是機(jī)器代替人而是向人類提供可供參考的建議。 例如：n 編制問題 （ Problem formulation） ： 根據(jù)豐富的知識(shí)編制綿密的問題 。 利用現(xiàn)有的技法鎖定解決有解的發(fā)現(xiàn)問題。如：確定類別、發(fā)現(xiàn)定性法則、探索數(shù)值間關(guān)系、根據(jù)結(jié)構(gòu)模型或過程模型進(jìn)行解釋和說明。n 建立有效的表征 （ representational engineering） ： 如，對(duì)分類和法則以及模型的表征，還要描述為說明的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的變量和程序，同時(shí)還要表征這一領(lǐng)域的背景知識(shí)。表征工程是使得計(jì)算機(jī)支持發(fā)現(xiàn)獲得成功必要保證。2023/2/28 星期日 39華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 XuXiaodong Lab 2023 Seminar計(jì)算機(jī)支持知識(shí)發(fā)現(xiàn)案例n 數(shù)據(jù)操作（ data maniulation）： 準(zhǔn)備發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。數(shù)據(jù)過疏、欠缺、過多噪聲、異常，這些都要人工來修補(bǔ)、操作。n 算法的操作（ algorithm manipulation） : 包括證據(jù)閾值、噪聲容許度、停止條件等的系統(tǒng)參數(shù)手工操作、設(shè)定，廢除不合適解、選擇合適解，交互地控制發(fā)現(xiàn)性探索作業(yè)等。這一算法操作過程使得系統(tǒng)開發(fā)者和客戶獲得成功一個(gè)大好機(jī)會(huì)。 167。 后處理（ Postprocessing）： 應(yīng)用的最后一步是把發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的輸出，變換成對(duì)于本科學(xué)領(lǐng)域的有意義結(jié)果。手工操作從系統(tǒng)輸出中檢索出有意義的結(jié)果，整理成可以理解的語言和敘述，解釋結(jié)果并呈示這一結(jié)果對(duì)該科學(xué)領(lǐng)域有什么關(guān)聯(lián)。 2023/2/28 星期日 40華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 XuXiaodong Lab 2023 SeminarThe AutoClass Project 根據(jù)紅外線光譜對(duì)恒星重新分類以往的星體大致是根據(jù)可見光譜的特征進(jìn)行分類的，可是，人工衛(wèi)星的利用使得我們在地面上得不到的觀測數(shù)據(jù)，其結(jié)果，暗示著科學(xué)家可以對(duì)星體進(jìn)行從新的分類。這一新的數(shù)據(jù)庫包括根據(jù)5425個(gè)星體的紅外線光譜強(qiáng)度構(gòu)成的 94個(gè)波段的數(shù)據(jù)。Cheeseman等人開發(fā)了一個(gè) AtuoClaaa系統(tǒng)用于將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分類。他們的目的是要：根據(jù)屬性值的類似性把星體分成有意義的不同的組 —— 級(jí)別或簇。2023/2/28 星期日 41華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 XuXiaodong Lab 2023 SeminarAutoClass Discovery in the IRAS Star Atlas他們采用的聚類方法是：根據(jù)高斯分布把各個(gè)簇按照各個(gè)屬性的平均和方差來表示的方法。將 AutoClass系統(tǒng)應(yīng)用于星體紅外線數(shù)據(jù)結(jié)果，得到一個(gè) 77等級(jí)的恒星分類。進(jìn)一步開發(fā)者又根據(jù)需要利用系統(tǒng)將這一 77級(jí)聚類為 9個(gè)簇。結(jié)果，得到的分類與以往的天文學(xué)對(duì)這一星體的分類結(jié)果具有很大區(qū)別。一同合作研究的天文學(xué)家對(duì)此感到，這一分類反映了一個(gè)重要的結(jié)論。這一分類發(fā)現(xiàn)了：由于周圍的塵埃的原因遮擋了黑色星體發(fā)出的較弱的可見光，由此造成以往的觀測不準(zhǔn)確的原因。2023/2/28 星期日 42華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 XuXiaodong Lab 2023 SeminarAutoClass Discovery in the IRAS Star Atlas AutoClass對(duì)上述科學(xué)發(fā)現(xiàn)作出巨大貢獻(xiàn)，開發(fā)者的重要作用也得到認(rèn)可。系統(tǒng)應(yīng)用過程中，科學(xué)家小組對(duì)數(shù)據(jù)過疏、欠缺、過多噪聲、異常，進(jìn)行了科學(xué)合理的人工修補(bǔ)、操作。這一修正是根據(jù)以往的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件應(yīng)用中遇到相同問題的經(jīng)驗(yàn)而開展的。開發(fā)者以及參與的天文學(xué)家小組對(duì)系統(tǒng)分析結(jié)果進(jìn)行了充分的解釋，最后在科學(xué)共同體中發(fā)表了這一根據(jù)計(jì)算機(jī)支持的只是 發(fā)現(xiàn)研究 結(jié)果。2023/2/28 星期日 43華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 XuXiaodong Lab 2023 Seminar演講完畢，謝謝觀