科学研究基本过程.ppt

科学研究基本过程 ——致准备开始做研究的学生 步骤1：通过科学的需求分析确定研究课题 科学研究的需求来源非常广，常见的有： 1）国家重大需求； 2）产业共性需求； 3）社会发展需求以及人民生活改善需求等等。 4）一类需求来源于更纯粹、更抽象的学科发展内在的推动力（比如学科理论基础的完整性和统一性），也可能来源于技术本身发展的惯性趋势（比如一些会引导甚至创造需求的新技术）。 5）研究人员的好奇心和个人兴趣也会成为一种内在的科研动力。 步骤2：调研领域最前沿的方法与技术 这一阶段的任务是：对给定的研究课题，通过调查研究，回答 下述问题： 1）在该课题上国内外有哪些研究者？ 2）已经做了哪些工作？ 3）这些工作如何分类？ 4）如何量化和评价这些工作？ 5）它们各有什么优缺点？ 6）当前最好的方法已经做到了什么程度？ 7）还有什么开放问题没有解决？ 8）目前的技术趋势是什么？ 对这些问题的准确回答是科学研究过程中最重要的任务。很多研究工作最 终之所以成为同行不屑一顾的“垃圾”，往往是因为调研上出了问题，结果 导致重复了别人的工作，或者解决了别人早已解决了的问题，或者做了远不 及当前最好方法的工作。 步骤3 ：提出问题 1）调研的最终结果是提炼出真正有价值的学术问题。 让我们再次重温爱因斯坦的至理名言吧：“提出（发现）一个问题往 往比解决一个问题更为重要，因为解决一个问题也许只是数学上或实验 上的一个技巧而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度看旧问 题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步”。 2）问题重要，但找到“好问题”并非易事。 一个研究工作能否得到国内外同行的认可，关键在于提出的问题是否有 价值、是否得到了同行的认可。例如，很多论文评审人都表示，他们经 常在看完论文的“序言” (introduction)部分就基本确定了是录用此文还 是拒稿，因为序言的最后几句通常就是对问题的描述以及对解决思路的 概述。 那么，好问题从何而来？ 步骤4 ：独立思考并提出解决思路 1）之所以强调独立思考，是因为在互联网时代，很多研究者特别是研究生 的独立思考能力被“腐蚀”了，非常容易受到前人工作甚至是“网络学术 噪声”的影响，因而容易陷入已有研究思路的洪流中不能自拔。 2）特别是一些不成熟的研究者（比如新进入一个领域的研究生）对所谓热 门方法的推崇和灌水式跟踪，导致一些并不重要的工作被过多引用，进而 吸引更多的研究人员关注和引用，形成恶性循环，最终损毁了“引用数” 这一本来最为重要的学术评价指标的真实意义。因此，对于“热门”话题， 导师尤其要保持清醒的头脑，从全局、历史的角度来引导研究生冷静思考、 正确对待。 3）高年级的研究生尤其要养成独立思考的“习惯”（独立思考更多的是一 种习惯，而不是能力），甚至要养成质疑导师的习惯。我甚至认为，一个 博士生在某专业方向上是否超越了自己的导师可以作为其是否可以毕业的 参考标准之一。 步骤5 ：对解决思路形式化 1）第4 步提出的解决思路最初是通过自然语言描述的，语言描述的缺点是不够严谨因而可能存在歧义。 2）形式化不仅可以更精确地描述问题或思路（比如界定清楚目标函数、约束条件和前提假设等），还有利于提前发现其中存在的问题。 3）因此应尽量把对思路的描述从自然语言抽象成形式化的符号语言，这是一个有趣且重要的步骤，非常有利于锤炼研究生的逻辑思维和数学建模能力。 4）以符号系统将思路形式化和抽象化是科学研究的重要特征也是一种习惯，是严谨和缜密科学精神的具体体现。 步骤6 ：设计、实现并优化求解算法 此步骤是指根据形式化后的研究思路具体设计： 1）体系结构； 2）算法； 3）软件或硬件实现的过程。 此工作更多的是研究生的职责，导师在该阶段的作用是对设计的算法进行评价 或纠偏。当然，如果是低年级研究生，导师可能需要参与到算法设计中。 需要注意的是，一个研究思路可能存在多种可能的实现算法，研究生对算法设 计能力的强弱在这里可以得到很好的体现：两个研究生同时去实现相同的研究思 路，可能会得出不同的结果甚至相反的结论。其原因在于他们设计的算法是否真 实反映了当初提出的解决思路。坦率地讲，在这一点上，能力强的学生和能力弱 的学生差别很明显：前者可以把一个平凡的思路研究得有声有色，而后者可能会 把一个很好的思路做得黯然失色。算法设计完成后一般应进行编码实现和验证。 这主要也是研究生的职责。 步骤7 ：设计实验、评估算法 计算机应用专业属于工程性学科。因此，除了一些可以通过理论分析证 明思路正确性的工作外，多数情况下，设计实验、评估算法是验证解决 思路可行性、算法设计合理性和算法实现正确性的必需手段。 评估实验要注意以下4 点： 度量算法好