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中学生复杂科学大会启动报名:动手科研实践探

更新时间:2021-07-28

  最新经停如皋详细列车时刻表!中学生复杂科学大会是由高中生冯睿洋发起并主策划,林燕盈、吴雨峻、董九川、岑纯熙、兰正阳参与策划,集智俱乐部发起的「拯救 2050」项目支持和赞助下的中学生学术活动。集智俱乐部致力于普及复杂科学相关知识,通过开展各项学术分享活动,鼓励对复杂科学感兴趣的中学生交流互动、共同学习,并协助中学生在学者指导下完成相关科研项目,为中学生群体提供高质量的学术交流展示平台。

  复杂性科学(Complexity Science,简称复杂科学)是研究复杂系统普遍规律的学科。复杂系统是包含多个互动单元、既有秩序又不失灵活的系统,包括物理系统、生命生态系统、社会经济系统等。复杂系统的关键特性是复杂性(Complexity),具体表现为非线性、非平衡、自组织、涌现、突变、适应等。复杂性科学根植于系统科学,倡导超越还原论的研究范式,融合并发展了来自不同领域的研究方法,探索各种复杂系统背后的统一性,代表着 21 世纪的科学发展趋势。

  简单分子如何稳定形成有机大分子,有机物如何涌现出生命,生命又如何涌现出智能,人类又怎样去设计智能机器?为什么雪花、花椰菜、血管、河流、海岸线等不同尺度的事物中普遍存在着分形结构?为什么南美洲一只蝴蝶煽动翅膀可能引发太平洋的飓风?蚁群、鸟群、人群等不同社会中存在怎样的相似性?股市是否可以用超级计算机预测?为什么在地震、雪崩、财富积累、粉丝数量等等现象中都能看到幂律分布?

  这些都是复杂科学所关心并研究的问题。它们跨越不同学科领域,背后却有深刻的联系。

  此次大会主要面向高中生开展。我们十分欢迎各位来自国际学校及普高的同学参加本次大会。参会的同学需要具备一定的数学基础、计算机基础、英语文献阅读能力及书面语言表达能力。不过别担心,只要具备普通高中生有的一些知识储备就没问题啦。

  在进行线上研究时,具体的专业学科内容将会有老师进行讲解,如果对讲座内容有疑惑,也可以找老师进行答疑指导。

  线 日结束,共计六次。8 月 15 日后,同学们根据课题进行分组研究并撰写论文。在国庆假期期间,将举办线下的中学生复杂科学大会汇报与交流活动。

  在线上讲座阶段,同学们将在教授们的带领下开展一系列的主题学习,学习复杂科学研究的基本知识和流程,为后续的研究打下基础。在前两节线上讲座中,教授们将会介绍复杂科学的概念与方法,之后的三节专题讲座将会侧重于专业知识。且考虑到同学们对论文写作较为陌生,特安排一次科研论文写作讲座。讲座将直播进行,且均会提供回放。

  所有同学将会按照研究方向分为三个大组,同时在大组内自由结合成四至六人的小组并进行讨论研究www.usebim.com。每个大组会有一位硕博士生作为导师,在选题开题、研究中期和论文写作三个阶段分别提供三次 Office hour 指导。每个阶段表现最出色的小组,将获得与教授单独交流的机会。

  国庆节期间,将会举办线下的中学生复杂科学大会。同学们会在现场报告并交流在第二阶段的研究成果,与科研大牛以及优秀学长学姐面对面交流,并开展一系列学术分享活动。

  在 20 世纪科学发展的基础上,超越还原论,探索复杂系统涌现性,发展系统科学,已成为 21 世纪科学探索的重要领域。在这一方向上的科学发展表明,纷繁多样的复杂现象背后,可能存在着简单的、普适的规律。探索各类系统的结构、环境与功能的普适关系以及演化与调控的一般规律,并在系统范式的基础上形成科学认识,是系统科学研究的重要任务。本报告在介绍系统科学基本科学内涵的基础上,结合心脏动力学等相关研究成果,介绍系统科学研究的基本线路,展现各领域复杂现象背后的普适性规律。

  我们生活在缤纷多彩的网络世界中。从科学的角度看,网络科学涉及工程、物理、数学、生物、计算机以至金融经济和社会科学,其影响广泛而深远。网络科学研究的典型对象包括互联网、无线通信网、交通网、物流网、生物生态网、脑神经网、金融经济网、社会关系网等等。关于各种复杂网络的基本理论及其工程技术应用的研究方兴未艾,正在广泛深入展开和延伸发展。

  我们将简单回顾网络科学这门交叉学科的形成、发展和现状,简单介绍两种典型复杂网络模型及其基本概念和特征,并以技术、生物和社会网络为例子解释这些模型、概念和应用,从中展示一些网络科学研究的前沿和远景,启发同学们思考如何把网络知识与自己的生活和学习相结合,并开始探讨网络科学研究和应用。

  大数据和机器学习为社会科学插上了计算的翅膀。在人工智能时代,如何理解人类社会所面临问题?本次讲座将从英雄的旅程开始讲起,重申计算社会科学应该有的一种认识论:以自己作为方法,认识人类自身,点燃内心火焰。在此基础上,本次讲座将介绍三个方面的问题:1. 计算中心的逻辑;2. 数据科学的编程工具;3. 计算社会科学的案例、方法和问题。

  城市是一个典型的复杂系统,人类创造了城市,多种多样的人群交互活动塑造着城市的形态、也同时受到城市自身发展规律的影响,我们虽然置身城市,却难以断言我们完全理解城市。

  城市当中川流不息的人群、错综复杂的道路、流光溢彩的灯火,它们各自有些怎要样的规律?它们之间是否又会有隐藏着的内在关联?动态的车流与静态的路网如何共同影响城市的效率?时而堆积遍地、时而踪迹难寻的共享单车又可能存在着怎样有趣的内在规律?大数据能为我们理解城市提供怎样的视角和助力?人工智能又可能会怎样改变我们的城市空间?

  本次讲座会涉及对于城市研究的发展历程,城市起源及本质的思考,多源异构大数据对于城市研究的助力以及城市科学目前主要的一些研究方向。同时将从关联与交互的系统视角出发,对于城市交通效率、城市动力学进行剖析,最后会深入到复杂城市现象背后的基本原理,揭示影响城市演化的简单规律;并会针对一个具体研究案例进行深入分析,介绍整体研究的思路、过程以及触及到的更深层次科学问题。

  要理解真实复杂系统,建立计算机中的模型是一种极为重要的手段。本讲座将介绍两种复杂系统建模的方式,一种是根据人类的经验,抽象出复杂系统底层的相互作用规则和行为规律,从而构建模型;另一种则是从真实复杂系统的观测数据出发,利用机器学习算法反推出复杂系统的运行机理。我们比较了这两种建模方式的优劣。

  本次分享将从科学论文的历史、科学论文写作的目标与作用、投稿期刊的选择、论文一般的结构及每部分的写作要点进行讲解,并会根据具体的论文来进行细致解读。

  数据来源:,此数据包括日期、PM2.5 浓度,以及天气信息,包括露点、温度、气压、风向、风速和降水时长。

  需要了解的内容:大数据的读取、清洗、文本挖掘的基础、机器学习的基本使用、基于时间序列的机器学习的逻辑。

  本次课题设计非常鼓励大家自主命题,尤其是对于能够获取相对独特的城市数据的同学,希望相应的研究题目可以从实际系统中来,最终也能对于实际系统产生新的认识或改善。另外也有几个备选科研题目:

  研究课题:利用鸟群模型或 floy 模型生成的飞行轨迹,学习一个图网络模型,能够预测其轨迹。

  报名截止时间为第三次讲座开始前一天,即 8 月 5 日。若在第一、二节课开始前报名并缴费,可在讲座后进行提问。

  为了使同学们在撰写论文期间能获得更多学习资源,报名缴费后即可获得即日起至 2021 年 9 月 30 日的集智学园 VIP 权限,供同学们拓展学习。

  集智俱乐部,英文名:Swarma Club,成立于 2003 年,是一个从事学术研究、享受科学乐趣的探索者的团体,也是国内最早的研究人工智能、复杂系统的科学社区。它倡导以平等开放的态度、科学实证的精神,进行跨学科的研究与交流,力图搭建一个中国的 没有围墙的研究所 。

  大会 logo 形状取自复杂科学中经典概念 元胞自动机 中的 滑翔机 的形状,绿色颜色取自集智俱乐部的 logo。同时右下也是 滑翔机 前进的方向,寓意青少年们将奋勇直前、走向更广阔多彩的世界。


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