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背景提升之康奈爾大學(xué)科研項(xiàng)目

Category: STEM國(guó)際競(jìng)賽 Date: 2020年3月25日下午6:52

康奈爾大學(xué)是一所享譽(yù)世界的頂級(jí)私立研究型大學(xué)，為美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)的十四個(gè)創(chuàng)始院校之一，以及著名的常春藤盟校的八個(gè)成員之一。是常春藤八盟校中唯一創(chuàng)建于美國(guó)獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)之后的新生力量，其辦學(xué)理念影響了整個(gè)美國(guó)高等教育，辦學(xué)規(guī)模為當(dāng)時(shí)全美高校之最。今天小編要介紹的內(nèi)容就是康奈爾大學(xué)的科研項(xiàng)目。

康奈爾大學(xué)探究項(xiàng)目：基于深度殘差網(wǎng)絡(luò)的大型圖像搜索引擎

課題簡(jiǎn)介

圖像搜索，是通過搜索圖像文本或者視覺特征，為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)上相關(guān)圖形圖像資料檢索服務(wù)的專業(yè)搜索引擎系統(tǒng)，是搜索引擎的一種細(xì)分。通過輸入與圖片名稱或內(nèi)容相似的關(guān)鍵字來進(jìn)行檢索，比如輸入 “A man is walking his dog”，那么引擎會(huì)返回一些有男人、狗在走路的圖片，另一種通過上傳與搜索結(jié)果相似的圖片進(jìn)行搜索，比如給出一張牛油果的照片，那么引擎會(huì)返回一些其他有關(guān)牛油果的照片。圖像搜素在如Google，F(xiàn)acebook，Pinterest等公司一直都是及其重要的課題。

深度學(xué)習(xí)一直是圖像分析的重要工具。而深度殘差網(wǎng)絡(luò)（ResNet）在2015年可以說是洗刷了圖像方面的各大比賽，以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)取得了多個(gè)比賽的冠軍。

本課程將帶學(xué)生初步理解機(jī)器學(xué)習(xí)方法。并利用傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)方法，分析課程數(shù)據(jù)庫中的所提供的10000張圖片及其文本描述，結(jié)合ResNet建立一個(gè)大型圖像搜索引擎。引擎將實(shí)現(xiàn)以文字搜索圖片，以及以圖片搜索類似圖片的功能。

科研方法

AI+X數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型科研

AI＋X數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型科研是指使用人工智能（AI）算法，收集、處理、分析具體學(xué)科（X）的海量數(shù)據(jù)，并基于此進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而獲得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的研究方法。與傳統(tǒng)的、基于實(shí)驗(yàn)或邏輯推理的研究方式相比，AI＋X數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型科研可以借助AI算法強(qiáng)大的運(yùn)算能力，高效地進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，具有投入產(chǎn)出比高、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

AI＋X數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型科研已被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，利用AI算法研究基因數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行早期的癌癥篩查便是其中一例。基因組與癌癥病患的數(shù)據(jù)千千萬萬，使用傳統(tǒng)的科研方式對(duì)其進(jìn)行分析，工程量大、過程繁瑣，在客觀上難以實(shí)現(xiàn)。但借助AI算法這一便捷的工具，生命科學(xué)家便能夠以海量的患者的遺傳信息為基礎(chǔ)，建立數(shù)據(jù)庫，與過往的研究成果進(jìn)行對(duì)照，快速、準(zhǔn)確地在兩者中發(fā)現(xiàn)規(guī)律、建立聯(lián)系，從而使癌癥診斷的“標(biāo)準(zhǔn)化”成為可能。

授課導(dǎo)師

康奈爾大學(xué) 博士

研究領(lǐng)域：機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用、物理計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與分布式計(jì)算等；

多年機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)項(xiàng)目研究經(jīng)歷。

課題要求

本課題適合： 9-12 年級(jí)學(xué)生，有較強(qiáng)的邏輯思維和抽象思維能力

英文：

具備基本的學(xué)術(shù)英語閱讀能力；

接觸過英文寫作，有論文寫作經(jīng)驗(yàn)者更佳；

數(shù)學(xué)：

統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)；

線性代數(shù)；

計(jì)算機(jī)：

有一定的python功底；

Jupyter notebook；

Numpy, pandas, sk-learn。

康奈爾探究項(xiàng)目：太陽能電池板的電子元件原理探究

課題簡(jiǎn)介

中美之間的貿(mào)易戰(zhàn)使得芯片行業(yè)再次被放到了聚光燈下，電子材料科學(xué)的發(fā)展也再度引起了大眾的興趣。而半導(dǎo)體材料的應(yīng)用也不僅僅止于芯片。此課題設(shè)計(jì)意在帶領(lǐng)學(xué)生熟悉科學(xué)研究中的文獻(xiàn)調(diào)查(literature research)部分。在基礎(chǔ)知識(shí)（包括與電子材料相關(guān)的基礎(chǔ)量子力學(xué)，以及能帶隙與半導(dǎo)體性質(zhì)）講解、鞏固之后，學(xué)生可以自由選擇自己感興趣的調(diào)查研究方向，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀和進(jìn)一步的知識(shí)點(diǎn)補(bǔ)充講解，并完成最后的調(diào)研報(bào)告。

Solar panels and p-n junction diodep-n junction diode是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體材料器件，卻也是太陽能利用最開始也是最關(guān)鍵的部分。選擇這個(gè)方向，學(xué)生可以研究太陽能電池板的原理，發(fā)展，現(xiàn)在面臨的瓶頸，以及對(duì)未來的展望。（p-n junction diode的另一個(gè)應(yīng)用是LED燈，大致就是太陽能板的原理反過來應(yīng)用。LED因此也是這個(gè)方向下另一個(gè)可以探討的話題）

科研方法

文獻(xiàn)綜述

文獻(xiàn)綜述指的是通過閱讀、分析、整理、提煉某一課題的相關(guān)文獻(xiàn)，并完成學(xué)術(shù)論文的研究方式。撰寫文件綜述，可以使得參與課題的學(xué)生，接觸并閱讀大量需要付費(fèi)的、前沿學(xué)術(shù)文章，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，體驗(yàn)完整的學(xué)術(shù)論文撰寫流程，并通過經(jīng)典論文的啟迪，形成自己對(duì)相關(guān)課題的獨(dú)立看法。

例如：《細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子對(duì)代謝器官功能調(diào)控的研究》這一課題，涉及到了生物化學(xué)、分子生物學(xué)、基因組學(xué)等方面高深的理論，遠(yuǎn)超普通中學(xué)生在課內(nèi)或課外的學(xué)習(xí)內(nèi)容。但通過文獻(xiàn)綜述的寫作，有志于學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的課程參與者，也可以快速、全面地了解到相關(guān)領(lǐng)域的前沿知識(shí)，完成符合學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)論文，證明自己的科研能力。

授課導(dǎo)師

康奈爾大學(xué) 碩士

擔(dān)任加州戴維斯分校及康奈爾大學(xué)的化工實(shí)驗(yàn)室助理；

研究方向：材料科學(xué)與工程。

課題要求

本課題適合： 9-12 年級(jí)學(xué)生，有較強(qiáng)的邏輯思維和抽象思維能力

英文：

具備基本的學(xué)術(shù)英語閱讀能力；

接觸過英文寫作，能初步撰寫英文文章；

結(jié)課時(shí)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)獨(dú)立完成一篇英文寫作的研究綜述文章(double spaced, 10 pages+, reference excluded)。

參加康奈爾大學(xué)導(dǎo)師的科研項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生來說是一個(gè)很好的背景提升的方法。想要申請(qǐng)的同學(xué)可以踴躍報(bào)名。

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