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理论研究如何塑造你的未来?

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身处学术界的一个好处是可以通过领域研究的学习看到将来的情况,而不用真正身处这些领域中工作。事实上,培养基于跨领域研究的观点任何一所学院和大学的至关重要的功能。由于这些机构吸引了来自不同领域的专家,这种环境使得他们以一种创造性的方式而不是系统化的方式来思考问题,因此我们可以更清晰的了解到过去和将来所能想象的创造。

这个月,我们将着眼于在伍斯特工学院中我所在的计算机科学系的研究活动。我希望这能够启发你去寻找附近的大学正在进行的研究,更甚者找到一种能够参与其中的方式。如何得知呢?你可能萌发一种想法去探索计算机科学或软件工程的“下一个重要的内容”。

为了给这篇文章收集一些资料,我问了四位同事询问他们所做的以及在将来如何影响我们使用技术的方式。尽管我只有一个专栏的空间来描述他们高层次上的项目,如果你想知道关于他们工作的更多的细节,有些方面我可以提供相关的信息。

医学图形处理

尽管 Michael Gennert教授作为计算机科学系的领导一直都很忙,但是他仍旧在医学图形处理领域保持着积极的研究计划。

医学图形处理是医学研究和实践的一个关键的领域。大多数的读者都知道它包括获得数字形式的解剖图形,放大这些图形,并且帮助人体专家对它们进行分析。当我们提高这些图形本身的质量和我们分析问题的能力时,我们同样也提高了发现和治疗疾病的能力。

根据 Dr. Gennert所说,医学图形处理领域目前正经历着四个主要的挑战:

  1. 集成不同的信息来源,比如CT(计算机X线断层摄影术――同时被称为CAT扫描(计算机X射线轴向分层造影扫描图)),SPECT(单一光子发射计算机X线断层摄影术)和PET(正电子发射X线断层摄影术)。
  2. 精确的建模工具和纠正错误源。
  3. 将人类解剖知识,比如数字解剖模型合并到图形系统,从而产生更多有意义的结果。
  4. 在同一个人的图形之间绘制有意义的比较关系,作为发现问题,评估治疗效力和监控疾病进展的一种方式。

Gennert教授正在寻找上述的解决方案。他的主要工作是与伍斯特麻省医学院合作。

高质量的医学图形是可以精确计算的。提高图形的质量和速率需要同时在硬件和计算方法上得以加强,比如算法的产生和实现。理想情况下,在运行时或是接近运行时结果是可用的。我们可以通过给医学图形系统添加更多的计算能力或者通过高速网络传输原始数据从而集中共享的技术设施来实现。从而,这也需要我们开发以下内容:

  • 更快的,更廉价的,更小巧的计算和交互工具。
  • 更好的传感器和探测器的新概念;目前的探测器存在很严重的物理缺陷。
  • 新的图形处理算法可以帮助我们有效的处理大量的数据。
  • 具有以符号的方式结合知识的能力;我们应该能够通过使用基于象素和声音的数据找到内在的组织结构以及评定患者的健康状况。
  • 关于医学技术的一种新的观点影响了保健质量。目标并不是简单的提高图形分辨率或是信噪比率;确切的说,是给每个患者和社会带来更大程度的帮助。

当今社会中的医学研究工作有着相当高的地位。国家健康研究机构在这方面的预算一直都相当的高,既使其它行业的基金预算削减。有关探索获得和分析医学图形的研究有着很好前景。你可以在 Gennert 教授的主页中 http://www.cs.wpi.edu/~michaelg/得到有关医学图形处理的更多的信息,同时你也可以找到其它相关信息。

流媒体和网络

网络已经成为当今企业一个关键的组成部分,不管它们是连接整个互联网的各个不同的组织机构还是从当地的校园内网中获得相关的信息。几乎每个学院的计算机科学系都会有网络的研究课程,作为电子商务的基础。

在我们系, Mark Claypool教授通过网络和流媒体来进行研究工作,主要研究网络安全方面的重要问题,特别是“网络拒绝服务”或者称为DoS2,和网络攻击。他的研究应用于目前的计算环境并且将会对未来的网络安全有所帮助。

在目前的业务环境中,拒绝服务并不仅仅是一个麻烦的典型;它同时也是一个业务危机。随着很多的通讯网络不仅仅只传输文本和声音,同时也传输高质量的视频,很多企业决定将应用和工具放在网络上作为服务系统经济的权衡和节省瘦客户端的费用。如果失去了对这些应用和工具的访问,业务将会停止。

Claypool教授正在分析网络的基本架构从而决定是否具有寻址容量和性能以及安全的能力来达到对将来的期望值。当发现弱点时,他开始研究需要采用什么样的改变以及如何去改变。

很明显,该研究停留在理论和应用之上。明年 Claypool教授将会提出有关WPI的新的交互媒体和游戏开发课程的专业技术。这个数十亿美元的计算机游戏产业是网络发展的首要驱动力,它要求多玩家网络和实时游戏技术的支持。在Claypool教授的带领下,这种新的课程有助于WPI的学生成为该工程行业的先锋者。3

流查询处理

随着网络容量的增加,大规模数据的传输也成了可能。传统的数据库技术也随着维护巨大的,分布式的,动态的数据库和数据库查询技术以及网络处理数据的能力增强而扩大。事实上,目前的数据来自于各个领域和各种形式。以往具有领袖地位的标准关系数据库,其地位已经被各种各样的不同的媒体技术和资源所代替。

Elke Rundensteiner教授花了很多精力思考如何有效的访问数据库,特别是当数据是来自于网络上的许多资源的连续流。数据流查询处理是处理流数据和巨型数据库的一个主要方面。因此现在 Rundensteiner教授和她的研究小组(大部分都是由哲学博士组成)关注于查询引擎的可量测性和健壮性。在一个实时的情况下甚至在数据流速率波动时发布数据相当的关键。于是我们可以认识到在该领域中使用这种新技术所带来的经济效益。Rundensteiner教授所做的工作可能带来了支持医学分析,股市分析,网络监测的大规模应用的查询引擎的新种类。

一般而言,决定如何高效地处理动态数据很大程度上还是一个未知领域。其面对的问题包括:

  • 定义流查询语言的标准
  • 决定合理的服务度量的质量
  • 设计新的查询评估和查询计划变动的范例。

你可以在她的主页 http://www.cs.wpi.edu/People/faculty/rundenst.html中找到有关Rundensteiner教授所感兴趣的更多大内容。

软件设计和维护的设计原理

如果一个设计实现的变更与系统基本的设计思想相冲突时,结果可能是无法预料的,甚至是很危险的。任何的变化都应该符合设计的基本思想从而保证系统的复杂性可以被很好的理解和控制。

执行这样一个处理是比较困难的,因为开发者认为它阻碍了工作流。通常他们无意识地设想或是决定他们要做些什么。 David Brown教授,作为设计原理方面的WPI专家,正和研究生们一起工作来寻找一种方法,通过这种方法来推断和收集对于假设和决定的基本原理,并使得开发人员在设计时意识到它们。他们同时也在寻找一种以明显的方式来关联系统基本设计原理的手段,以便在系统部署以后那些对系统进行维护人员能够明白系统的设计思想,并且在必要的情况下,他们能够根据系统设计原理的变化找到他们应该变更的地方。

Brown认为开发者可以看到提供一个设计的基本思想在代码阶段和维护阶段带来了益处的强有力的证明,从而维护了系统的完整性,于是团队将会继续去捕获这个基本原则。同样,好的软件工具可以帮助处理过程受到较小的干扰。Janet Burge ,Brown的一个博士生已经建立了一个基于Eclipse插件程序来捕获,展现和使用设计的基本思想。

Brown教授的团队在设计的基本思想方面所研究的成果将影响到软件的构建和维护。它同样也会影响我们对构建软件系统的工具的选择。

把所有的整合在一起

在这里所强调的这四位教授在他们相关的领域中都有很大的成果。然而,使得大学的生活更加精彩的不仅仅是他们个人的研究方面的造诣,同时也是从中得到的协作和配合的能力。

在 WPI中,我们在计算机系有20个全日制学科。除了在这里所强调的领域研究外,他们还在数据挖掘,软件工程以及校验和确认、可见易变系统和编译器和语言、安全、算法和理论方面有着积极的研究。大多数的教职成员同时提议或发起一个或多个研究小组,一般每个星期讨论一次有关当前在小组特定领域中所出版的和所研究的内容。绝大多数的小组由研究生和教职人员组成,但是也有些大学生加入其中。你可以在http://www.cs.wpi.edu/Research/中找到有关这些不同的研究小组的列表以及对他们的描述。

我们同样有其它三个方式共享我们系的相关的研究信息。首先是通过座谈会。在星期五的早上我们有一个小时的讨论,通常由成员们表述他们目前的工作和成果。这些人来自各个行业包括学术界,其主题的范围涵盖了软件的法律问题到 XML语法。这种座谈会对每个人都是开放的,并且很多座谈会都吸引了一大群人。

其次,在星期二早上我们经常有一次“橄榄球研究”,这是一个非正式的会议,由一个教职成员呈现他或她的早期的工作成果――或者仅仅是工作中的一个问题――与其它成员进行讨论。这种方式很好的测试了他们的想法是否值得去研究或者是否能在相关问题上得到帮助。

第三,每个星期四我们都有理论研讨会,一到两个小时的时间进行交流和探讨有关在计算机科学和数学理论上感兴趣的问题。这个研讨会是计算机系和数学系合作举办的。作为每个课程的重要组成部分,理论在计算机科学中有着特殊的价值。很多学生参与我们的项目,他们对我们所需要的硬件和软件进行思考。然后,随着他们理论研究的进一步发展,他们开始认识到所学习的数学和算法在他们的工作中确实得到了很好的应用。当你认识到计算机科学许多方面和所学到的理论课程相关联的时候会令你眼前一亮。

这如何影响到你?

因此,在学校里会有很多这样的事情发生。如果远离了学校或是几乎没有参与这样的研究,你可能会问:“这与我有什么关系?”

当然,如果你考虑了我已经描述的各种各样的研究项目,那你应该很清楚这种工作方式很有可能在很多重要的方面会影响到我们使用计算机系统以及将来构建软件的方式。如果你已经在参与了网络,XML或者其它目前比较“热”的技术,那么想想它对你的职业会带来什么。接下来要做的又是什么?

许多当地的院校有公开的讨论会和其它共享研究成果的论坛;你没有必要成为学院社团的一份子。查看一下附件学校的网页公告,时不时的参与其中。这样将会扩大你的视野并会给你带来很多思想的食粮。同样,你也很可能会碰到一些很乐于谈论他的工作的热心人。其它的好处是你甚至可能认识一些学生并愿意在他们毕业后到你的公司实习或是成为其中的一员。

一个对将来的设想

下个月,我计划更详细的上讨论一下我自己的在软件产物可跟踪关系上的一些研究成果。可跟踪性经常与需求相关联,但是我们也可以通过跟踪其它的类型的产物和关联中受益。我将会首先讨论可跟踪性的理论,然后是有关如何捕获和使用这种关系来得到对软件系统的合理的矩阵。

注释

1一个 voxel是象素的一个计量单位。它是三维图形的最小的,可识别的和零散的部分:http://www.webopedia.com/TERM/V/voxel.html.

2 “在网络中,拒绝服务(DoS)进攻在一个用户或组织缺乏他们通常所想要得到服务源是容易发生”,来自于Whatis.com:http://whatis.techtarget.com/definition/0,289893,sid9_gci213591,00.html

3你可以在 http://www.wpi.edu/Academics/Majors/IMGD/中找到有关WPI交互媒体和游戏开发的更多的信息。

4具有 [千兆]字节(1k十亿字节)的数据库是很不常见的。

5http://www.vldb.org/conf/2003/papers/S38P03.pdf中你可以找到有关数据流查询处理的指南。


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