从天文学到动物学,计算机对于现代科学重大发现至关重要。科学杂志《自然》发表的改变科学的十大计算机技术是什么?
首先,FORRTRAN是编程语言的先驱。早期的计算机绝不是用户友好的,它们使用打孔卡手动输入代码。编写代码需要了解复杂的编程语言,但是随着IBM在1950年代开发的Fortran的出现,用编程语言编写的程序可以轻松地转换成计算机可以实际处理的语言。
第二,快速傅立叶变换。快速傅里叶变换算法由卡尔·弗里德里希·高斯(Karl Friedrich Gauss)在1805年发明,可以快速处理随时间变化的复杂信号。该算法广泛用于包括射电天文学在内的科学领域的数字信号处理和图像分析,在该领域中,有必要将频率可视化为函数,以了解复杂的电磁波特性。
第三是生物学数据库。大规模的基因组和蛋白质数据分析和数据存储系统是由生物信息学先驱Margaret Belle Oakley Dayhoff发起的。当生物学家在1960年代开始分析蛋白质氨基酸序列时,Dayhope等人。报告称数据已记录在打孔卡上并进行了编码,以方便数据库搜索。现在,数据集已用于各个领域,包括1971年开始运作的蛋白质信息库和1982年开始运作的GenBank。
第四是大气环流模式。二战末期的计算机先驱冯·诺依曼(Von Neumann)使用计算机进行弹道运动和武器设计来改进天气预报。到那时为止,天气是通过经验和感觉来预测的,但是Neumann为每个模型(例如大气模型和海洋模型)建立了气象数据,并使用计算机对其进行了分析,以提高预测的准确性。
接下来是BLAS。 BLAS(基本线性代数子程序)是一种解决科学和技术问题的技术,主要用于数学运算,并于1979年开发。据说该技术具有标准化的矢量和矩阵运算,并已达到加法的水平。
接下来是NIH图像。在1980年代,曾在美国国立卫生研究院(NIH)的NIH脑成像实验室工作的Wayne Rasband设计了一个程序,用于在计算机上显示和分析X射线胶片。 NIH图像程序仅可在macOS上运行,但后来演变为NIH称为ImageJ的高级图像处理系统,现在已在其他操作系统中使用。
接下来是BLAST。 1978年,玛格丽特·戴霍普(Margaret Dayhope)设计了一个系统(点接受突变),以识别DNA和蛋白质一级结构的相似性或相关性。后来它以更高的速度,更高的精度发展起来,并成为BLAST,在当时将创新带入了遗传生物学领域。
接下来是存档(arXiv)。在1980年代后期,科学研究通常只在一个小社区内进行。但是,在1991年,曾在洛斯阿拉莫斯国家实验室工作的物理学家保罗·金斯帕格(Paul Ginsparg)设计了一种可广泛共享研究内容的新系统。该系统注册并提供与科学有关的论文和文章。 1998年,所有限于物理学界的学科都被释放并更名为档案,以继续发展。截至2021年,已经注册了180万篇论文,并且全部免费。
9号是IPython Notebook。 Python是一种编程语言,是一种解释器类型,可以按顺序执行中间表达式而无需源代码。物理学家费尔南多·佩雷斯(FernandoPérez)发明了自己的外壳iPython,认为逐行语言不适合加载科学研究和数据可视化所需的模块。此外壳后来被重命名为iPython笔记本电脑,并成为开源,彻底改变了数据科学领域。
最后是AlexNet。人工智能大致分为两种类型:使用单个结构化规则和通过机器学习执行处理。多伦多大学的研究生Alex Krizhevsky和Ilya Sutskever于2015年开发了AlexNet,这是一种基于机器学习的图像识别程序。此外,在ImageNet上,该比赛将大型图像分类为程序,当时最好的算法产生了25%的错误,但是Alexnet成功记录了15%的错误率。相关信息可以在这里找到。
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