Original: http://www.cs.colorado.edu/~lizb/cscience.html
Опис проекту:
Першим важливим кроком в аналізі палеоклиматических даних, як лід або пробосадочного шару є побудова вікової моделі, яка пов’язує глибину в ядрі до календарного віку матеріалу в цій точці:
(Сюжет вище включає в себе дані, опубліковані в W. Каррі, Т. Marchitto, J. МакМанус, Д. Oppo, К. Laarkamp, “Тисячолітній масштабні зміни в вентиляції термокліна, проміжних і глибоких водах льодовикового Північної Атлантики” , в механізмах глобальної зміни клімату на Тисячолітнього тимчасових шкал, AGU Geophysical серія монографій, 1999)
Міркування беруть участь у віковій побудови моделі є складним, тонким, і з наукової точки зору вимогливим, тому що процеси, які контролюють швидкість матеріального накопичення протягом довгого часу, і які впливають на серцевину між освітою і відбору проб, невідомі. Як правило, ці криві є монотонними: глибокий матеріал старше. Але це не завжди так. Різноманітність процесів, таких як морського дна зсуву і льодовиків складання може порушити ядра механічно, однако. Це може створити “розвороти”, наприклад, де молодший матеріал виявляється глибше в ядрі (див, тим область 20-40 см вищевказаного ділянки). Більш згубним є наслідки неправильних наукових припущень, які можуть зміщення вікової моделі тонкими способами, які важче виявити. Наприклад, припущення про постійну поверхні моря 14C водосховища вік – його вік, зміщеною від одночасні атмосфери – може бути помилковим, і результуюча помилка вікова модель не може бути очевидним, навіть фахівцеві. І тут все стає ще більш складним, так як історія атмосферної 14С сама є похідним від основних даних і не відображає істину заземлення.
Геофізики підхід до проблеми вікової моделі будівництва шляхом обробки ядра як місце злочину і задає питання: “ Які фізичні і хімічні процеси могли б зробити цю ситуацію, і що це говорить про терміни ” величезного числа можливостей? проте, в поєднанні з обсягом і складністю даних кліматології, які доступні в даний час, серйозно обмежує обсяг цих досліджень. Простіше кажучи, це стає набагато важче дослідити всі можливі відносини, які можуть, або не може, бути, що ховаються в даних.
Метою проекту є CScience видалити цей контрольно-пропускний пункт. Його центральним елементом є інтегрований програмний інструмент під назвою CSciBox, який буде використовувати штучний інтелект (ШІ) методи, щоб захопити знання експертів кліматологів і допомогти своїм користувачам досліджувати складні гіпотези і великих гетерогенних цифрових наборів даних, які беруть участь у віковій моделі будівництва. Так як надмірна автоматизація такого складного завдання нерозсудливо, CSciBox діє як інтелектуальний помічник, ітераційно діючи через сценаріїв під керівництвом свого користувача. Його вихід буде набір можливих моделей віку для даного ядра, разом з повним описом міркувань, що беруть участь в їх будівництві.
Для обробки обчислювальні витрати обчислень, що беруть участь в цьому процесі, а сам обсяг і різнорідність даних, кіберінфраструктури CScibox надає потужні, інтуїтивно зрозумілі інструменти на робочому столі вченого в той час як в повній мірі скористатися сучасної розподілених обчислень інфраструктури – в тому числі хмари. CScibox використовує методи інженерного програмного забезпечення, щоб зробити потужні управління даними і обчислювальні засоби були доступні для вчених, не вимагаючи від них, щоб стати експертів програмістів. Вона працює на настільних комп’ютерах, що працюють `за лаштунками”, щоб перетворити обчислення, які вони визначають у паралельних, розподілених робочих процесів, які в повній мірі скористатися сучасних обчислювальних середовищ.
Поєднання поточних і майбутніх напружується в двох попередніх пунктах відображає ток (червень 2014 року) стан системи. Ви можете завантажити код, використовуючи посилання в кінці цієї сторінки. Нижче наведені деякі скріншоти і опис кроків, пов’язаних з його використанням; Ви також можете знайти відео-уроки, перераховані нижче.
Тут ми використовуємо CSciBox для аналізу ядра під назвою PC08 з використанням двох різних наукових робочих процесів: один, який застосовує корекцію резервуара віку до Foram отриманих 14С віку, а потім калібрує виправлених віку з використанням калібрування IntCal 2013, а інший, який пропускає резервуар вік операції корекції. Калібровані віку, які є результатом цих двох робочих процесів є покази у вигляді синіх квадратів і червоних трикутників, відповідно. Це ядро також включає деякі tiepoints, отримані з тефрой, на яких не виконуються жодні корекції або калібрування.
Стовпці в GUI можуть бути приховані або відображені, як хотілося б; користувач може натиснути на заголовок будь-якого стовпця для сортування даних, що відображаються (у порядку зростання або зменшення) по цій колонці. Елементи керування у вікні ділянки може бути використаний для побудови будь-якого стовпця (ів) проти будь-якого іншого.
CSciBox може зберігати, використовувати і відображати довільні числа і типів даних. Ядро набору даних на скріншоті нижче, наприклад, включені вік, отримані за допомогою програмного забезпечення Calib ( “Calib Age Range”), а також нотацій про тип матеріалу, від походження, і так далі:
Зверніть увагу, що результати CSciBox (в “калібрований 14C Вік”) шикуються в лінію перетину з результатами Calib з цього ядра.
Якщо ви хочете побачити, які кроки залучені в “план розрахунку” – науковий робочий процес, який діє на даних і дає результати, як каліброваних 14С віку – ви використовуєте план обчислення браузер, який можна знайти, натиснувши кнопку “Сервіс” на самому верхньому лівому кутку екрана, а потім за допомогою меню, що випадає, щоб вибрати “Обчислення Plan Browser”. Ви отримаєте екран:
Ви можете натиснути на назву плану в лівій коробці вікна браузера план обчислення, щоб побачити, які кроки вона включає в себе. На зображенні вище, я натиснув на “Морський CALIB + IntCal 2013” (як ви можете сказати, тому що він виділений сірим кольором). Цей план складається з двох етапів, показаних схематично в нижній частині цього вікна: корекція резервуара віку і калібрування CALIB стилі з використанням калібрувальної кривої IntCal Marine 13.
Ви можете також зробити новий план обчислень з використанням цього браузера. Натисніть на кнопку “Створити новий план” у вікні браузера і введіть ім’я в полі:
Тут я назвав новий план “newPlan”, а потім натиснув на “Створити новий метод …” у вікні “Створення обчислювальних план” і назвали новий метод “newMethod”, ввівши в поле “Ім’я методу” в “Створити новий метод” вікно. (Якщо ви тільки що хотів зробити незначні зміни в існуючу систему документообігу – скажімо, за допомогою іншої калібрувальної кривої в кроці CALIB плану в наведеному вище прикладі -. Вам не потрібно буде створити новий метод, який ви тільки зробити це, коли ви хочете різні кроки в іншому порядку, ніж існуючі плани обчислень.)
В “Створити новий метод” вікно, є вікно START і випадає, який дозволяє вибрати один з вбудованих інструментів CSciBox (і варіант, який ідентифікує кінець плану). Ви можете помістити ці інструменти разом в будь-якому лінійному порядку, ви хочете; ми будемо додавати об’єкти циклу в пізніших версіях.
Ось те, що екран буде виглядати, якщо я додати купу кроків до плану:
Тепер натисніть кнопку “Зберегти”. Якщо ваш новий план вимагає вибору щодо калібрування або іншого фону даних набір, CSciBox запитає вас про те, що вибір:
CSciBox поставляється з числом фонових наборів даних; Ви можете імпортувати новий за допомогою опції “Підтримка наборів даних” під Інструменти меню, що випадає. Існує відео підручник про це на сторінці підручники, перераховані нижче.
Після натискання на кнопку “Готово” і “наступний”, що новий план буде відображатися у вікні браузера головний обчислення плану (угорі ліворуч, внизу):
Він також виступає як один з варіантів, коли ви натискаєте кнопку “Виконати обчислення”. Існує відео підручник про створення нових планів computatation на сторінці підручники, перераховані нижче.
Програмне забезпечення (~ 15000 рядків коду Python) є публічно доступні на githum. Ви можете завантажити вихідний код там, а також інсталятори для Mac (DMG) і Windows (EXE). Ви можете знайти відео демонстрації CSciBox в дії, натиснувши тут. У нас немає правил користувача ще немає, але ці ролики гарне введення.
Останні події
Наведені вище приклади включають осадових кернів з озер і океанів, але CSciBox призначений для обробки декількох типів ядер. У минулому році, ми запевнило гнучкість даної конструкції шляхом завантаження та обробки льоду основних даних, що на багато порядків більше, ніж основні дані морського осаду. Цей обсяг даних буде найближчим часом викликати питання про швидкість, таким чином, ми будуємо розпаралелювання об’єктів, які дозволять зусилля бути розділені між декількома ядрами однієї машини – або навіть кілька машин.
Для цілей незамерзаючої аналізу керна, поточний випуск програмного забезпечення CSciBox включає модель льоду потоку Dansgard-Йохансен. Розробляється версія, що команда в даний час тестування включає в себе StratiCounter Mai Winstrup’S, СММ-інструмент підрахунку рівня, який був недавно показаний в недавній роботі природи, а також ряд фірновими моделей і інших моделей льодового потоку крім Dansgard-Йохансен. Альфа-тестова версія автоматизованого рассуждающего двигуна CSciBox, який є основним комп’ютером наукові дослідження Метою даного проекту, є повним, але ми тільки почали заселяти його з бази правил експертних знань і тестування в результаті міркувань слід.
Здатність CSciBox, щоб включити модулі коду, написані іншими дозволяє користувачам скористатися GUI CSciBox, його “Майстер імпорту” – який має справу з докучливих форматування і іменування питань – і його прокладочні. Ми не могли б розробили “пробку в” архітектурі без порад і допомоги Маартен Blaauw і Mai Winstrup, автори Бекона і StratiCounter. Дивіться посилання в кінці цієї сторінки для отримання додаткової інформації про обох цих проектів.
Коли він завершений, CSciBox не тільки допомагають окремим геологи аналізувати окремі ядра; вона має потенціал, щоб перетворити поле палеоклиматологии шляхом сприяння швидкому, відтворений аналіз – і синтез – інформації в різноманітних колекціях необроблених даних, наявних в архівах даних. Крос-співвідносячи це необроблені дані, вимагає переробки пов’язані хронологію на загальному і послідовно побудованих масштабі часу. Обсяг і різнорідність цих наборів даних, в поєднанні зі складністю відповідного аналізу, робить, що практично неможливо. Роблячи такий аналіз можливо, CScibox може не тільки допоможе поліпшити наше розуміння минулого зміни клімату, але і допомогти вченим у наданні кліматичної інформації, що необхідно терміново забезпечити осіб, які приймають рішення.
Люди:
*Доктор Лаура Rassbach, який був автором міркування двигуна Ейса, застосовує ці знання на виклики CSciBox в.
*Бакалаврат ІЗААК Вайс працює над розпаралелювання коду CSciBox в на кількох машинах.
*Бакалаврат Джош Rahm повністю перебудований плоттер CSciBox в.
*Старшокласник Rishabh Ядав також працює на плоттері CSciBox (на додаток B-сплайн-інтерполяції та скрипки ділянок, наприклад) і його базу даних.
*Аспірант Бретт Israelsen працює по включенню StratiCounter, незамерзаючий основний лічильник шару Dr. Mai Winstrup, в CSciBox в.
*Аспірант Кетлін Finlinson думає про те, міркування про невизначеність у віковій моделі будівництва. Вона також кодування до фірнові моделей.
*Магістранти Девід Джонсон, Джада Баллентайн, і Пол Гивенс внесли свій вклад в код CSciBox, оскільки у аспірантів Джон Klingner і Фернандо Нобре.
*Професор Джим Уайт є незамерзаючий основні мізки проекту CScience. Доктор філософії Джима студент Тайлер Джонс Ліндсей тісно співпрацює з комп’ютером наукової стороні команди, допомагаючи їм отримати право науки льоду ядро.
*Професор Том Marchitto є океан-відстій одножильних мозок проекту CScience. Доктор філософії Тома студент Колін Ліндсей тісно працював з комп’ютером наукової стороні команди, допомагаючи їм зрозуміти мистецтво & науку роботи з океану донних відкладень і калібрування радіовуглецевого.
*Професор Кен Андерсон є програмно-інженерні мізки проекту CScience.
*Професор Ліз Бредлі є координатором проекту і AI свинцю.
Документи та інші продукти:
*Л. Rassbach де Vesine, К. Андерсон, М. Zreda, С. Zweck і Е. Бредлі, “Судово Міркування про Палеокліматологіческая,” Про AAAI Fall симпозіум з інформатики Discovery, Arlington VA, листопад 2013 року.
*Сторінка GitHub CSciBox, яка включає в себе як вихідний код і інсталяторів для Mac OSX (10.6 і вище) і Windows.
*Деякі демонстрації і навчальні відеоролики. У нас немає правил користувача ще немає, але ці ролики гарне введення.
*Грудня 2014 Earthcube “кібер для палео” вебінар про CSciBox.
*Плакат, представлений на осінньому зборах AGU 2014 про CSciBox.
*Тарбола для крос-компіляції BACON з Linux в Windows, використовуючи MinGW. (Якщо ви не знаєте, що це значить, не турбуйтеся про це.)
Посилання:
Всесвітній центр НОАА даних для Палеокліматологіческая, величезне сховище даних клімату проксі.
Домашня сторінка для Бекона, вікове моделювання програмного забезпечення Маартен Blaauw, який тепер доступний в якості обчислювального компонента всередині CSciBox.
Домашня сторінка для Mai Winstrup, автор StratiCounter, який незабаром буде доступний в якості обчислювального компонента всередині CSciBox.
Підтримка:
Цей матеріал грунтується на роботі, яка була підтримана Національним науковим фондом під Грантом Номер 1245947, названому “INSPIRE / CREATIV: Автоматизація міркували Інтерпретуючи кліматичних даних минулого.” Будь-які думки, результати і висновки або рекомендації, висловлені в цьому матеріалі, є такими автора (ів) і не обов’язково відображають точку зору Національного наукового фонду.
