科研有方读书笔记之如何做科研

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选择读博，你是否知道为什么

• 做科研归根结底就是一个字：想。科研所『想』的问题通常比较复杂，因此需要有逻辑、系统并且严密的设计。逻辑性『想』的关键，所谓逻辑也就是前因后果清晰明了。
• 科研需要持续性的思考，而思考是一个缓慢的、需要积累的过程，因此需要有策略的阅读、有逻辑的思考和有步骤地总结和推进自己的科研，这是做科研的关键所在。

做科研的步骤

• 一个科研课题或者论文的完成可以分为三个步骤：提出问题、分析问题和解决问题。

  1. 提出问题：寻找出有价值的学术课题或者确定论文的科研方向。
  2. 分析问题：根据已确定的科研问题，分析其特点，然后按照自己在提出问题步骤中所确定的科研目标，提出有针对性的解决方案。
  3. 解决问题：使用数学工具分析了这个问题后，采用仿真或者数学证明充分验证自己所提出方案的正确性。
     提出问题

• 学会提出问题，尤其是提出『好』问题，是读博训练的重中之重。
  导师在计划书(Proposal)中会在其所关心的领域内提出若干有价值的科研问题，讨论这些问题的意义和对该领域可能带来的贡献，并且初步分析可能采用的科研方法。

• 提出问题的目标就是找到正确的科研方向，分析和解决问题的目标就是完整且坚实地迈出一小步。

• 要想提出好的问题，首先需要深入了解自己所从事的科研领域。这个过程通常需要阅读大量文献，然后通过独立思考，找出有价值并且尚未完成的问题。

• 文献是读不完的，需要学会有目的的去读，读一篇，吸收一篇。

  科研步骤

  第一：寻找问题的根源
  了解基本知识，可以通过阅读以下几类文章获得：

  1. 调研类的论文或者期刊，或称为『survey』、『文献综述』。
  2. 该领域内比较好的论文，通常为知名期刊或者会议。
  3. 国外一流大学的博士论文。
• 阅读文献的目标：需要在文献中寻找什么，读这篇论文的目的是什么？达到目的即可停止阅读。
• 有选择性地阅读文献的部分内容，如Introduction和System Model的前半部分，而不需要通篇阅读——即不需要充分了解文献提出的设计方案。
• 所谓读完，是指达到我们的阅读目标，并非通篇完成。以后还会在不同阶段再读它们，点到为止即可，不会干扰大脑的思维。
• 在了解一个系统的结构和工作方式后，需要去思考该系统存在和妨碍其发展的根本性问题。比如回答以下几个问题：
  
  1. 系统存在的原因：为何需要？满足了什么实际需求？需求是否都被很好地满足？是否还有未被发现的需求？解决这些问题对科研或者人类生活提高是否有帮助？
  2. 系统无法实际部署的原因：是什么原因导致目前无法将该系统高效地在实际中部署和应用。
  3. 解决方案：针对该系统无法实际部署的原因，应该从何下手能最直接有效地解决这个问题？

以上三个问题十分关键，它能保证我们能独立思考而不被别人带着走。回答上述三个问题，我们不光要思考所研究的领域有什么问题，还应该考虑自己对问题的解决方案。

拿到一个科研课题时，需先了解这个课题的背景和基本知识，然后从这个课题所涉及的技术的最初使用原因和动机，自己去思考这个课题存在的问题和发展方向。

第二：比较阅读

第二步阅读的目标是通过独立思考，提出有价值的问题和初步解决方案：

• 了解自己在提出问题的第一步中找到的问题是否已被他人研究和解决过。
• 自己所提出的解决方案是否曾被别人提出过。

以上两个目标可以认为是问题和方法比对，具体则是带着自己的问题和解决方案去阅读文献，与每一篇论文进行对比。此时阅读的层次如下：
1. 根据论文题目和摘要部分寻找论文，寻找与自己所要解决的问题类似或可以借鉴的论文。
2. 比较论文和自己的问题，不是同一个问题则粗读——了解论文中使用的数学建模方法和解决的问题；问题一致——精度之，比较它所描述的解决方案和我们自己提出的是否是同一个方案？若是——哪种更好？区别在哪里？可否吸收融合提出更好的方案？如果自己的问题被别人很好地解决了——果断放弃。
如果1和2都被其他论文提及，还可以通过其他方法对科研的内涵和外延进行扩展，让你讨论的问题更贴近实际，从而降低和他人工作的相似度。

通过比较关注的问题和解决方法有三点益处：
a. 可以帮助选择最有用的论文进行阅读。
b. 带着问题去阅读会迫使我们在阅读时进行进一步地思考，从而深刻理解和记忆相关文献。
c. 知己知彼方能知道自己问题的价值和解决方案的创新性。
对于跟我们的工作非常类似的文献，我们需要反复去研读和比较。对于该文献的引用文献也需要仔细查阅。

第三：时间分配和论文的规划

• 根据问题和解决方法的不同，论文可以分为以下四类：
  

  新问题，老方法。
  老问题，新方法——此类问题通常是比较基础、长期存在但尚未被很好解决的问题。
  新问题，新方法——论文的最佳状态。
  老问题，老方法——问题已被深入研究，且使用以前的方法。这类问题应该被剔除。

根据以上归类选择相应档次的期刊或者会议。

• 对于大课题可以采取分而治之的方法，让这个课题能在可控时间内逐步地有所产出，由浅入深。
• 具体步骤如下：
  
  1. 先考虑若干参数或情况，假设其他参数和情况已知或确定。
  2. 逐步放宽假设，做得更实际。
  3. 先有会议论文，再写集大成的期刊论文。
  4. 确定时间表
  5. 提出问题、调研、阅读文献和确定自己的设计方案。(提出问题和比较阅读)
  6. 数学建模和分析。
  7. 仿真验证。
  8. 攥写论文。

科研的内涵和外延

内涵越大，外延就越小。本身包含的意义越多，其可扩展性也就越窄。

• 对于基础问题，由于研究了很多年，已很难再有新意。这时可以通过增加这个课题的内涵赋予更多细节，让这个问题的建模过呢个贴近于我们的生活和实际。
• 加入更多的属性缩小其内涵时，会缩小科研成果的适用面，但是会让我们取得的成功更贴近实际和更精确，帮助我们和前人的工作有所区分。

如何读论文

开始提出问题的时候，读它的Introduction和建模过程，学习它怎么架构系统，从而知道自己所关心的系统的基本机构和运作方式。

• 比较阅读，将自己关心的问题和解决方案与这篇论文比较，从而更好地审视、改进自己的设计。
• 学习这篇论文是如何具体对系统建模、如何分析参数、如何设计仿真的，从而为自己科研的具体展开服务。

分析和解决问题

• 所要解决的科研问题通常分为两类：性能分析和优化算法。

性能分析工具

性能分析主要采用随机建模的方法，使用概率论、排队论和马尔可夫链等数学工具。