留學(xué)背景提升之JHU科研項目

Category: STEM國際競賽 Date: 2020年3月20日上午12:43

眾所周知，約翰·霍普金斯大學(xué)，是一所世界頂尖的私立研究型大學(xué)，也是美國第一所研究型大學(xué)，美國大學(xué)協(xié)會的14所創(chuàng)始校之一，全球最富學(xué)術(shù)聲望的大學(xué)之一。霍普金斯大學(xué)被公認(rèn)為是當(dāng)今世界一流的高等教育機(jī)構(gòu)之一，不僅擁有全球頂級的醫(yī)學(xué)院、公共衛(wèi)生學(xué)院、國際關(guān)系學(xué)院，其生物工程、空間科學(xué)、社會與人文科學(xué)，音樂藝術(shù)等領(lǐng)域的卓越成就也名揚世界。參加JHU科研項目是一個背景提升的好方法。今天小編要介紹倆個JHU的科研項目。

JHU科研課題：基于數(shù)據(jù)挖掘的網(wǎng)絡(luò)購物經(jīng)濟(jì)學(xué)分析

課題簡介

數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining）是計算機(jī)學(xué)的一個跨學(xué)科分支，一般是指用戶通過自動或半自動的分析大量數(shù)據(jù)，做出歸納性的推理，最終提取出過去未知且具有價值的潛在信息的過程。近年來，數(shù)據(jù)挖掘已經(jīng)成為人工智能和數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的研究熱點，并被越來越多地應(yīng)用于市場營銷、客戶群體劃分、企業(yè)危機(jī)管理等商業(yè)領(lǐng)域。

網(wǎng)購平臺中的商家經(jīng)常開展各種促銷活動，刺激消費者的購買欲，這加劇了網(wǎng)購平臺上商品價格的波動性。但實際上，商家經(jīng)常會使用提價后再打折、綁定銷售低性價比商品等手段，確保營業(yè)額最大化。這種信息不對稱造成大多數(shù)消費者難以在短時間內(nèi)，思考出性價比最高的購買計劃，在實際付費后，經(jīng)常后悔不已。

本課題會利用爬蟲等技術(shù)，獲取不同網(wǎng)購平臺上的各種商品的歷史價格數(shù)據(jù)，并指導(dǎo)學(xué)生基于此，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。通過數(shù)據(jù)挖掘和深度學(xué)習(xí)等手段，學(xué)生可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，為消費者提供最優(yōu)購買策略。同時，學(xué)生也可以在對消費者的網(wǎng)購行為進(jìn)行分析后，給予商家關(guān)于促銷時間、促銷產(chǎn)品、促銷方式的建議，幫助網(wǎng)購平臺最大化經(jīng)濟(jì)效益。

科研方法

AI＋X數(shù)據(jù)驅(qū)動型科研

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，從而獲得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的研究方法。與傳統(tǒng)的、基于實驗或邏輯推理的研究方式相比，AI＋X數(shù)據(jù)驅(qū)動型科研可以借助AI算法強(qiáng)大的運算能力，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。

AI＋X數(shù)據(jù)驅(qū)動型科研已被廣泛地應(yīng)用于各個領(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)的科研方式對其進(jìn)行分析，工程量大、過程繁瑣，在客觀上難以實現(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

約翰霍普金斯大學(xué)健康科學(xué)信息學(xué)博士

約翰霍普金斯大學(xué)健康科學(xué)信息學(xué)博士；

清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)碩士，大數(shù)據(jù)能力提升項目參與者；

曾在Analytical Methods、Analytical Chemistry多篇SCI、EI期刊上以第一作者身份發(fā)表文章，參與過創(chuàng)新光學(xué)健康科學(xué)國際會議等多個學(xué)術(shù)會議；

研究方向涉及電子健康檔案、健康監(jiān)測和管理系統(tǒng)、預(yù)測建模等多個領(lǐng)域。

課題要求

本課題適合： 9-12 年級學(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)驗者更佳；

數(shù)學(xué)：

了解基礎(chǔ)的微積分知識，包括：極限、微分、積分，有一定的偏微分知識者更佳；

經(jīng)濟(jì)學(xué)：

對經(jīng)濟(jì)學(xué)有一定興趣，愿意學(xué)習(xí)本科水平的相關(guān)知識。

JHU科研課題：再生醫(yī)學(xué)：計算機(jī)模擬人造心血管

課題簡介

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)

Precision medicine, PM

是一種針對患者的個別情形，進(jìn)行醫(yī)療衛(wèi)生個別化的醫(yī)學(xué)模式，包括醫(yī)學(xué)決策、治療、實務(wù)以及藥品都是針對病患“量身定制”的。

計算機(jī)輔助設(shè)計

Computer Aided Design, CAD

是指運用計算機(jī)軟件制作并模擬實物設(shè)計，并展現(xiàn)其外型、結(jié)構(gòu)等特色的過程。有限元方法是一種用于求解微分方程組或積分方程組數(shù)值解的數(shù)值技術(shù)，這種技術(shù)在材料力學(xué)性能模擬中有重要應(yīng)用。

先天性心臟病

Congenital heart defect, CHD

是指在嬰兒出生時就已有的心臟問題，其中部分可能致命。大部分嚴(yán)重的CHD都與嬰兒的心臟血管發(fā)育畸形有關(guān)，比如著名的法洛氏四聯(lián)癥（又稱藍(lán)血嬰兒癥）。法洛氏四聯(lián)癥的癥狀主要是新生兒的右心室-肺動脈血管(RV-PA 血管)狹窄或缺失，這會導(dǎo)致血液無法有效抵達(dá)肺部并進(jìn)行氧氣交換，患兒血氧含量很低，血液呈藍(lán)色而不是正常的紅色。患有法洛氏四聯(lián)癥的新生兒必須進(jìn)行開胸手術(shù)，在右心室和肺動脈之間安裝一個人造RV-PA管來替代狹窄或缺失的血管的功能。然而，隨著患兒的生長和發(fā)育，人造的RV-PA管無法跟隨患兒一起生長，因此在患兒成年之前，每隔幾年就需要對其進(jìn)行一次新的開胸手術(shù)來置換一個直徑更大的RV-PA管，這給患者帶來了極大的痛苦和風(fēng)險。近年來，3D打印技術(shù)的快速發(fā)展使得精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)在植入外科手術(shù)上的應(yīng)用成為了可能。通過計算機(jī)設(shè)計和模擬，如果能設(shè)計出一種可以隨著時間“生長”的RV-PA管，就能有效地解決這一問題。

本課題旨在運用計算機(jī)輔助設(shè)計幾種折疊式的自變形RV-PA管結(jié)構(gòu)，并且通過有限元方法對其在不同血壓和血液流速下的半徑變化進(jìn)行模擬，再通過模擬結(jié)果和文獻(xiàn)中的病人數(shù)據(jù)進(jìn)行對比來確定最佳的設(shè)計方案。

本課題是跨醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、物理學(xué)和計算機(jī)科學(xué)的綜合研究，并且與實際應(yīng)用有極強(qiáng)的聯(lián)系。研究者將對計算機(jī)3D建模、模擬仿真和醫(yī)療材料設(shè)計有深入的了解。

科研方法

計算機(jī)仿真模擬

計算機(jī)仿真模擬是一種運用計算機(jī)軟件建立抽象模型、模擬真實條件并進(jìn)行分析的技術(shù)。與傳統(tǒng)的實驗相比，計算機(jī)模擬技術(shù)通過數(shù)學(xué)建模，解放了普通實驗對于器材的苛刻要求，具有可多次進(jìn)行、反復(fù)試錯的優(yōu)點。同時，由于計算機(jī)模擬技術(shù)黑箱化了復(fù)雜的理論推導(dǎo)與數(shù)據(jù)計算，能夠以直觀的方式呈現(xiàn)研究的成果，對于初次涉獵科學(xué)研究的高中生而言，也更為簡單易學(xué)、容易上手。

例如：在設(shè)計外太空的衛(wèi)星軌道時，受制于客觀條件，科研工作者無法在地球上重現(xiàn)外太空的環(huán)境，因此，只能借助計算機(jī)強(qiáng)大的運算能力，對外太空的情況和衛(wèi)星的軌道進(jìn)行模擬、反復(fù)實驗，并基于模擬實驗的結(jié)果，完成科學(xué)的軌道設(shè)計。

整個科研教學(xué)流程中，每一位學(xué)員都將有學(xué)術(shù)督導(dǎo)協(xié)助保障研究階段性作業(yè)和論文的進(jìn)度，確保取得研究成果。

授課導(dǎo)師

約翰霍普金斯大學(xué)博士；

清華大學(xué)學(xué)士；

多次以第一作者身份，在生物力學(xué)領(lǐng)域多篇專業(yè)學(xué)術(shù)論文；

研究方向：生物力學(xué)。

課題要求

本課題適合： 9-12 年級學(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)驗者更佳；

數(shù)學(xué)：