在上海市科学技术委员会的支持下，澎湃新闻联合《世界科学》报道了获得国家及上海市科技奖励的获奖成果。本报道围绕2020年度上海市自然科学奖一等奖项目“动力学驱动的数据科学理论和方法研究”展开。
该奖项由中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈洛南研究员领衔的研究团队获得。他们发展了“动力学刻画的数据科学”，将动力学思想和方法引入到主要基于统计学的数据科学中。
动力学刻画的数据科学主要包括预测、预警、因果和人工智能等几个方面，并应用在计算系统生物学、生物过程临界分析、肿瘤细胞转移等疾病的早期预警和地质灾害预警等多学科的基础研究中。
以往的数据科学方法大多基于静态的统计学规律，缺乏动态的刻画机制。动力学能够反映系统的动态机制、因果关联等更本质的东西，弥补了目前数据科学在解决复杂问题时凸显的局限性。
陈洛南团队通过高通量技术和临界理论，提出了一种新颖的基于网络的无模型方法，即使仅有少量的样本，也能检测到复杂疾病的预警信号。他们发现，疾病恶化有一个临界状态，可以通过计算分子变量的相关性变化来识别复杂疾病向疾病状态变化前的指标。
此外，陈洛南团队还基于延迟嵌入理论和广义嵌入理论，建立了STI方程，可对短期时间序列进行预测，实现对复杂非线性动力系统的短期精准预测。不同于传统的基于统计学的机器学习，STI方程预测方法从非线性动力系统理论出发，为基于动力学的机器学习或深度学习开辟了新路径。
陈洛南团队的研究工作不同于现行研究方式，发展了数据科学领域。他们将静态的对照研究推进到动态的过程式研究，并提出预测与预警方法，为疾病早期预警和地质灾害预警提供理论依据和量化方法。
陈洛南团队也正在探索“未病”状态的量化表征，并希望通过临界理论，使未病的概念“科学化”，也为早期预警与早期干预提供理论依据和量化方法。
陈洛南表示，未病概念需要科学化，也利于中医的现代化、国际化。他们的研究团队也在构建辨识因果网络的新型算法、发展脉冲神经网络高效训练工具等方面取得了重要突破。
动力学刻画的数据科学是一个交叉学科，欢迎各个学科的人才共同参与发展。
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