البراديغم الرابع للعلوم Data Driven Science

يمثل الباحث في الإعلام الآلي جيم غراي Jim Gray أول من تحدث عن المفهوم بشكله الحالي و المتمثل في العلوم الموجهة بالبيانات.

لنتمكن من فهم هذا البراديغم يجب علينا فهم تطور البحث العلمي و التفكيري البشري في العلوم.

1)    التيار التجريبي : حيث يرى الباحث أن البراديغم الأول ظهر من آلاف السنوات و يعنى بالنموذج التجريبي، و الذي يقوم الملاحظة و التجربة.

أصل الكلمة: من إمبيريا اليونانية القديمة ، الخبرة.

التجريبية هي عقيدة فلسفية تعتبر أن أصل كل المعرفة البشرية يأتي فقط من التجربة الحسية، من الملاحظة. وهكذا فإن حواسنا هي مصدر معرفتنا. من تراكم الملاحظات والحقائق القابلة للقياس ، يمكن للمرء أن يستخرج القوانين العامة من خلال التفكير الاستقرائي ، والانتقال من الملموس إلى المجرد.

كان كل من فرانسيس بيكون (1561-1626) وجون لوك (1632-1704) وديفيد هيوم (1711-1776) فلاسفة تجريبيين.

تتعارض التجريبية مع العقلانية ونظرية الأفكار متأصلة في أذهاننا (الفطرية). إنه حذر من النظريات والحجج ، ليقبل فقط ما هو حقيقي.

بالامتداد ، نسمي "التجريبية" أي طريقة تدعي أنها تعتمد فقط على الخبرة ، على البيانات ، دون اللجوء إلى المنطق أو النظرية.

في الحياة اليومية التجريبية هي طريقة للتصرف مع مراعاة الظروف بشكل أساسي وبدون مبادئ محددة مسبقًا.

إن الصفة التجريبية تؤهل ما يتعلق بالإمبيريقية .في الفلسفة ، التجريبي هو الذي يطور ويدعم أطروحات التجريبية.

إن الصفة التجريبية تؤهل ما يقوم على الخبرة فقط ، دون اللجوء إلى النظرية.

"من الضروري أن نرى أن التجريبية فلسفة تنتمي إلى العصر الحديث والمعاصر ، فلسفة التي لا يمكن أن تتطور حقًا إلا بعد عصر النهضة و ظهور العلم الحديث. كذلك ، بدلا من الاستسلام إلى وهم بأثر رجعي يظهر عناصر أو توقعات التجريبية في السياقات الفلسفية حيث لا تنشأ مشكلة المعرفة على هذا النحو ، نحن

سوف نتعامل مع التجريبية في نفس اللحظة التي يتم فيها تشكيل إمكانية خطاب عن المعرفة ، بشكل مستقل عن خطاب حول الكينونة."

2)    التيار التنظيري : و هو تيار حديث النشأة حيث يرى الباحث جيم قراي أن هذا التيار ظهر منذ مئات السنوات يعمل و يقوم على تعميم الملاحظات. حيث يعمل الباحثون على بناء نظريات من أجل شرح و تعميم الملاحظات التجريبية. فيقومون بوضع قوانين علمية في شكل رياضي. على سبيل المثال نجد قانون الجاذبية لنيوتن، أو مبدأ الإنغمار لأرخميدس.

3)    علوم الحاسوب : ظهر هذا التيار منذ عشرات السنين  و هو تيار علمي يقوم على استخدام علوم الحوسبة في التعامل مع العلميات. و هو ما سمح بتطوير النمذجة الآلية، تتبع العمليات، تطبيق البروتوكولات و خاصة تطوير أنظمة المحاكاة.

4)    العلوم الموجهة بالبيانات : في السنوات الأخيرة، اعتمدت بعض التخصصات النموذج الرابع ، الذي يتميز بالبيانات الضخمة: العلوم الموجهة حسب البيانات. سواء كنا نعمل من خلال عمليات المحاكاة أو أجهزة استشعار القياس أو البيانات من الإنترنت ، يعتمد البحث على كميات كبيرة من البيانات التي يصعب فهمها بالنسبة لدماغنا البشري. حيث يتم يستخدم الخوارزميات لجعل البيانات تتحدث ومحاولة العثور على كائن مرغوب فيه ، أو فرضية محتملة.

النقاش حول قدوم النموذج الرابع ، كما قدمه جيم جراي ، لا يزال مفتوحًا. بالنسبة للبعض ، ليس الأمر نموذج جديد بل هو طريقة مكملة للنهج التقليدية ، والتي أصبحت ضرورية من خلال وجود  كم كبير جدا من البيانات. بغض النظر، يركز العلم بشكل متزايد على البيانات ، والتي بحكم انفتاحها والنمو الأسي ، يجب الآن أن تؤخذ في الاعتبار في عملية البحث العلمي.

https://lorexplor.istex.fr/Wicri/Wicri/fr/index.php/Fichier:JimGray4thParadigm.png

العلوم الموجهة بالبيانات Data Driven Science: في مقاله المتعلق بالإجابة عن كون  العلوم الموجهة بالبيانات براديغم رابع حقيقي صرح الباحث بما يلي : "قد يكون العلم القائم على البيانات في الواقع نموذجًا علميًا رابعًا مشروعًا وجديدًا. أو يمكن أن يكون امتدادًا وتحويلًا جذريًا للنماذج الحالية للنظرية والتجريب والحساب. يصنع تصنيف تأثير الكميات الهائلة من البيانات على العملية العلمية تمرينًا معرفيًا مثيرًا للاهتمام ، لكن من الناحية العملية ، أظن أنه لا يهم. الحقيقة هي أن العلم أصبح مدفوعًا بالبيانات على نطاق لم يكن متخيلًا من قبل. سيؤدي انتشار الوصول وحجم البيانات إلى تغيير جذري في العملية العلمية."

العلوم  الإلكترونية E-Science: التقدم الحديث في تكنولوجيا التجريب والقياس يجعل من الممكن الحصول على كمية هائلة من البيانات عالية الأبعاد. وغني عن القول أن هذا الاتجاه قد أجبر العلماء لتغيير مواقفهم تجاه البيانات. الاستخدام الفعال للبيانات عالية الأبعاد ينطوي على قوة إطار عمل ومنهجية مرنة لجعل الارتباط الوثيق بين علم المعلومات الغرض الأصلي من تحليل البيانات المستمدة من مختلف التخصصات العلمية. الهدف من هذا المشروع هو إنشاء إطار جديد للعلوم الطبيعية ، وهي العلوم القائمة على البيانات.

لقد لاحظنا أن النمذجة المتفرقة (SpM) هي تقنية أساسية للعلوم المعتمدة على البيانات. في مجال علم المعلومات تلقى SpM اهتمامًا كبيرًا مؤخرًأ و نقصد بها :

 أولاً : البيانات عالية الأبعاد متناثرة ويمكن التعبير عنها أساسًا بواسطة عدد قليل من المتغيرات.

ثانيًا : يجب تقليل عدد المتغيرات التفسيرية دون فقدان الدقة.

أخيرًا : يتم اختيار المتغيرات التوضيحية بموضوعية و يتم إنشاء نماذج الظواهر المستهدفة تلقائيًا.

مقارنة بين العلوم التقليدية و العلوم الإلكترونية :

يمثل العلم التقليدي تقاليد فلسفية متميزة في تاريخ العلم ، لكن العلم الإلكتروني ، كما يقال ، يتطلب نقلة نوعية ، وإضافة فرع ثالث من العلوم. "إن فكرة البيانات المفتوحة ليست فكرة جديدة ؛ في الواقع ، عند دراسة تاريخ وفلسفة العلم ، يرجع الفضل إلى روبرت بويل في التأكيد على مفاهيم الشك والشفافية وقابلية إعادة الإنتاج للتحقق المستقل في النشر العلمي في ستينيات القرن السادس عشر. تم تقسيم الطريقة لاحقًا إلى فرعين رئيسيين ، النهجين الاستنتاجي والتجريبي. واليوم ، يجب أن تتضمن المراجعة النظرية في المنهج العلمي فرعًا جديدًا ، تدافع عنه فيكتوريا ستودن ، فرع النهج الحسابي ، حيث مثل الطريقتين الأخريين ، تم الكشف عن الخطوات الحسابية التي يستخلص من خلالها العلماء النتائج. هذا لأنه خلال العشرين عامًا الماضية ، كان الناس يتصارعون مع كيفية التعامل مع التغييرات في الحوسبة عالية الأداء والمحاكاة. "على هذا النحو ، تهدف العلوم الإلكترونية إلى الجمع بين كل من التقاليد التجريبية والنظرية ، في حين أن المحاكاة الحاسوبية يمكن أن تخلق بيانات اصطناعية ، ويمكن استخدام البيانات الضخمة في الوقت الحقيقي لمعايرة نماذج المحاكاة النظرية. من الناحية المفاهيمية ، تدور العلوم الإلكترونية حول تطوير طرق جديدة لدعم العلماء في إجراء البحث العلمي بهدف تحقيق اكتشافات علمية جديدة من خلال تحليل كميات هائلة من البيانات التي يمكن الوصول إليها عبر الإنترنت باستخدام كميات هائلة من الموارد الحسابية. ومع ذلك ، لا يمكن إجراء الاكتشافات ذات القيمة ببساطة من خلال توفير أدوات حسابية أو بنية تحتية إلكترونية أو عن طريق تنفيذ مجموعة محددة مسبقًا من الخطوات لتحقيق نتيجة. بدلاً من ذلك ، يجب أن يكون هناك جانب أصلي وإبداعي للنشاط لا يمكن بطبيعته أتمتة. وقد أدى ذلك إلى العديد من الأبحاث التي تحاول تحديد الخصائص التي يجب أن توفرها منصات العلوم الإلكترونية من أجل دعم نموذج جديد لممارسة العلوم ، وقواعد جديدة للوفاء بمتطلبات الحفاظ على نتائج البيانات الحسابية وإتاحتها بطريقة تسمح بذلك. يمكن استنساخها في خطوات منطقية يمكن تتبعها ، كمطلب جوهري للحفاظ على النزاهة العلمية الحديثة التي تسمح بتخفيف "تقليد بويل في العصر الحسابي".