MIT2016寒假科研营安排资料.doc

2016年MIT寒假科研营项目介绍2016年4月20目 录一、项目介绍11.1项目简介11.2项目优势1二、部分科研项目介绍22.1生物信息学，成像学及自组装学方向22.2计算机与大数据方向：探寻引力波和AlphaGo背后的故事62.3金融工程方向：追寻阿尔法132.4机器人，动力学与控制工程方向：像赛格威般旅行172.5材料化学方向：“滴水不沾”的超浸润材料21一、项目介绍1.1项目简介致力于帮助申请出国的本科生及优秀高中生打造私人定制的科研项目实践，为选择大学专业及进入实验室做好全方位的准备。我们将针对学生的爱好和专业需求，选取学术前沿领域的代表性问题进行定制课程设计，并挑选世界一流学府的精英导师与学生进行零距离的双语科研辅导。项目期间，导师将全程带领学生调研该专业领域背景理论，热点问题及未来发展方向，辅导学生完成一个专业领域的定制科研项目；学生将全程进入真实的科研环境，感受世界名校科研氛围及生活环境，并领略到科研的真正乐趣所在。在实习结束后，导师将根据学生的表现出具推荐信。1.2项目优势不同于以往的实习经历，本项目旨在帮助学生深入了解国内&国际名校实验室科研环境，让学生真正了解如何从事科研工作，怎样从基础知识入手，再一步步深入直到完成一个科研项目，本项目可以帮助学生更加清晰的了解自己所在的专业以及未来发展前景，为学生之后的申请奠定一个良好又扎实的专业基础。主要亮点包括： 名校前沿领域定制项目经历 名校导师专属推荐信 名校导师全程面对面辅导 名校实验室游览参观二、部分科研项目介绍2.1生物信息学，成像学及自组装学方向2.1.1简介此实习项目专门为计划申请数据分析、统计学、生物信息学，计算机图像学，应用数学，生物医学等交叉专业学科的学生所设计。学生将跟麻省理工学院媒体实验室的导师一同工作，掌握生物信息学和图像处理学中的重要科研方法，利用数据分析和建模的手段解决基因组学，生物成像学，3D自组装制造等热门科研领域中的实际问题。实习结束后，导师会根据学生表现出具推荐信。2.1.2内容 本项目涵盖了基于生物信息学，成像学，3维自组装制造学的前沿性探索课题。 介绍三门学科中的基本原理，科研现状； 简单介绍重要的编程语言，为后续动手实践做铺垫； 提供项目所需数据分析软件平台，熟悉生物数据的读取； 介绍统计学， 信噪比提升等数据处理方法； 项目研究1，基于基因组学的生物信息学大数据挖掘； 项目研究2，基于生物成像学数据进行复杂算法编程及信息提取； 项目研究3， 基于生物分子自组装特性设计任意形状的纳米结构； 介绍科研报告和写作的内容，风格，及要点； 学生实现相关数据处理算法，并应用于具体生物数据和问题中，得到预测结果，实现对学生的考核。 图1. 生物信息学及成像学应用 (UCSF and Neuro Experts websites, 2012) 图2.分子自组装制造技术 (Nature Nanotechnology 6, 763772, 2011)2.1.3师资背景任职教师一：历任MIT Media Lab和哈佛大学博士后，现任UMASS Amherst电子工程系助理教授，在UCLA博士期间于美国伯克利国家实验室任客座研究员，与IBM T .J. Watson Research Center, 南加州大学等进行紧密合作。其主要研究贡献在于新型的生物分析传感器和细胞成像学的技术开发，石墨烯电子学器件的扰动性能等研究。已发表多篇高质量杂志论文，其中包括Nature Communications，Nano Letters, Proceedings of the IEEE等. 其工作多次被Science Daily, Berkeley Lab News, PhysicsOrg 等主流科技新闻重点报道。曾获国家优秀自费留学生奖学金，MRS最佳报告奖等奖励，现任30多个科技期刊审稿人，任职教师二：MIT Center for Bits and Atoms博士后，在University of Florida取得材料科学博士和工业工程硕士双学位。博士期间研究领域涉及能源材料的电化学性能，纳米技术在昆虫学上的应用以及纳米形貌制备与表征等多个领域，现在进行关于基于蛋白质分子的自组装电化学系统研究。作为第一作者发表过多篇高质量论文，曾受邀作为Journal of Ceramic Science and Technology的客座编辑，并任多个科技期刊审稿人。2.1.4招生对象及要求大二以上优秀本科生及部分优秀高中生，为计划申请数据分析、统计学、生物信息学，计算机图像学，应用数学生物医学等交叉专业学科的学生所设计。为了让学生可以更好的完成科研项目，项目组会以笔试和面试的形式对学生进行筛选。2.1.5行程安排日期时间项目进度学生任务1月31日下午抵达波士顿，入住酒店晚上破冰活动2月1日上午参观哈佛大学和麻省理工学院， 下午项目开题，导师分享在MIT工作和学习的收获；2月2日上午进入课程：如何进行生物信息学，成像学和自组装的研究？我们要在这门课中学到什么？文献调研下午项目基本要求，学生分组2月3日上午生物信息学简介，MATLAB编程环境MATALB, FIJI/Image J下午生物成像学简介，图像处理软件介绍2月4日上午自组装纳米结构简介, 仿真环境介绍CadNano, Maya下午信息学项目基础：基因组学中的数学分析2月5日上午成像学项目基础：多信道成像技术实现数据读取下午自组装项目基础: DNA分子材料的功能设计2月6日上午游览波士顿自由之路下午利物浦广场&波士顿图书馆2月7日上午技术环节讨论：统计方法，信噪比滤除， 可视化展示界面 实现基本数据处理下午项目执行A：数据处理（算法优化分组讨论）2月8日上午技术环节讨论：结果优化实现数据优化及分析下午项目执行B：数据分析 （结合项目背景）2月9日上午科技报告的风格和要点介绍 + 数据汇总 + 准备报告内容课题口头及书面报告下午各小组口头报告，晚11：59提交书面报告2月10日上午总结与展望对三份报告进行总结下午Farewell Party，颁发毕业证书2月11号上午搭乘飞机返回北京备注：实际行程安排顺序可能会根据特定原因进行调整2.2计算机与大数据方向：探寻引力波和AlphaGo背后的故事2.2.1背景2016年2月，有关引力波被发现的新闻铺天盖地席卷而来，给物理学界带来来巨大的轰动的同时，也带给人们观测宇宙的一种新的工具。事实上，引力波的发现是大数据科学的一个具体的应用。2016年的阿尔法狗（AlphaGo）打败国际围棋大赛的消息同样不胫而走，你是否好奇后面所隐藏的原理呢？此次麻省理工学院暑假科研实习计划将帮助你通过系统性研究，揭开和大数据科学相关的各项技术，为你揭秘引力波发现和AlphaGo背后的故事。2.3.2简介在此次课程中间，学生将会通过课程与自学接触大数据科学的方方面面，并将之用于具体项目研究中。通过本次课程的学习，学生能够动手开发基于深度学习的引力波数据处理工具，并能用公有云计算平台对数据进行处理、分析、挖掘和可视化。课程分为理论学习与实际试验开发，同时学生需要良好的自学钻研能力，届时导师将布置大量的探索性课题以供学生培养起良好的科学研究素养。 项目结束后，导师会根据学生表现出具推荐信。2.2.3内容此次研究性实习目的在于让学生更好地了解工程类研究的过程。此项目可以让学生大量接触到包括大数据科学，深度学习，虚拟化技术，容器技术，NoSQL等具体工程研究知识。学生首先了解引力波数据处理和分析的项目背景，并熟悉一门通用的开发语言和云计算数据处理平台。接下来，围绕近两年主流的虚拟化容器为重点，将学生完成的项目部署到虚拟容器中，让学生能体会一次部署，到处执行的优势。然后，通过亲手实践现代高可扩展非结构化数据库和内存计算等方向，让学生体会最新最火的大数据如何给引力波数据处理带来便利。最后通过选讲各种酷炫等现代可视化技术，让学生能够栩栩如生等看到自己等项目成功成为产品展示出来。2.2.4 师资背景任职教师在麻省理工学院担任博士后研究员，兼任美国麻州实验室的资深软件架构师，2015年受聘于中国某知名大学特聘教授。其全职工作五年的麻省理工学院的空间实验室研究组由于在2016年发现引力波而轰动世界。作为项目计算平台组核心成员，承担了整个引力波探测大数据高性能计算平台的搭建，数据分析和利用新兴虚拟项目提供计算支撑等任务。2.2.5 招生对象及要求优秀本科生及研究生，天才高中生，计划申请计算机、电子信息、数据分析、应用数学等相关专业。必要时会进行面试或笔试。2.2.6 行程安排日期时间项目进度Lab相关1月31日下午抵达波士顿，入住酒店晚上破冰活动2月1日上午参观哈佛大学和麻省理工学院下午项目开题，老师介绍在MIT工作和学习的收获2月2日上午基础课程（1），编程语言Node.js, Python或者Java三选一。在Mac或者Linux平台上利用深度学习算法开发引力波数据处理工具。下午基础课程（2），熟悉Linux平台的基本操作指令2月3日上午概论篇（1）：大数据和云计算概论，从定义、理论到实践，概述主流云计算和大数据平台和近30种主流开源工具。将引力波数据处理工具重新部署到AWS里，用EC2等机器处理，结果放进S3里。下午概论篇（2）：公有云计算平台AWS微服务选讲和实践，EC2，S3等。2月4日上午虚拟化技术篇（1）：常规虚拟化和容器虚拟化技术选讲。虚拟技术方案：将引力波数据处理工具部署到容器中，然后创建镜像和发布到资源池。下午虚拟化技术篇（2）：Docker容器虚拟化技术实践和应用。2月5日上午理论篇（1）：CAPACIDBASE 基础理论，一致性模型，一致性协议等。理论方案：完成相关论文选读，写论文报告。下午理论篇（2）：布隆滤波器，哈希树等。2月6日上午存储篇（1）：RDBMS, NoSQL, NewSQL 等，介绍数据库基础理论，各种数据库等利弊等。容器从Cassandra中读取数据，并能将输出的全部数据写到Cassandra中。下午存储篇（2）：Cassandra作为案例介绍主流等NoSQL数据库等原理和方法。2月7日上午游览波士顿自由之路下午利物浦广场&波士顿图书馆2月8日上午处理篇（1）：三种主流编程模型（MapReduce，Pregel）首先设计引力波数据处理并行化方案，然后采用Hadoop和Spark两套工具分别部署和处理。下午处理篇（2）： Hadoop和Spark实践2月9日上午可视化篇（1）：数据可视化工具选讲。以直观互动方式呈现输入和输出数据。下午可视化篇（2）：D3，Armcharts 可视化实践。2月10日上午总结与展望，学生报告下午Farewell Party 2月11号上午搭乘飞机返回北京备注：实际行程安排顺序可能会根据机票或者天气等原因进行调整2.3金融工程方向：追寻阿尔法2.3.1背景2008年全球金融海啸第一次让很多人意识到了金融工程师，这个神秘行业的存在。从变幻莫测的衍生品交易，到迅雷不及掩耳的量化股票交易，财富在几个交易日，几分钟甚至几毫秒的时间里大量的被摧毁和创造。许多百年金融机构在08年宣告破产，而于此同时，大量默默无闻的交易员和对冲基金却一战成名，成为美国上流社会的亿万富翁。从今年各国的外汇大战，到油价的巨幅波动，金融大战如何建立国际经济新秩序？这背后，是无数金融人和金融工程师智慧的博弈和结晶。2.3.2简介 此项目专门为计划申请金融、金融工程、统计、精算、经济学的学生所设计。学生将跟随麻省理工学院的金融学博士生一同工作，实际进行金融建模，衍生品及大宗商品交易策略，高频交易策略，及宏观经济建模等工作。实习结束后，导师会根据学生表现出具推荐信。2.3.3内容 在科研营期间，讲师将引导学生，根据其研究兴趣，进行三个，或其他方向的研究。 研究方向一：量化交易策略，追寻阿尔法。此方向将研究主动性的股票及外汇量化交易策略能否打败被动的指数交易策略。到底优秀的基金经理人能否战胜市场还是凭借运气随波逐流。经过量化设计，你的交易策略能否打败市场，成为华尔街的精英？ 研究方向二：资产配置和另类投资。作为资产管理者，当大量的经理人还在管理股票，债券，和房地产时，少数有远见的资产管理者已把目光投降另类投资产品。私募股权，创业投资，衍生品交易，你能否挖掘出新兴交易品种，并产生高回报和低风险的投资组合。 研究方向三：资产定价理论与公司金融理论。或许你已经能熟练的掌握CAPM, APT, Black-Scholes 这些资产定价模型。你能否通过对模型小的改动而推导出对金融市场有更多认知的新理论？2.3.4 师资背景 任职教师：MIT Master of Finance助理讲师，美国麻省理工金融经济学博士生。纽约大学斯特恩商学院金融，精算双学士学位。 他于博士工作期间发表了多篇高质量的杂志论文，其中 “The Real Value of Chinas Stock Market”刊登在美国国家经济研究局杂志，并受邀在中国人民银行，上海证券交易所，深圳证券交易所，清华大学，北京大学，长江商学院，上海交通大学高级金融学院演讲。他还与2014到2015年期间，供职与瑞银集团全球投行部首席财政官斯蒂芬罗斯奇先生的私人研究助理。 本科期间，他荣获最高荣耀毕业生。并与全美商学院的荣耀生一同受邀与美国著名股票大亨沃伦巴菲特在伯克希尔哈撒韦总部共进午餐。他还曾供职与华尔街投行德意志银行的量化交易科学部。 他现在的主要研究方向是资产定价，量化交易策略，主权基金，对冲基金，大学捐赠基金的资产配置和交易策略。2.3.5 招生对象及要求 优秀本科生及研究生，天才高中生，计划申请金融、金融工程、统计、经济学等相关专业。必要时会进行面试或笔试。2.3.6 行程安排日期时间项目进度1月31日下午抵达波士顿，入住酒店晚上破冰活动, 2月1日上午参观哈佛大学和麻省理工学院下午项目开题，导师分享在MIT工作和学习的收获；2月2日上午进入课程：金融最前沿，学术界和华尔街都在做什么？股票与债券下午阿尔法策略与beta策略2月3日上午资产级：主权基金与捐赠基金,私募股权与创投基金下午对冲基金与共同基金2月4日上午股票交易中的微观市场结构研究下午量化交易与高频交易2月5日上午宏观模型与央行货币政策下午外汇衍生品市场2月6日上午游览波士顿自由之路下午利物浦广场&波士顿图书馆2月7日上午公司金融：契约理论, 公司金融：追踪CEO下午公司金融：并购与重组公司金融：债权融资还是股权2月8日上午房地产市场与次级债产品下午大宗商品与固收衍生品2月9日上午融资行为金融学与动物精神下午金融风险控制与对冲理论2月10日上午课程总结：学生案例分享下午美国名校phd与金融工程硕士申请如何进入华尔街？2月11号上午搭乘飞机返回北京备注：实际行程安排顺序可能会根据机票或者天气等原因进行调整2.4像赛格威般旅行机器人，动力学与控制工程2.4.1背景你曾经见过赛格威自平衡车吗？你是否也梦想有朝一日拥有一辆自平衡车，并骑着它畅游大街小巷？你是否好奇自平衡车的背后机理。此次麻省理工学院寒假科研实习计划将帮助你通过系统性研究，揭开自平衡车的机理（机器人技术，高等动力学，控制原理等），每个人将亲手创造一个小型自平衡车。2.4.2简介在此次课程中间，学生将会通过课程与自学接触高等动力学与经典控制原理，并将之用于具体项目研究中。此次的两位授课教师分别为MIT DLab讲师以及MIT机械工程在读博士生。他们将带来专程为此课程设计开发的自平衡车平台。而学生将跟随老师，通过具体的设计，建模与编程组建自己的自平衡车。课程分为理论学习与实际试验开发，同时学生需要良好的自学钻研能力，届时导师将布置大量的探索性课题以供学生培养起良好的科学研究素养。除此之外，5位MIT不同领域的学生将被邀请为客座讲师，讲述目前最新的科学研究成果。项目结束后，导师会根据学生表现出具推荐信。2.4.3内容此次研究性实习目的在于让学生更好地了解工程类研究的过程。此项目可以让学生大量接触到包括机器人学，控制理论，动力学，嵌入式开发等具体工程研究知识。学生首先将接触动力学知识，并以此为基础建立自平衡车状态空间模型，分析其动力学性能。接下来，基于线性控制理论，学生将设计与开发控制算法从而实现自平衡车直立平衡。最后同学们可实现进一步的算法设计如行进，壁障等智能算法。本次研究性项目最大的亮点在于项目导师针对该项目开发了具体的自平衡车测试平台，学生有机会任意测试其算法在实际模型中的效果，为同学们提供了迅速将理论知识化为实践的机会。2.4.4师资背景 任职教师一：现为MIT机械工程系博士后。在理论和计算流体力学方面，尤其是其在海洋科学与工程上的应用，具有广泛的科研兴趣。他在仿生推进和非线性水波理论上的多项成果已经发表在权威杂志“物理评论快报”和“流体力学杂志”上。他也是MIT海洋科学工程奖学金的获得者。在计算流体力学方面的深入研究为他在编程方面打下了坚实的基础。 任职教师二：麻省理工学院机械工程在读博士生，获得上海交通大学海洋工程学士学位，以及麻省理工学院机械工程硕士学位。本科期间，其创立的智能运载器实验室被选为 “上海交通大学十大学生科技创新基地” （其为唯一一个由学生创立并领导的创新基地），并获得多家企事业以及校方的经费支持总计达到170余万元。依托科技创新基地，其创立了上海交通大学学生兴趣课程计划并主讲了其中“嵌入式开发”，“Windows程序开发”，“3D设计与动画”等课程。此外，他同时成功创办了麦林普斯智能运动器械公司，主研智能传感器在运动器材中的开发与应用。在麻省理工学院求学期间，其主攻方向为深蓝技术，由其测定的深海防喷器水动力系数现被BP，Shell，Exxon Mobil等各大石油公司采用列为行业标准之一。并以此获得美国船级社创新奖（获此奖学金的唯一华人）。 任职教师三: 麻省理工学院原子核科学专业在读博士生，生于北京，生长于日本横滨。其毕业于日本庆应义塾大学应用物理系,获工学 学士学位，后赶美国麻省理工学院攻读原子核科学博士学位。在庆应义塾大学，求学期间成功的结合量子概率论与量子电动力学解释了量子纠缠传态现象,并提供了数项提高量子态保真率的量子反馈控制方案。在社会活动方面,其为日本日中友好协会会员,多年在日本促进了日中青少年文化交流与学术交流。在麻省理工学院求学期间，主要研究方向为量子系统辨识于量子控制理论，量子概率与非交换代数,冷原子物理与量子光学。其曾获得庆应义塾大学奖学金, 日本船井信息科学振兴财团留学奖学金，庆应义塾大学最优秀学士论文奖等。 2.4.5招生对象及要求优秀本科生及部分优秀高中生，计划申请机械工程、电子信息、自动化、海洋工程等相关专业，为了让学生可以更好的完成科研项目，项目组会以笔试和面试的形式对学生进行筛选。2.4.6行程安排日期时间项目进度Lab相关1月31日下午抵达波士顿，入住酒店晚上破冰活动2月1日上午参观哈佛大学和麻省理工学院， 下午项目开题，老师介绍在MIT工作和学习的收获2月2日上午MIT进入课程:我们要在这门课中学到什么? 下午高等动力学建模:拉格朗日方程与稳定性分析 Matlab2月3日上午控制理论初步:线性系统与非线性系统Matlab Simulink下午控制理论初步:控制器,估算器,补偿器的设计与分析 (Ackermann Theory) 2月4日上午嵌入式开发 Arduino 下午Arduino 控制板编程(C 语言) 2月5日上午MIT Balance Car 介绍 Matlab Simulink PID Tool 下午卡尔曼滤波与 MPU6050 2月6日上午游览波士顿自由之路下午利物浦广场&波士顿图书馆2月7日上午MIT Balance Car DebugProcessing下午PID，LQR控制算法与应用2月8日上午无线控制之蓝牙技术 MIT Balance Car下午MIT Balance Car Debug 2月9日上午Processing 界面开发技术 MIT Balance Car下午自适应控制算法 2月10日上午机器人高等技术:AI 初步 下午项目总结presentation2月11号上午搭乘飞机返回北京备注：1. 实际行程安排顺序可能会根据机票或者天气等原因进行调整2. 课程期间会有5位MIT的机械工程与电子与计算机工程的嘉宾在课程的下午进行其研究演讲报告。2.5神奇的界面化学：“滴水不沾”的超浸润材料2.5.1背景 美丽的荷花能出淤泥而不染，神奇的水黾可在水面自由滑行。你是否好奇荷叶效应的背后机理？此次麻省理工学院暑假科研实习计划将帮助你通过理论学习与实验操作，探秘荷叶效应，揭开材料的不沾水机理。同时每个人还将亲手设计与制备出具有不沾水的衣服以及防雾眼睛等产品。2.5.2简介在此次课程中间，学生将会通过课程理论学习和实验操作了解超疏水材料神奇的界面现象，并将之用于具体项目研究中。此次的两位授课教师分别为MIT以及NYU的博士后研究员，他们将为学员提供悉心的实验辅导和学术训练，并亲自设计多个有趣的化学实验魔术，提高学生的学习科研兴趣。同时学生将跟随老师，通过具体的实验操作，制备具有不沾水的衣服以及防雾眼睛。课程分为理论学习与实验操作，同时学生需要良好的自学钻研能力，届时导师将布置大量的探索性课题以供学生培养起良好的科学研究素养。除此之外，导师还将安排专题讲座，讲述目前最新的科学研究成果。项目结束后，导师会根据学生表现出具推荐信。2.5.3内容此次研究性实习目的在于让学生更好地了解材料类研究的过程。此项目可以让学生大量接触到包括材料科学，表面化学，界面化学，物理化学，仿生科学等领域具体的研究知识。学生首先将了解材料的固液现象，并以此为基础在材料表面引入粗糙度和低表面能化学成分，实现材料的超疏水性能。接下来，学生将进一步了解超疏水材料的斥水性能，自清洁效应以及液滴弹跳现象。最后为深入了解超浸润材料的工程应用，学生将在老师的指导下设计与制备出具有不沾水的衣服以及防雾眼睛等产品。本次研究性项目最大的亮点在于项目导师针对该项目设计了多个化学魔术实验寓学于乐。通过有趣的化学实验，提高学生的科研兴趣，并培养起良好的科学研究素养。同时学生还将亲自操作设计具体的实验产品，迅速将理论知识转化为实际应用。2.5.4师资背景任职教师一：麻省