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 今天，Nature的一篇報(bào)道有點(diǎn)不同。

沒(méi)有說(shuō)最新的科學(xué)研究進(jìn)展，也沒(méi)有說(shuō)這個(gè)時(shí)代的科學(xué)家們。

而是將鏡頭聚焦在計(jì)算機(jī)上，更具體一點(diǎn)，是聚焦在計(jì)算機(jī)代碼上。

在過(guò)去的一年中，Nature對(duì)數(shù)十名研究人員進(jìn)行了調(diào)查，以選出這幾十年以來(lái)，改變研究的關(guān)鍵代碼。

現(xiàn)在，評(píng)選結(jié)果新鮮出爐。

簡(jiǎn)單看了下，有半世紀(jì)的“語(yǔ)言先驅(qū)”、“祖宗之法”Fortran，理工科的老朋友了，相信個(gè)中滋味很多人都能體會(huì)。

還有不知不覺(jué)已經(jīng)“而立之年”的論文利器arXiv.org——全球最大的免費(fèi)預(yù)印本平臺(tái)，每月吸引超過(guò)15000份投稿和3000萬(wàn)次下載。

……

究竟還有哪些代碼改變了現(xiàn)在的科學(xué)？Nature又為何Pick這些代碼？

“語(yǔ)言先驅(qū)”Fortran（1957）

說(shuō)到Fortran，相信很多大學(xué)生都受到它的摧殘“洗禮”。

在知乎上有一個(gè)2015年的古早問(wèn)答：“和 C++ 相比，用 Fortran 編程是怎樣的體驗(yàn)？”

其中一個(gè)高贊回答講述了他被Fortran“洗禮”的經(jīng)歷，引發(fā)廣泛共鳴，得到了1331個(gè)點(diǎn)贊。

即便如此，依然沒(méi)辦法磨滅它在語(yǔ)言界的地位。

最早的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)對(duì)用戶，尤其對(duì)科學(xué)家并不友好。其中的機(jī)器語(yǔ)言、編程語(yǔ)言需要科學(xué)家對(duì)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)有深入的了解。

直到在上個(gè)世紀(jì)50年代，IBM團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了“公式翻譯語(yǔ)言”Fortran，情況發(fā)生了改變。

普林斯頓大學(xué)的氣候?qū)W家Syukuro Manabe表示，F(xiàn)ortran使非計(jì)算機(jī)科學(xué)家的研究人員可以訪問(wèn)程序。

他和他的同事使用該語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了全球第一個(gè)氣候模型，被美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局200年來(lái)發(fā)生的十大突破之一。

如今，F(xiàn)ortran已經(jīng)發(fā)展到第八個(gè)十年了，它仍然被廣泛地應(yīng)用于氣候建模、流體動(dòng)力學(xué)、計(jì)算化學(xué)等一些涉及復(fù)雜計(jì)算的學(xué)科。

古早的Fortran代碼庫(kù)仍然活躍在實(shí)驗(yàn)室和全球的超級(jí)計(jì)算機(jī)上。

而立之年的arXiv.org（1991）

一定沒(méi)有想過(guò)，幾乎所有科研人員都使用過(guò)的論文福音——arXiv已進(jìn)入第三十個(gè)年頭。

目前，它已經(jīng)收錄約180萬(wàn)份預(yù)印本，全部免費(fèi)提供大家交流。

每月的投稿和下載數(shù)量也一直只增不減。

據(jù)Nature統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在每月將吸引了15000多份投稿和約3000萬(wàn)次下載。

而它一開(kāi)始，也不過(guò)只是一個(gè)聚焦于高能物理的電子郵件自動(dòng)回復(fù)系統(tǒng)。

在沒(méi)有arXiv之前，科學(xué)家們大多通過(guò)郵寄的方式將提交的手稿副本寄給同事，以征求評(píng)價(jià)。

但寄出的數(shù)量有限，看到論文的也不過(guò)幾個(gè)人。

見(jiàn)到此狀，一位墨西哥州工作的高能物理學(xué)家Ginsparg決定編寫(xiě)了一個(gè)電子郵件自動(dòng)回復(fù)系統(tǒng)。

訂閱者每天都會(huì)收到預(yù)印本的清單，每個(gè)清單都有一個(gè)文章標(biāo)識(shí)符。

于是，通過(guò)一封電子郵件，世界各地的用戶可以從實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中提交或檢索文章，獲得新文章列表或按作者、標(biāo)題搜索。

一開(kāi)始，Ginsparg計(jì)劃是將文章保留三個(gè)月，論文內(nèi)容限制在高能物理學(xué)界。

但在同事的說(shuō)服之下，1993年他將該系統(tǒng)遷移到互聯(lián)網(wǎng)上。5年之后，他給它起了今天的名字：arXiv.org。

Hinton指導(dǎo)的AlexNet（2012年）

如果要說(shuō)當(dāng)前更接地氣一點(diǎn)，就要提到這個(gè)快速學(xué)習(xí)AI——AlexNet。

一開(kāi)始，人工智能有兩種。一種是使用編碼規(guī)則，另一種使用計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬大腦的神經(jīng)結(jié)構(gòu)來(lái)“學(xué)習(xí)”，幾十年來(lái)，人工智能研究人員一直將后一種方法視為“廢話”。直到2012年，Hinton改變了這一格局。

最初的ImageNet全球挑戰(zhàn)賽，最好的算法錯(cuò)誤率也有25%之高。

而Hinton的兩位研究生提出的這個(gè)AlexNet，一種深度學(xué)習(xí)算法，直接將錯(cuò)誤率降低到了16%。

Hinton表示，我們基本上將錯(cuò)誤率降低了一半，或者說(shuō)幾乎降低了一半。而這樣的成績(jī)，揭開(kāi)了深度學(xué)習(xí)在各個(gè)領(lǐng)域上的應(yīng)用。

200年“歷史”的快速傅里葉變換（1965）

相信很多數(shù)學(xué)、工程領(lǐng)域的同學(xué)都對(duì)它很熟悉， 快速傅里葉變換 (fast Fourier transform) 即利用計(jì)算機(jī)快速計(jì)算離散傅里葉變換（DFT）的統(tǒng)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)FFT。

值得一提的是，這里的基本思想早在1805年就已推導(dǎo)出來(lái)，但直到在1965年才得到普及。

來(lái)自美國(guó)的兩位數(shù)學(xué)家James Cooley和John Tukey提出利用算法讓計(jì)算所需要的乘法次數(shù)大為減少，特別是被變換的抽樣點(diǎn)數(shù)N越多，F(xiàn)FT算法計(jì)算量的節(jié)省就越顯著，計(jì)算速度也會(huì)提高。

比如，對(duì)于1000抽樣點(diǎn)數(shù)，速度提升約100倍；對(duì)于100萬(wàn)點(diǎn)，速度提升5萬(wàn)倍。

由此，快速傅里葉變換開(kāi)啟了數(shù)字信號(hào)處理、圖像分析、結(jié)構(gòu)生物學(xué)等方面的應(yīng)用。它曾被IEEE科學(xué)與工程計(jì)算期刊列入20世紀(jì)十大算法。

軟件驅(qū)動(dòng)的生物數(shù)據(jù)庫(kù)（1865）

數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)研究的一個(gè)重要組成部分，以至于很少有人注意到它其實(shí)是由軟件驅(qū)動(dòng)的。

在過(guò)去十幾年中，數(shù)據(jù)庫(kù)以肉眼可見(jiàn)的速度影響了很多領(lǐng)域，但也許沒(méi)有什么地方可以比生物學(xué)更為顯著。

不管是從蛋白質(zhì)序列發(fā)現(xiàn)癌癥致病因子，還是合成生物學(xué)等領(lǐng)域都少不了龐大基因組和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的工作。

上個(gè)世紀(jì)60年代初，當(dāng)生物學(xué)家還在努力拆解蛋白質(zhì)的氨基酸序列時(shí)，Margaret Dayhoff（生物信息學(xué)先驅(qū)）則開(kāi)始默默整理這些蛋白質(zhì)信息，創(chuàng)建蛋白質(zhì)和核酸數(shù)據(jù)庫(kù)以及查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的工具。

她的《蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)圖譜》在1965年首次出版，描述了當(dāng)時(shí)已知的65種蛋白質(zhì)的序列、結(jié)構(gòu)和相似性。而且她還將其數(shù)據(jù)編碼在打孔卡中，這使得擴(kuò)大數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行搜索成為可能。

之后，更多計(jì)算機(jī)化的生物數(shù)據(jù)庫(kù)也隨之而來(lái)，蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)于1971年上線，今天它詳細(xì)記錄了17萬(wàn)多個(gè)大分子結(jié)構(gòu)。

天氣預(yù)報(bào)員：一般流通模型（1969年）

“螞蟻搬家蛇過(guò)道，明天必有大雨到。”

以前的天氣預(yù)報(bào)都是依靠人們的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)，直到這個(gè)模型——一般流通模型的出現(xiàn)，根據(jù)物理定律進(jìn)行氣候建模的工作，由此開(kāi)啟了計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)天氣的時(shí)代。

在20世紀(jì)40年代末，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父約翰·馮·諾依曼便成立了他的天氣預(yù)測(cè)小組。

1955年，第二個(gè)團(tuán)隊(duì)—地球物理流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室也開(kāi)始了所謂的 “無(wú)限預(yù)報(bào)”—即氣候建模的工作。

直到1969年，這其中才有人真正做出了天氣預(yù)測(cè)模型，使其首次能夠在硅片中測(cè)試二氧化碳水平上升的影響。，創(chuàng)造了2006年Nature形容的科學(xué)計(jì)算的“里程碑”。

今天的模型可以將地球表面劃分為25×25公里的方塊，將大氣層劃分為幾十個(gè)層次。

相比之下，Manabe和Bryan的海洋-大氣組合模型，使用的是500公里的方塊和9個(gè)層次，只覆蓋了全球的六分之一。

除此之外，還有數(shù)字處理者BLAS，顯微鏡必不可少的NIH Image，序列搜索器BLAST，數(shù)據(jù)瀏覽器IPython Notebook。

好了，你Pick哪一款？如果其他心儀的代碼，歡迎與我們分享。