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提案 65-21

新的研究生证书：天体物理学大数据统计

提交者：物理系

联合主办：计算机科学系

1。版本日期：2021 年 3 月 29 日

2。提案人联系方式：Elena Giusarma (egiusarm@mtu.edu)、Petra Huentemeyer (petra@mtu.edu)、Robert Nemiroff (nemiroff@mtu.edu)、Brian Fick (fick@mtu.edu)、Ranjit Pati (patir@mtu.edu)、Yoke Khin 叶 (ykyap@mtu.edu) 和拉维·潘迪 (pandey@mtu.edu)

3。跨学科计划：已获得合作部门和学院的最终批准 院长理事会会议，然后转发给教务长办公室和参议院。 建议和行政职责将完全由物理系承担。

4。一般说明和特征

一般说明：此 9 学分研究生证书“天体物理学中的大数据统计”包括以下目标：
a) 吸引对以下领域感兴趣的研究生参加我们的证书课程 天体物理学相关大数据的统计分析。
b) 为寻求刷新统计数据的研究生提供培训 分析技术并将其应用于现实世界的大数据。
c) 通过实践提高研究生的可信度和市场竞争力 他们未来职业所需的技能和知识背景。

目录说明：毕业证书天体物理学中的大数据统计让学生能够 1) 奠定统计分析、数据挖掘的基础， 和机器学习； 2）了解如何实现算法；如何使用数据库 管理数据；以及如何使用机器学习工具从数据中学习； 3） 开发并实施新的机器学习方法来解决天体物理学中的不同问题。 基于这些技能，学生可以探索统计技术的应用 和机器学习工具来分析和解释天体物理数据。

研究生学习成果 (GLO) 评估
完成后，学生将：

1。 GLO 1：获得此证书的学生将有能力解决开放式问题 通过统计推断、机器学习解决天文学和天体物理学中的问题 算法，或数据挖掘技术。
2。 GLO 2：获得此证书的学生将能够有效地展示 天体物理学数据分析的基本概念。

5。节目名称：“天体物理学大数据统计研究生证书”

6。基本原理
天文学和天体物理学数据的规模和复杂性正在急剧增长 随着探测器、望远镜和计算机变得越来越强大。现代望远镜 每次观察都会产生数 TB 的数据，并且在接下来的十年中，数据量 预计将进入PB领域。分析和解释这些大数据 集、现有统计方法的知识以及发展 新的数据挖掘和机器学习工具至关重要。特别是数据挖掘 技术对于分析和描述结构化数据非常重要，例如， 在大数据集中寻找模式；虽然机器学习技术很重要 通过将数据与数据行为模型进行比较来处理和解释数据， 例如监督分类方法。

7。相关方案的讨论
我们提议的证书的独特之处在于它要求跨学科和 将数据科学（统计、数据处理、人工智能）与 天体物理学领域。天文学/天体物理学有很多证书课程 或例如数据科学，

1. 加州大学伯克利分校–
2.密歇根大学 -
3.佐治亚理工学院–

像我们在这里建议的那样将这两个领域结合起来的计划较少， 例如，

1。明尼苏达大学 -
2。斯坦福大学 - 天体物理学和粒子物理学数据科学

从这些链接中的信息来看，没有证据表明这些外部程序 正在网上提供。

8。预计入学人数
表 1 显示了假设采用更积极的营销方法时预计的最低目标 已部署。招生上限取决于可分配的部分数量 每门课程。以后可以在线提供证书 必修课和选修课的版本现已推出。

表 1. 按年份估计的最低入学人数。

9。课程设计
此 9 学分证书由一门必修课和其他选修课组成。仅 三个学分可能在4000水平。必修课和选修课列表 课程描述如下。预计学生将与 项目顾问选择适合他们兴趣和必备技能的课程。 课程讲师在认为适当时可以放弃此类课程先决条件。

必修课程 - 3 学分
PH5396 天文学中的统计、数据挖掘和机器学习（学分：3.0）
（新课程 - 新课程表格附在提案末尾）

选修课程 - 3 学分（4000 个级别）
PH4610 恒星天体物理学（学分：3.0）
PH4620 银河天体物理学（学分：3.0）
PH4630 粒子天体物理学（学分：3.0）

选修课程 - 3 学分（5000 个级别）
PH5610 高能天体物理学（学分：3.0）
MA5761 计算统计（学分：3.0）
PH5395 物理计算机模拟（学分：3.0）
CS/EE 5841 机器学习（学分：3.0）
CS/EE 5821 计算智能 - 理论与应用（学分：3.0）

课程说明

PH5396 天文学中的统计、数据挖掘和机器学习：课程重点 关于使用统计推断解决现代天文学和天体物理学问题， 机器学习和数据挖掘方法。

PH4610 恒星天体物理学：该课程包括观测天体物理学的概述， 恒星大气、恒星结构、物质的原子特性、辐射和 恒星内部的能量传输，以及恒星与主恒星之间的演化 序列。

PH4620 银河天体物理学：该课程致力于研究其组成 和我们星系的动力学，恒星相遇的动力学，螺旋密度波理论， 星系团、理论宇宙学、早期宇宙物理学和观测 宇宙学。

PH4630 粒子天体物理学：该课程介绍了粒子天体物理学的孪生领域 基本粒子物理学和高能天体物理学。主题包括概述 粒子和相互作用、膨胀的宇宙、守恒定律、暗物质 以及暗能量、大尺度结构和宇宙粒子。

PH5610 高能天体物理学：该课程描述了物理过程 对于极端天体物理来源的光的结构和发射很重要。

MA5761 计算统计：该课程介绍计算 强化统计方法。主题包括重采样方法、蒙特卡罗模拟 方法、估计函数的平滑技术以及探索数据结构的方法。 本课程将使用统计软件S-plus。

PH5395 物理学中的计算机模拟：计算研究是不可或缺的一部分 物理学、材料科学和工程学。本课程适合高级 有兴趣从事研究领域工作的本科生和研究生 例如凝聚态物理学、天体物理学、生物物理学、大气物理学、化学 工程、机械工程、电气工程和其他相关领域。

CS/EE 5841 机器学习：本课程将探讨基本技术 机器学习。主题来自无监督和监督领域 学习。具体涵盖的方法包括朴素贝叶斯、决策树、支持向量 机（SVM）、集成和聚类方法。

CS/EE 5821 计算智能 - 理论与应用：本课程涵盖 计算智能的四个主要范式，即模糊系统、人工 神经网络、进化计算和群体智能及其集成 开发混合动力系统。计算智能的应用包括分类、 回归、聚类、控制、机器人等

10。新课程描述
PH5396 天文学中的统计、数据挖掘和机器学习：课程重点 关于使用统计推断解决现代天文学和天体物理学问题， 机器学习和数据挖掘方法。

11。显示完成时间的模型时间表
最短完成时间为两个学期。典型的时间表如下所示。

12。图书馆和其他学习资源
不需要额外的图书馆或其他学习资源。

13。可用/所需设备的描述
不需要额外的设备。

14。计划费用
预计不会产生额外的计划费用。

15。认证要求
无

16。计划实施日期
该计划预计于 2021 年秋季开始。证书计划将在 一旦建立并切实可行，就将其扩展为在线计划。

新计划的更多信息：

1。特定计划的政策、法规和规则。
该计划将遵循参议院研究生证书政策 411.1。无需额外 除了上述课程要求外，还适用特定于计划的政策。

2。日程安排计划
校园部分不需要更改课程安排，而在线部分 可以异步实现。

3。空间
此证书不需要额外的空间。

4。教师简历
已教授或能够教授相关课程的相关教师已给出 下面。教师网页的示例中嵌入了教师姓名。

布莱恩·E·菲克mtu.edu/physical/department/faculty/fick
佩特拉·H·洪特迈耶/physicals/department/faculty/huentemeyer/
埃琳娜·朱萨玛/physicals/department/faculty/giusarma/
罗伯特·J·内米罗夫/physicals/department/faculty/nemiroff/
中村一诚/physicals/department/faculty/nakamura/
袁晓勇
蒂莫西·哈文/computing/about/faculty/havens/

审批流程
部门批准：2021 年 1 月 22 日
科学与艺术学院：2021 年 2 月 15 日
研究生院委员会：2021 年 3 月 2 日
教务长办公室和院长理事会：2021 年 3 月 15 日
参议院批准：4/21/21
总统批准：4/26/21

*MTU 课程添加 PDF 格式的提案表，链接在顶部