ΕΠΛ671 Ερευνητικές Μέθοδοι στην Πληροφορική

1. ΕΠΛ671Ερευνητικές Μέθοδοι στην Πληροφορική Εισαγωγή

2. The Fourth Industrial Revolution: what it means, how to respond • Klaus Schwab, WEF, 14 January 2016, http://www.weforum.org/ • We stand on the brink of a technological revolution that will fundamentally alter the way we live, work, and relate to one another. In its scale, scope, and complexity, the transformation will be unlike anything humankind has experienced before. We do not yet know just how it will unfold…. • The possibilities of billions of people connected by mobile devices, with unprecedented processing power, storage capacity, and access to knowledge, are unlimited. And these possibilities will be multiplied by emerging technology breakthroughs in fields such as artificial intelligence, robotics, the Internet of Things, autonomous vehicles, 3-D printing, nanotechnology, biotechnology, materials science, energy storage, and quantum computing. • However, I am convinced of one thing—that in the future, talent, more than capital, will represent the critical factor of production.

4. Τα Διαδικαστικά • Μεταπτυχιακό μάθημα Πληροφορικής • Προαπαιτούμενο Μάθημα: Τουλάχιστον 2 μαθήματα μεταπτυχιακού επιπέδου • Ό,τι πληροφορία χρειαστείτε για το μάθημα (συμβόλαιο, πρόγραμμα μαθημάτων, παραπομπές βιβλιογραφίας, επικοινωνία και ανακοινώσεις) θα την βρείτε στην Ιστοσελίδα: • http://www.cs.ucy.ac.cy/courses/EPL671

5. Διδασκαλία και Βιβλιογραφία • Διαφάνειες διαλέξεων του μαθήματος (εισαγωγικές και ερευνητικές). • Άρθρα από την επιστημονική βιβλιογραφία • Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξετε στην ιστοσελίδα “Χρήσιμο Υλικό” του ιστιακού τόπου του μαθήματος.

6. Στόχος Μαθήματος • Το μάθημα αποτελεί μια εισαγωγή στη διεξαγωγή επιστημονικής έρευνας στο χώρο της Επιστήμης των Ηλεκτρονικών Υπολογιστών. Οι βασικοί στόχοι του μαθήματος είναι: • Η υποστήριξη των μεταπτυχιακών φοιτητών του Τμήματος στη διαδικασία εκπόνησης μεταπτυχιακών Διπλωματικών Διατριβών Μάστερ. • Η προετοιμασία των αποφοίτων του μεταπτυχιακού προγράμματος για την εμπλοκή τους σε έργα με καινοτομικό ή ερευνητικό χαρακτήρα και τη συνέχιση των σπουδών τους σε διδακτορικό επίπεδο.

7. Οργάνωση Μαθήματος • Το μάθημα θα διαιρεθεί σε τρεις λογικές ενότητες • Εισαγωγική Ενότητα • Ενότητα Ερευνητικών Σεμιναρίων • Ενότητα Ερευνητικών Επισκοπήσεων

8. Εισαγωγική Ενότητα • Σειράεισαγωγικών διαλέξεων που θα αναλύουν βασικές ερευνητικές έννοιες και δραστηριότητες • Χρήση και αξιοποίηση μιας κλασικής βιβλιοθήκης ή/και ψηφιακών βιβλιοθηκών, • Διερεύνηση και μελέτη της ερευνητικής βιβλιογραφίας, • Επισκόπηση ενός επιστημονικού θέματος ή υποπεριοχής, • Κρίση επιστημονικών κειμένων, • Συγγραφή επιστημονικών και τεχνικών κειμένων, • Διαδικασία δημοσίευσης ερευνητικών εργασιών, • Εκπόνηση, τεκμηρίωση και συγγραφή μεταπτυχιακών διατριβών, • Προετοιμασία τεχνικών και ερευνητικών διαλέξεων, • Ο ρόλος του σύμβουλου καθηγητή, η σχέση συμβούλου-φοιτητή, • Προδιαγραφές μιας μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας, • Η σημασία της δικτύωσης με την επιστημονική κοινότητα, κλπ.

9. Ενότητα Ερευνητικών Σεμιναρίων • Σεμινάρια ερευνητικού περιεχομένου από μέλη του Τμήματος Πληροφορικής ή/και προσκεκλημένους από άλλα Πανεπιστήμια,  ερευνητικά  κέντρα και το χώρο της αγοράς/βιομηχανίας. • Κάθε σεμινάριο θα καταπιάνεται με ένα ερευνητικό πρόβλημα στην περιοχή εξειδίκευσης του ομιλητή και θα παρουσιάζεται με απλοποιημένο τρόπο η προσέγγιση που ακολουθήθηκε (π.χ. τα μοντέλα, οι μεθοδολογίες, οι αλγόριθμοι, τα αποτελέσματα κλπ.).

10. Ενότητα Ερευνητικών Επισκοπήσεων • Θα συσταθούν μικρές ομάδες βιβλιογραφικής μελέτης (2-4 ατόμων) οι οποίες θα τελούν υπό την επίβλεψη ενός καθηγητή-συμβούλου του τμήματος και θα εστιάζουν σε διάφορες περιοχές της Επιστήμης των Υπολογιστών • Κάθε ομάδα θα αναλάβει την  επισκόπηση της πρόσφατης βιβλιογραφίας σε κάποιο εξειδικευμένο ερευνητικό θέμα με βιβλιογραφική έρευνα, μελέτη και παρουσίαση των σχετικών επιστημονικών δημοσιεύσεων. • Στο πλαίσιο των ομάδων βιβλιογραφικής μελέτης θα γίνονται 15-μερες συναντήσεις με τον υπεύθυνο καθηγητή. Η μελέτη θα παρουσιαστεί από την ομάδα ενώπιον όλων των φοιτητών.

11. Αξιολόγηση • H αξιολόγηση ενός φοιτητή προϋποθέτει τα ακόλουθα: • Παρακολούθηση ΟΛΩΝ των εισαγωγικών διαλέξεων • Παρακολούθηση όλων των ερευνητικών σεμιναρίων, με απουσία στο πολύ 2 από αυτά. • 2 σεμινάρια μπορούν να αντικατασταθούν με ερευνητικές διαλέξεις ή σεμινάρια άλλων Τμημάτων της Σχολής Θετικών Επιστημών και της Πολυτεχνικής ή επισκεπτών καθηγητών στο Τμήμα Πληροφορικής. • Παρακολούθηση τουλάχιστον του 75% των παρουσιάσεων των ομάδων βιβλιογραφικής μελέτης. • Συμμετοχή σε ΟΛΕΣ τις συναντήσεις της ομάδας βιβλιογραφικής μελέτης στην οποία ανήκει.

12. Αξιολόγηση • Κάθε φοιτητής θα υποβάλλει γραπτή αναφορά για το αντικείμενο τριών ερευνητικών σεμιναρίων που έχει παρακολουθήσει από μέλη του Τμήματος Πληροφορικής. Η ανάθεση ενός σεμιναρίου σε κάποιο φοιτητή θα γίνεται με κλήρωση μετά το πέρας της σχετικής ομιλίας.  • Οι 3 γραπτές αναφορές θα πρέπει να υποβληθούν ηλεκτρονικά στους αντίστοιχους καθηγητές το αργότερο μια εβδομάδα μετά το σχετικό σεμινάριο και θα έχουν το μέγεθος το πολύ δύο σελίδων. • Κάθε αναφορά θα πρέπει να περιλαμβάνει σύντομη περίληψη του σεμιναρίου, παρουσίαση των 2-3 σημαντικότερων ερευνητικών ιδεών-συνεισφορών μαζί με την απαραίτητη αιτιολόγηση. Οι αναφορές θα βαθμολογούνται από τους καθηγητές που έδωσαν τα σχετικά ερευνητικά σεμινάρια. • Τα μέλη της ομάδας βιβλιογραφικής μελέτης θα παραδώσουν ομαδική γραπτή αναφορά στον υπεύθυνο καθηγητή-συντονιστή της ομάδας, ο οποίος και θα την αξιολογήσει. • Η αναφορά θα πρέπει να έχει τη μορφή ενός συνοπτικού άρθρου επισκόπησης της σχετικής υπο-περιοχής της Πληροφορικής και θα βασίζεται στις δημοσιεύσεις που εξετάστηκαν. • Η κάθε ομάδα θα παρουσιάσει εκτενώς τη μελέτη της ενώπιον του ακροατηρίου των φοιτητών με διαφάνειες. Η παρουσίαση θα έχει την ίδια δομή με τη γραπτή αναφορά, δε θα υπερβαίνει το χρόνο μιας δίωρης διάλεξης και κατά τη διάρκεια της κάθε μέλος της ομάδας θα παρουσιάσει ένα κομμάτι της. Η παρουσίαση θα βαθμολογείται από τους διδάσκοντες του μαθήματος.

13. Αξιολόγηση • Η τελική αξιολόγηση των φοιτητών θα γίνει με βάση την απόδοσή τους στις αναφορές και την παρουσίαση σύμφωνα με τους ακόλουθους συντελεστές βαρύτητας: • Γραπτές αναφορές σεμιναρίων: 30% (3 επί 10%) • Γραπτή Αναφορά Μελέτης Ομάδας: 50% • Παρουσίαση Μελέτης Ομάδας: 20%

14. What Research Is Not • Research isn’t information gathering: • Gathering information from resources such books or magazines isn’t research. • No contribution to new knowledge. • Research isn’t the transportation of facts: • Merely transporting facts from one resource to another doesn’t constitute research. • No contribution to new knowledge although this might make existing knowledge more accessible.

15. What Research Is • Research is: “…the systematic process of collecting and analyzing information (data) in order to increase our understanding of the phenomenon about which we are concerned or interested.”

16. Types of Research : • Theoretical • It involves the proposition of new theoretical notions, axioms, lemmas, or methods that reside on a higher level of abstraction and generality (theoretical computer science) • Applied • It targets the practical field of research by applying the theory on existing industry problems (e.g. medical informatics – telemedicine)

17. Research Characteristics • Originates with a question or problem. • Requires clear articulation of a goal. • Follows a specific plan or procedure. • Often divides main problem into subproblems. • Guided by specific problem, question, or hypothesis. • Accepts certain critical assumptions. • Requires collection and interpretation of data. • Cyclical (helical) in nature.

18. Research Projects • Research begins with a problem. • This problem need not be Earth-shaking. • Identifying this problem can actually be the hardest part of research. • In general, good research projects should: • Address an important question. • Advance knowledge.

19. Research Project Pitfalls • The following kinds of projects usually don’t make for good research: • Self-enlightenment. • Comparing data sets. • Correlating data sets. • Problems with yes / no answers.

20. High-Quality Research • Good research requires: • The scope and limitations of the work to be clearly defined. • The process to be clearly explained so that it can be reproduced and verified by other researchers. • A thoroughly planned design that is as objective as possible.

21. High-Quality Research • Good research requires: • Highly ethical standards be applied. • All limitations be documented. • Data be adequately analyzed and explained. • All findings be presented unambiguously and all conclusions be justified by sufficient evidence.

22. Skills need for research • Skills • critical thinking • literature searching, summarising • critical reading, evaluation of relevance and value • recognising similarities and differences • presenting logical and coherent argument • identification of research question and hypotheses • presentation skills—verbal and written • Κnowledge • different types of literature • choice of experimental and statistical techniques • scientific method, different research methods • Τools • literature search, research-oriented document production software

23. Sources of Research Problems • Observation. • Literature reviews. • Professional conferences/journals. • Experts.

24. Stating the Research Problem • Once you’ve identified a research problem: • State that problem clearly and completely. • Determine the feasibility of the research. • Identify subproblems: • Completely researchable units. • Small in number. • Add up to the total problem. • Must be clearly tied to the interpretation of the data.

25. Hypotheses • Hypotheses are tentative, intelligent guesses as to the solution of the problem. • There is often a 1-1 correspondence between a subproblem and a hypothesis. • Hypotheses can direct later research activities since they can help determine the nature of the research and methods applied.

26. Delimitations • All research has limitations and thus certain work that willnot be performed. • The work that will not be undertaken is described as the delimitations of the research.

27. Definitions • Define each technical term as it is used in relation to your research project. • This helps remove significant ambiguity from the research itself by ensuring that reviewers, while they may not agree with your definitions, at least know what you’re talking about.

28. Assumptions • Assumptions are those things that the researcher is taking for granted. • For example: a given test instrument accurately and consistently measures the phenomenon in question. • As a general rule you’re better off documenting an assumption than ignoring it. • Overlooked assumptions provide a prime source of debate about a research project’s results.

29. Importance of the Study • Many research problems have a kind of theoretical feel about them. Such projects often need to be justified: • What is the research project’s practical value? • Without this justification, it will prove difficult to convince others that the problem in question is worth study.

30. Research Proposals • Research proposals are documents that describe the intended research including: • Problem and subproblems. • Hypotheses. • Delimitations. • Definitions. • Assumptions. • Importance. • Literature review.

31. Literature Review • A literature review is a necessity. • Without this step, you won’t know if your problem has been solved or what related research is already underway. • When performing the review: • Start searching professional journals. • Begin with the most recent articles you can find. • Keep track of relevant articles in a bibliography. • Don’t be discouraged if work on the topic is already underway.

32. Literature Review Pitfalls • Be very careful to check your sources when doing your literature review. • Many trade magazines are not peer reviewed. • Professional conferences and journals often have each article reviewed by multiple people before it is even recommended for publication. • The IEEE and ACM digital libraries are good places to start looking for legitimate research.

33. Literature Review Pitfalls • The Internet can be a good source of information. It is also full of pseudo-science and poor research. • Make sure you verify the claims of any documentation that has not been peer reviewed by other professionals in the computing industry.

34. Processes & Methodologies • Research Process. • Common Methodologies. • Methodology Comparison.

35. Research Process • Research is an extremely cyclic process. • Later stages might necessitate a review of earlier work. • This isn’t a weakness of the process but is part of the built-in error correction machinery. • Because of the cyclic nature of research, it can be difficult to determine where to start and when to stop.

36. Step 1: A Question Is Raised • A question occurs to or is posed to the researcher for which that researcher has no answer. • This doesn’t mean that someone else doesn’t already have an answer. • The question needs to be converted to an appropriate problem statement like that documented in a research proposal.

37. Step 2: Suggest Hypotheses • The researcher generates intermediate hypotheses to describe a solution to the problem. • This is at best a temporary solution since there is as yet no evidence to support either the acceptance or rejection of these hypotheses.

38. Step 3: Literature Review • The available literature is reviewed to determine if there is already a solution to the problem. • Existing solutions do not always explain new observations. • The existing solution might require some revision or even be discarded.

39. Step 4: Literature Evaluation • It’s possible that the literature review has yielded a solution to the proposed problem. • This means that you haven’t really done research. • On the other hand, if the literature review turns up nothing, then additional research activities are justified.

40. Step 5: Acquire Data • The researcher now begins to gather data relating to the research problem. • The means of data acquisition will often change based on the type of the research problem. • This might entail only data gathering, but it could also require the creation of new measurement instruments.

41. Step 6: Data Analysis • The data that were gathered in the previous step are analyzed as a first step in ascertaining their meaning. • As before, the analysis of the data does not constitute research. • This is basic number crunching.

42. Step 7: Data Interpretation • The researcher interprets the newly analyzed data and suggests a conclusion. • This can be difficult. • Keep in mind that data analysis that suggests a correlation between two variables can’t automatically be interpreted as suggesting causality between those variables.

43. Step 8: Hypothesis Support • The data will either support the hypotheses or they won’t. • This may lead the researcher to cycle back to an earlier step in the process and begin again with a new hypothesis. • This is one of the self-correcting mechanisms associated with the scientific method.

44. Common Methodologies • Methodologies are high-level approaches to conducting research. • The individual steps within the methodology might vary based on the research being performed. • Two commonly used research methodologies: • Quantitative. • Qualitative.

45. Quantitative Explanation, prediction Test theories Known variables Large sample Standardized instruments Deductive Qualitative Explanation, description Build theories Unknown variables Small sample Observations, interviews Inductive Methodology Comparison

46. Ways To Measure Research • Journal Paper Approach(preferred by journal publishers)  • Measure: N, the total number of papers published.  • Reasoning: A researcher who generates a new idea writes a paper which is then reviewed by peers and eventually published in an archive journal. Thus, number of papers is a measure of productivity. • Actual Facts: Publication standards vary widely, with some conferences and journals accepting all submissions, and others accepting only a few. More important, almost all research is useless; no one really reads the papers. • One study estimates that on the average, a given research paper is read by 0.5 people, with the number being skewed upward by the few papers that are read by thousands. 

47. Ways To Measure Research • Rate Of Publication Approach(preferred by young researchers)  • Measure: N/T, the ratio of total papers published to the time in which they were published.  • Reasoning: Paper count is insufficient because it doesn't measure productivity -- if a researcher publishes 10 papers in one year, they are extremely productive, but if they publish 10 papers in a lifetime, they are extremely unproductive.  • Actual Facts: A researcher's publication rate varies over time; the real peaks occur just before an individual is considered for promotion, and the rate usually tapers off dramatically in the years before retirement. Thus, as a researcher ages, they stop talking about N/T, and revert to measuring N. 

48. Ways To Measure Research • Assessment Of Impact Approach(preferred by the handful of researchers who actually achieve something) • Measure: I/R, Ratio of the impact of the work to the amount of resources used to generate it.  • Reasoning: The ``impact'' of research on the field provides a good overall measure of value. One might ask questions such as: Did the work affect others? or Is the work cited and used? • To make a fair assessment, compute the ratio of impact to resources.  • Actual Facts: Both impact and resources are difficult to measure. More important, it is unfortunate that ``big science'' often appears to have more impact simply because it generates more publicity. 

49. Is there a crisis in publishing ethics? • More publicity • As many as 200,000 of the 17 million articles in the Medline database might be duplicates, either plagiarized or republished by the same author in different journals, according to a commentary published in Nature1. 2008 Jan, by Declan Butler http://www.nature.com/news/2008/080123/full/news.2008.520.html • Possibly 70 research papers published by one chemistry professor Pattium Chiranjeevi of Sri Venkateswara Univ (India) between 2004 and 2007 likely contain false data or were plagiarized, according to article in Chemical & Engineering News (Feb 2008) http://pubs.acs.org/cen/science/86/8607sci1.html • Greater volume submissions • Clarity of ethics rules? • Lack of agreed forum for investigation or enforcement

50. What are the rules? Do we teach them? • No single universal international set of rules that applies to all issues that arise in journals/conferences publishing • Universities have rules for plagiarism • Many individual journals, societies & publishers have their own codes