引言

上一章介绍了计算机:文字、数字和图像最终都要依靠约定,变成计算机可以处理的 0 和 1。 对化学研究者来说,接着需要回答的是:实验读数、谱图、分子结构和文献,怎样变成能够分析和使用的数据?

实验记录得很详细,过几个月却找不到当时的浓度;论文里有许多曲线,建表时却缺少原始数值;同样写着“荧光增强”,不同文章采用的参照和条件又不一样。 这些困难说明,拥有资料和能够使用资料之间,还有表示、整理和核查的工作。

你的实验记录本,在计算机眼里是什么? 这个问题既涉及怎么存,也涉及存了什么,以及这些记录能支持什么判断。 数据的质量、数量和覆盖范围,会影响后续能够研究的问题;算法不能自动补回没有测量或没有记录的全部信息。

本章沿五个问题展开:

  1. 概念:数据与信息有什么关系,整理和解释在其中起什么作用?
  2. 表示:数字、文字、图像和分子结构,分别怎样进入计算机?
  3. 组织方式:什么是结构化与非结构化数据,怎样组织自己的科研记录?
  4. 标准:怎样判断数据好不好,数量与质量如何共同考虑?
  5. 使用条件:文献数据为什么难以复用,怎样为后续分析和建模准备数据?

3.1 概念:记录、语境与信息

3.1.1 先从记录与解释的区别理解

数据是对对象、状态或关系的客观记录,可以是数字、文字、符号、图像或声音。 实验仪器直接导出的读数是数据,经过初步整理的峰位表、反应产率表,同样是数据。

在科研语境下,信息是数据被置于具体背景并赋予解释后,对研究问题产生的认知。 孤立的数字(如“0.582”)含义未明,属于原始数据; 若标明其为“某样品在 595 nm 处的吸光度”,并结合标准曲线计算出“样品浓度为 0.45 mg/mL”,数据就转化为了可以指导科研判断的信息。

数据与信息不是截然分开的两类文件,而是相对于具体研究阶段而言的: 上一步推导出的信息,保存进数据表后,又可以成为下一步分析建模的数据输入。

3.1.2 科研例子:数据如何结合语境转化为信息

从记录到明确认识,需要补充具体的实验条件与参照背景。

场景 原始数据(记录了什么) 补充的实验语境与依据 提取出的信息(对问题的认识)
荧光表征 水含量 90% 时,605 nm 处强度为 1847 a.u. 对照纯水与纯有机溶剂中的低强度发光谱图 该分子具有典型聚集诱导发光(AIE)特征,聚集态荧光显著增强
细胞实验 808 nm 照射 5 min 后,CCK-8 读数为 0.62 引入未光照空白对照,结合标准存活率公式换算 该功率密度下细胞相对存活率约 55%,表现出明显的光热杀伤效果
紫外定量 595 nm 处测得吸光度为 0.582 对应线性范围内的标准曲线(吸光度—浓度关系) 计算得出样品蛋白质浓度为 0.45 mg/mL
反应控温 三次独立测得反应温度为 25.6、26.1、25.8 ℃ 实验预设的容许温度波动范围(±0.5 ℃) 反应体系平均温度为 25.8 ℃,温控稳定,符合实验条件
文献对照 实验组转化率 32.5%,对照组 18.2% 平行重复测试与统计误差分析 新催化体系使反应转化率相对提升 14.3 个百分点
动物实验 周期性测量小鼠肿瘤体积 设定对照组基线与多次治疗的时间序列记录 治疗组肿瘤生长曲线显著平缓,初步确认疗法具有抑瘤效果
光谱对比 同一样品的溶液与薄膜发射峰分别为 450 nm 和 510 nm 确认两组测试的激发波长与仪器参数保持一致 固态样品相较于溶液状态发生了 60 nm 的红移现象

这些例子表明:数据是基石,语境赋予其灵魂。

没有实验条件、参照体系和换算关系的孤立数字只是未解的读数;只有补齐上下文,数据才能真正回答科学问题。