Three main points: 1. Data Science (DS) will be increasingly important to heliophysics; 2. Methods of heliophysics science discovery will continually evolve, requiring the use of learning technologies [e.g., machine learning (ML)] that are applied rigorously and that are capable of supporting discovery; and 3. To grow with the pace of data, technology, and workforce changes, heliophysics requires a new approach to the representation of knowledge.

机器学习（ML）与高能物理学（HEP）的快速发展的交集给我们的社区带来了机会和挑战。远远超出了标准ML工具在HEP问题上的应用，这两个领域的一代人才素养正在开发真正的新的和潜在的革命性方法。迫切需要支持跨学科社区推动这些发展的需求，包括在这两个领域的交汇处为专门研究提供资金，在大学投资高性能计算以及调整分配政策以支持这项工作，开发社区工具和标准，并为年轻研究人员提供教育和职业道路，从而吸引了机器学习的智力活力，以吸引高能量物理学。

鉴于HEP研究的核心，数据科学（DS）和机器学习（ML）在高能量物理学（HEP）中的作用增长良好和相关。此外，利用物理数据固有的对称性激发了物理信息的ML作为计算机科学研究的充满活力的子场。 HEP研究人员从广泛使用的材料中受益匪浅，可用于教育，培训和劳动力开发。他们还为这些材料做出了贡献，并为DS/ML相关的字段提供软件。物理部门越来越多地在DS，ML和物理学的交集上提供课程，通常使用HEP研究人员开发的课程，并涉及HEP中使用的开放软件和数据。在这份白皮书中，我们探讨了HEP研究与DS/ML教育之间的协同作用，讨论了此交叉路口的机会和挑战，并提出了将是互惠互利的社区活动。

空间生物学研究旨在了解太空飞行对生物的根本影响，制定支持深度空间探索的基础知识，最终生物工程航天器和栖息地稳定植物，农作物，微生物，动物和人类的生态系统，为持续的多行星寿命稳定。要提高这些目标，该领域利用了来自星空和地下模拟研究的实验，平台，数据和模型生物。由于研究扩展到低地球轨道之外，实验和平台必须是最大自主，光，敏捷和智能化，以加快知识发现。在这里，我们介绍了由美国国家航空航天局的人工智能，机器学习和建模应用程序组织的研讨会的建议摘要，这些应用程序为这些空间生物学挑战提供了关键解决方案。在未来十年中，将人工智能融入太空生物学领域将深化天空效应的生物学理解，促进预测性建模和分析，支持最大自主和可重复的实验，并有效地管理星载数据和元数据，所有目标使生活能够在深空中茁壮成长。

机器学习（ML）系统的开发和部署可以用现代工具轻松执行，但该过程通常是匆忙和意思是结束的。缺乏勤奋会导致技术债务，范围蠕变和未对准的目标，模型滥用和失败，以及昂贵的后果。另一方面，工程系统遵循明确定义的流程和测试标准，以简化高质量，可靠的结果的开发。极端是航天器系统，其中关键任务措施和鲁棒性在开发过程中根深蒂固。借鉴航天器工程和ML的经验（通过域名通过产品的研究），我们开发了一种经过验证的机器学习开发和部署的系统工程方法。我们的“机器学习技术准备水平”（MLTRL）框架定义了一个原则的过程，以确保强大，可靠和负责的系统，同时为ML工作流程流线型，包括来自传统软件工程的关键区别。 MLTRL甚至更多，MLTRL为跨团队和组织的人们定义了一个人工智能和机器学习技术的人员。在这里，我们描述了通过生产化和部署在医学诊断，消费者计算机视觉，卫星图像和粒子物理学等领域，以通过生产和部署在基本研究中开发ML方法的几个现实世界使用情况的框架和阐明。

Digital engineering transformation is a crucial process for the engineering paradigm shifts in the fourth industrial revolution (4IR), and artificial intelligence (AI) is a critical enabling technology in digital engineering transformation. This article discusses the following research questions: What are the fundamental changes in the 4IR? More specifically, what are the fundamental changes in engineering? What is digital engineering? What are the main uncertainties there? What is trustworthy AI? Why is it important today? What are emerging engineering paradigm shifts in the 4IR? What is the relationship between the data-intensive paradigm and digital engineering transformation? What should we do for digitalization? From investigating the pattern of industrial revolutions, this article argues that ubiquitous machine intelligence (uMI) is the defining power brought by the 4IR. Digitalization is a condition to leverage ubiquitous machine intelligence. Digital engineering transformation towards Industry 4.0 has three essential building blocks: digitalization of engineering, leveraging ubiquitous machine intelligence, and building digital trust and security. The engineering design community at large is facing an excellent opportunity to bring the new capabilities of ubiquitous machine intelligence and trustworthy AI principles, as well as digital trust, together in various engineering systems design to ensure the trustworthiness of systems in Industry 4.0.

超越地球轨道的人类空间勘探将涉及大量距离和持续时间的任务。为了有效减轻无数空间健康危害，数据和空间健康系统的范式转移是实现地球独立性的，而不是Earth-Reliance所必需的。有希望在生物学和健康的人工智能和机器学习领域的发展可以解决这些需求。我们提出了一个适当的自主和智能精密空间健康系统，可以监控，汇总和评估生物医学状态;分析和预测个性化不良健康结果;适应并响应新累积的数据;并提供对其船员医务人员的个人深度空间机组人员和迭代决策支持的预防性，可操作和及时的见解。在这里，我们介绍了美国国家航空航天局组织的研讨会的建议摘要，以便在太空生物学和健康中未来的人工智能应用。在未来十年，生物监测技术，生物标志科学，航天器硬件，智能软件和简化的数据管理必须成熟，并编织成精确的空间健康系统，以使人类在深空中茁壮成长。

Data-centric artificial intelligence (data-centric AI) represents an emerging paradigm emphasizing that the systematic design and engineering of data is essential for building effective and efficient AI-based systems. The objective of this article is to introduce practitioners and researchers from the field of Information Systems (IS) to data-centric AI. We define relevant terms, provide key characteristics to contrast the data-centric paradigm to the model-centric one, and introduce a framework for data-centric AI. We distinguish data-centric AI from related concepts and discuss its longer-term implications for the IS community.

虽然AI有利于人类，但如果没有适当发展，它也可能会损害人类。 HCI工作的重点是从与非AI计算系统的传统人类交互转换，以与AI系统交互。我们在HCI视角下开展了高级文献综述，对当前工作的整体分析。我们的审核和分析突出了AI技术引入的新变更以及HCI专业人员在AI系统开发中应用人以人为本的AI（HCAI）方法时，新挑战的新挑战。我们还确定了与AI系统人类互动的七个主要问题，其中HCI专业人员在开发非AI计算系统时没有遇到。为了进一步实现HCAI方法的实施，我们确定了与特定的HCAI驱动的设计目标相关的新的HCI机会，以指导HCI专业人员解决这些新问题。最后，我们对当前HCI方法的评估显示了这些方法支持开发AI系统的局限性。我们提出了可以帮助克服这些局限性的替代方法，并有效帮助HCI专业人员将HCAI方法应用于AI系统的发展。我们还为HCI专业人员提供战略建议，以有效影响利用HCAI方法的AI系统的发展，最终发展HCAI系统。

在文化遗产部门中，在将机器学习技术应用于数字收藏时，已经做出了越来越多的努力来考虑关键的社会技术视角。尽管文化遗产社区共同开发了一大批工作，详细介绍了在组织层面的图书馆和其他文化遗产机构中的机器学习负责任的运营，但仍有很少专门针对从业人员踏上机器学习项目的实践者。将机器学习应用于文化遗产所涉及的歧管赌注和敏感性强调了制定此类准则的重要性。本文通过在开发利用文化遗产数据的机器学习项目时使用指导性问题和实践来制定详细的清单，从而为这一需求做出了贡献。我将结果清单称为“收集为ML数据”清单，完成后，该清单可以通过项目的可交付成果发布。通过调查现有项目，包括我自己的项目，报纸导航员，我证明了“作为ML数据的收集”清单是合理的，并证明了如何采用和操作该制定的指导问题。

通过机器学习的人工智能越来越多地用于数字社会。基于机器学习的解决方案带来了巨大的机会，从而创造了“软件2.0”，而且为工程界提供了巨大的挑战。由于数据科学家使用的实验方法在开发机器学习模型时，敏捷是一个重要的特征。在这个主题演讲中，我们讨论了两种当代开发现象，这是机器学习开发的基础，即笔记本界面和MLOPS。首先，我们提出了一种解决方案，可以通过支持对集成开发环境的简单过渡来解决笔记本电脑中工作的一些内在弱点。其次，我们通过在MLOPS语境中引入隐喻障碍和钢筋来提出AI系统的加强工程。基于机器学习的解决方案是动态的本质上，我们认为强化连续工程是质量保证明天可信赖的AI系统。

人工智能（AI）治理调节行使权威和控制AI的管理。它旨在通过有效利用数据并最大程度地减少与AI相关的成本和风险来利用AI。尽管AI治理和AI伦理等主题在理论，哲学，社会和监管层面上进行了详尽的讨论，但针对公司和公司的AI治理工作有限。这项工作将AI产品视为系统，在该系统中，通过机器学习（ML）模型（培训）数据传递关键功能。我们通过在AI和相关领域（例如ML）合成文献来得出一个概念框架。我们的框架将AI治理分解为数据的治理，（ML）模型和（AI）系统沿着四个维度。它与现有的IT和数据治理框架和实践有关。它可以由从业者和学者都采用。对于从业者来说，主要是研究论文的综合，但从业者的出版物和监管机构的出版物也为实施AI治理提供了宝贵的起点，而对于学者来说，该论文强调了许多AI治理领域，值得更多关注。

随着各种公开的AI伦理原则的共识，差距仍然可以随时采用设计和开发负责任的AI系统。我们研究了来自澳大利亚国家科学研究机构（CSIRO）的研究人员和工程师的实践和经验，他们参与设计和开发AI系统的一系列目的。半结构化访谈用于检查参与者的做法如何与澳大利亚政府提出的一套高级AI伦理原则涉及并对齐。原则包括：隐私保护和安全，可靠性和安全性，透明度和解释性，公平性，竞争性，责任，人以人为本的价值观和人类，社会与环境福祉。研究了研究人员和工程师的见解以及在原则的实际应用中为它们提供的挑战。最后，提供了一系列组织响应，以支持实施高级AI道德原则。

背景：在各个领域中观察到需求不断增加，以利用机器学习（ML）解决复杂问题。 ML模型作为软件组件实现，并部署在机器学习软件系统（MLSS）中。问题：非常需要确保MLSS的服务质量。这种系统的虚假决定或不良决定会导致其他系统的故障，重大财务损失甚至对人类生命的威胁。 MLSSS的质量保证被认为是一项具有挑战性的任务，目前是一个热门研究主题。此外，重要的是要涵盖MLSS中质量的所有各个方面。目的：本文旨在从从业者的角度研究MLSS中实际质量问题的特征。这项实证研究旨在确定与MLSS质量差有关的坏实践目录。方法：我们计划对从业人员/专家进行一系列访谈，认为访谈是在处理质量问题时检索其经验和实践的最佳方法。我们希望在此步骤中开发的问题目录还将帮助我们以后确定MLSS质量问题的严重性，根本原因以及可能的补救措施，从而使我们能够为ML模型和MLSS开发有效的质量保证工具。

气候变化已成为最大的全球性问题之一，越来越多地损害地球的居住地。最近的发展如加利福尼亚州和加拿大的非凡热浪，以及德国的毁灭性洪水指向气候变化在极端天气不断增长的频率下的作用。在过去的五十年中，天气和气候的数值模型已经看到了巨大的改善，但仍有严格的限制仍有待克服。空间和时间本地化预测是需要一个小时，以便有效适应措施，以尽量减少生命和财产丧失。基于人工智能的方法正在展示有希望的导致改进预测，但仍然受到必要硬件和软件所需的可用性来处理地球地球的规模所需的软硬件和软件的限制。量子计算是一种新兴范式，在几个领域中发现了潜在的适用性。在这种意见作品中，我们认为为量子计算机设计的人工智能算法的新发展 - 也称为量子人工智能（QAI） - 可以提供进一步进一步的气候变化科学所需的关键突破。预计天气和气候预测的改善将级联到众多社会福利。

我们概述了新兴机会和挑战，以提高AI对科学发现的效用。AI为行业的独特目标与AI科学的目标创造了识别模式中的识别模式与来自数据的发现模式之间的紧张。如果我们解决了与域驱动的科学模型和数据驱动的AI学习机之间的“弥补差距”相关的根本挑战，那么我们预计这些AI模型可以改变假说发电，科学发现和科学过程本身。

过去十年已经看到人工智能（AI）的显着进展，这导致了用于解决各种问题的算法。然而，通过增加模型复杂性并采用缺乏透明度的黑匣子AI模型来满足这种成功。为了响应这种需求，已经提出了说明的AI（Xai）以使AI更透明，从而提高关键结构域中的AI。虽然有几个关于Xai主题的Xai主题的评论，但在Xai中发现了挑战和潜在的研究方向，这些挑战和研究方向被分散。因此，本研究为Xai组织的挑战和未来的研究方向提出了系统的挑战和未来研究方向：（1）基于机器学习生命周期的Xai挑战和研究方向，基于机器的挑战和研究方向阶段：设计，开发和部署。我们认为，我们的META调查通过为XAI地区的未来探索指导提供了XAI文学。

可解释的人工智能和可解释的机器学习是重要性越来越重要的研究领域。然而，潜在的概念仍然难以捉摸，并且缺乏普遍商定的定义。虽然社会科学最近的灵感已经重新分为人类受助人的需求和期望的工作，但该领域仍然错过了具体的概念化。通过审查人类解释性的哲学和社会基础，我们采取措施来解决这一挑战，然后我们转化为技术领域。特别是，我们仔细审查了算法黑匣子的概念，并通过解释过程确定的理解频谱并扩展了背景知识。这种方法允许我们将可解释性（逻辑）推理定义为在某些背景知识下解释的透明洞察（进入黑匣子）的解释 - 这是一个从事在Admoleis中理解的过程。然后，我们采用这种概念化来重新审视透明度和预测权力之间的争议权差异，以及对安特 - 人穴和后宫后解释者的影响，以及可解释性发挥的公平和问责制。我们还讨论机器学习工作流程的组件，可能需要可解释性，从以人为本的可解释性建立一系列思想，重点介绍声明，对比陈述和解释过程。我们的讨论调整并补充目前的研究，以帮助更好地导航开放问题 - 而不是试图解决任何个人问题 - 从而为实现的地面讨论和解释的人工智能和可解释的机器学习的未来进展奠定了坚实的基础。我们结束了我们的研究结果，重新审视了实现所需的算法透明度水平所需的人以人为本的解释过程。

负责任的AI被广泛认为是我们时代最大的科学挑战之一，也是释放AI市场并增加采用率的关键。为了应对负责任的AI挑战，最近已经发布了许多AI伦理原则框架，AI系统应该符合这些框架。但是，没有进一步的最佳实践指导，从业者除了真实性之外没有什么。同样，在算法级别而不是系统级的算法上进行了重大努力，主要集中于数学无关的道德原则（例如隐私和公平）的一部分。然而，道德问题在开发生命周期的任何步骤中都可能发生，从而超过AI算法和模型以外的系统的许多AI，非AI和数据组件。为了从系统的角度操作负责任的AI，在本文中，我们采用了一种面向模式的方法，并根据系统的多媒体文献综述（MLR）的结果提出了负责任的AI模式目录。与其呆在道德原则层面或算法层面上，我们专注于AI系统利益相关者可以在实践中采取的模式，以确保开发的AI系统在整个治理和工程生命周期中负责。负责的AI模式编目将模式分为三组：多层次治理模式，可信赖的过程模式和负责任的逐设计产品模式。这些模式为利益相关者实施负责任的AI提供了系统性和可行的指导。

本章讨论了数据组织自动化过程的棱镜的AI，并举例说明了解释性能够在从当前的AI系统中移动到下一个系统的作用，其中人类的作用被从中抬起数据注释器为使用AI系统工作的AI系统。