DRAKON.SU

Время биоинформатики

В JetBrains рассказали о новом направлении своей деятельности

Дмитрий Желвицкий, Computerworld Россия

В Санкт-Петербурге в главном центре разработки компании JetBrains, которая специализируется на создании инструментов разработки программного обеспечения, прошел технологический семинар, посвященный биоинформатике. Это направление компьютерных наук, только зарождающееся в России, представили сотрудники Санкт-Петербургского Академического университета РАН и лаборатории BioLabs. Несмотря на свою молодость и небольшой опыт работы, они уже могут похвастаться разработкой, которая отмечена публикацией в Journal of Computational Biology и используется во многих странах.

Цитата:
Николай Вяххи: «Мы хотим сделать лучший в мире геномный ассемблер и получить известность в среде биологов»

Лаборатория BioLabs создана по инициативе Сергея Дмитриева, одного из основателей JetBrains. Дмитриев был главой JetBrains c момента ее основания в 2000 году и до 2012 года. В настоящее время, занимая пост президента компании, он занимается инвестициями в новые перспективные стартапы и научной деятельностью. Биологическим направлением он заинтересовался около трех лет назад и начал формировать группу специалистов, которые обладают хорошими знаниями алгоритмов и навыками программирования систем Больших Данных.

Лаборатория является скорее научным проектом, чем коммерческим. BioLabs занимается решением чисто научных проблем, а не получением прибыли. Однако не исключено, что на базе лаборатории биоинформатики когда-нибудь будет создано полноценное бизнес-подразделение.

Первые ростки

Групп специалистов, которые, как в BioLabs, профессионально занимаются биоинформатикой, в России немного, и почти все они появились в последние годы. С сентября 2011 года в СПб АУ РАН начался набор в магистратуру по программе «Алгоритмическая биоинформатика». В МФТИ кафедра биоинформатики появилась только в нынешнем учебном году. Такая же кафедра в прошлом году создана в Нижегородском государственном университете. В этом ряду выделяется МГУ, в котором уже с 2002 года существует факультет биоинженерии и биоинформатики.

В то же время, по словам Николая Вяххи, куратора образовательных программ лаборатории алгоритмической биологии СПб АУ РАН (он является также сотрудником JetBrains), во многих странах почти в каждом университете есть департамент биоинформатики, иногда больший по численности, чем все вместе взятые другие подразделения Санкт-Петербургского академического университета, которые относятся к компьютерным наукам.

«Биоинформатика начиналась с того, что биологи, изучая геном различных организмов, накапливали огромные массивы данных, с которыми не могли разобраться без компьютерной обработки. В результате они обращались за помощью к представителям Computer Science. Российские биологи по большей части такой проблемы не имели, поскольку им было сложно приобрести дорогостоящее оборудование и реагенты, необходимые для экспериментов», — рассказал Вяххи.

Относительно равные позиции

На первый взгляд может показаться, что отставание России в области биоинформатики огромно. Однако, если посмотреть на множество задач, которые предстоит решить, то все находятся примерно в одном положении — в начале пути. Биоинформатика еще очень молодая наука, которая хоть и бурно развивается в последние 10-12 лет, но пока во многом хаотична и не имеет необходимого качественного инструментария. К тому же для нее все-таки важнее знания информатики, чем биологии, а подготовка инженеров-программистов в России осуществляется на мировом уровне.

Биологи в России тоже, как правило, имеют хорошее базовое образование. Потому они готовы достаточно быстро научиться проводить эксперименты на уровне своих зарубежных коллег, если у них появится оборудование для секвенирования геномов. В последнее время положение здесь меняется — улучшилась ситуация с финансированием науки, а оборудование значительно подешевело — теперь оно стоит не миллионы, а десятки тысяч долларов.

В связи с этим можно ожидать появления в ближайшие годы огромного спроса на специалистов в области биоинформатики и такого же огромного дефицита этих специалистов. Скорее всего, проблема нехватки кадров будет мировой. Прогресс в биологии, достигнутый за прошедшее десятилетие благодаря компьютерным технологиям, не столько сужает круг задач, которые предстоит решить, сколько его расширяет. Таким образом, можно предположить, что работы хватит всем на многие годы вперед.

Для того чтобы выявить ранее неизвестные взаимосвязи в различных организмах (не только человека), во всем мире уже проводится огромное количество экспериментов. Однако, по словам Вяххи, эта работа идет во многом бездумно, хаотично и без надлежащего анализа получаемых данных.

Серьезнейшей проблемой является отсутствие качественного программного обеспечения, необходимого биологам для того, чтобы разобраться в огромных массивах полученных данных. Решить эту проблему предстоит петербургским специалистам в области биоинформатики. В АУ РАН уже разработали геномный ассемблер SPAdes, предназначенный для сборки генома бактерий. Он распространяется бесплатно с исходными кодами под лицензией GPL.

Цитата:
«Наверное, можно было его продавать, но мы стремимся к тому, чтобы сделать лучший в мире геномный ассемблер и получить известность в среде биологов», — заявил Вяххи.

Терехов, Андрей Николаевич

Андрей Николаевич Терехов (родился 3 сентября 1949) — доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой системного программирования Санкт-Петербургского государственного университета.

Российский ученый и ИТ-предприниматель.
Основатель и генеральный директор нескольких российских ИТ-компаний.

Член Совета правления ассоциации компаний-разработчиков программного обеспечения «РУССОФТ»

Биография [править исходный текст]

Андрей Николаевич Терехов родился 3 сентября 1949 года.

В 1971 году с отличием окончил математико-механический факультет Ленинградского Государственного Университета по специальности «математическое обеспечение ЭВМ».

В 1978 году защитил кандидатскую диссертацию «Методы синтеза эффективной рабочей программы»[1].

В 1991 году защитил докторскую диссертацию «Технология программирования встроенных систем реального времени»[2].

В том же 1991 году создал и возглавил ГП «ТЕРКОМ».

В 1996 году организовал и возглавил кафедру системного программирования Санкт-Петербургского государственного университета.

В 1998 году основал и возглавил ЗАО «ЛАНИТ-ТЕРКОМ».

В 2002 году был назначен директором вновь созданного НИИ информационных технологий СПбГУ.

В сентябре 2004 года избран председателем правления ассоциации разработчиков программного обеспечения, созданной на базе консорциума ФОРТ-РОСС и ассоциации «Руссофт» (в данный момент — член Совета Правления).

Научная деятельность [править исходный текст]

В 1970-х годах научная деятельность Андрея Николаевича была в основном связана с разработкой новых методов компиляции языков программирования.

Прикладным результатом этих исследований стала реализация трансляторов и кросс-трансляторов языков со статическим контролем типов (Алгол 68, Ада, Паскаль, Оберон и т. п.) для целого ряда различных платформ.

В частности, в рамках этих работ коллективов разработчиков ЛГУ под руководством Андрея Николаевича был реализован транслятор Алгола 68, одного из наиболее сложных языков программирования, существовавших на тот момент, для наиболее массовой платформы тех лет, ЕС ЭВМ. Впоследствии этот транслятор был перенесен на ряд других платформ, в том числе, IBM PC.

В 1980-х годах Андрей Николаевич Терехов начал работать над промышленными проектами в области телекоммуникаций.

В связи с этим в сферу научных интересов Андрея Николаевича вошли вопросы технологии программирования и реализации систем реального времени, в том числе, встроенных систем.

Начиная с середины 1990-х годов, Андрей Николаевич занимается исследованиями в области реинжиниринга программного обеспечения, а также вопросами преподавания информационных технологий.

Кафедра Системного Программирования

Добро пожаловать на сайт кафедры Системного программирования Математико-механического факультета СПбГУ.


Кафедра системного программирования — одна из самых молодых кафедр Математико-механического факультета — была образована в 1996 году на базе одноименной лаборатории.

Одним из научных руководителей этой лаборатории был академик А.П.Ершов.

В лаборатории системного программирования было решено множество важных задач современного прикладного программирования, в частности, разработка первых в СССР трансляторов с языков Ада и Алгол-68, графических технологий проектирования, оригинальных архитектур ЭВМ.

Успехи лаборатории в решении практических наукоемких задач определили подход к обучению и основные направления деятельности кафедры.

Кафедрой накоплен значительный опыт подготовки высококлассных специалистов. В основе научно-практической подготовки лежит традиционное участие студентов кафедры в студенческих научных проектах и летних школах.

Кроме того, студенты по желанию проходят стажировку в ведущих ИТ-компаниях Санкт-Петербурга, и, уже начиная с 3-го курса, они принимают участие в исследовательской работе кафедры системного программирования, лабораторий НИИ Информационных Технологий СПбГУ и исследовательских лабораторий крупнейших производителей программного обеспечения.

В ходе учебного процесса студенты получают опыт работы с системами управления базами данных, программирования в средах современных операционных систем, участвуют в разработке сетевых протоколов, компиляторов.

Как результат, выпускники кафедры всегда востребованы на рынке ИТ–специалистов, в том числе, за рубежом. Например, согласно результатам опроса, проведенного изданием Ъ-Санкт-Петербург в 2008 году, с точки зрения представителей ИТ-индустрии кафедра готовит одних из лучших специалистов в городе.

Обучение студентов проводится по специальностям 010503 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем» и 010400 «Информационные технологии» (бакалавры и магистры, приём закрыт).

Ведется подготовка аспирантов по специальности 05.13.11 «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов, систем и компьютерных сетей».

С 2011 года открыт приём на направление подготовки 231000 "Программная Инженерия" (бакалавры), которое пришло на смену 010400 "Информационные Технологии".

Программная инженерия — это дисциплина, основанная на математике и компьютинге (англ. computing), занимается разработкой систематических моделей и надежных методов производства высококачественного программного обеспечения.

Она включает в себя такие разделы знаний, как информатика, технологии и средства разработки ПО, основы математики и инженерии, моделирование и проектирование ПО, управление программными проектами и другие.

Студенты кафедры получают фундаментальные знания в таких областях, как теория трансляторов, технология разработки программного обеспечения, разработка систем реального времени и, в частности, систем связи.

Существенная часть курсов, которые ведут преподаватели кафедры, соответствует рекомендациям ACM Curricula.

Направления исследований:
Сборник статей "Системное Программирование"
Oops group
Группа исследования методов организации информации
Лаборатория стохастических вычислительных систем

Некоторые проекты кафедры

— Case-средство QRealВыделено мною — В. Паронджанов

— ОСРВ Embox

— Language for Hardware-Software Codesign (HaSCoL)

— DocLine

Учебные материалы:

Архив дипломных и курсовых работ
CC:SE2004 Computing Curricula: Software Engineering (pdf)

CC:CS2001 Computing Curricula: Computer Science (pdf)


Стипендия А.Н. Терехова

Контактная информация

Заведующий кафедрой: проф., д.ф.-м.н. Терехов Андрей Николаевич
Телефон: 428-71-09
E-mail:

chair-at-se заведующий кафедрой
contact_at_se для общих вопросов

Сервер кафедры: http://se.math.spbu.ru

Я хочу объяснить мой интерес к этой теме.

Объяснение состоит из нескольких шагов.

Шаг 1. Меня очень интересует Андрей Николаевич Терехов

......................................................................

Шаг 2. На кафедре профессора Терехова существует заметный интерес к языку ДРАКОН. Уже не одна, а две студентки выполнили работы, связанные с языком ДРАКОН

http://qreal.ru/ Эти ребята показывают глубокое понимание проблем программирования.

Очередная 4GL-утопия

Идея языка под каждую задачу проверялась ещё на ЛИСПе, со всеми плюсами/минусами.

Плюсы весомые есть для разработчика-одиночки, при массовом процессе будет "фонтан фантазии", море языков - как это было с обычными языками... Только лёгкость построения новых в таких средах будет ещё усиливать этот фонтан.

Средство QReal — это кроссплатформенный свободно распространяемый под лицензией GNU GPL инструмент с открытым исходным кодом, предназначенный для создания специализированных сред визуального программирования.

Проект разрабатывается в рамках научно-исследовательской группы исследования визуальных модельно-ориентированных технологий разработки ПО на кафедре системного программирования Санкт-Петербургского Государственного Университета.

На базе проекта QReal создана среда обучения основам программирования и кибернетики QReal:Robots.

Благодаря возможности средства QReal быстро создавать специализированные визуальные языки, QReal:Robots можно адаптировать под различные потребности пользователей, с учётом возраста и уровня подготовки.

Например, настраивать внешний вид элементов диаграмм, в том числе это может делать преподаватель прямо перед занятием.

О целях проекта

QReal в конечном итоге должен представлять собой интегрированную среду разработки, реализующую принципиально новый подход к созданию сложных систем, с чрезвычайно низким порогом вхождения для новичков и многократным увеличением производительности профессионалов.

Мы полагаем, что таким подходом может стать использование предметно-ориентированных визуальных языков при наличии мощной инструментальной поддержки.

Проект QReal ставит своей целью исследование, реализацию и апробацию таких инструментов и технологий, на них основанных.

Большинство ныне существующих технологий программирования основаны на текстовых языках.

На самом деле, текстовые языки можно рассматривать как узкое подмножество визуальных --- для изображения программы используются ключевые слова, идентификаторы и прочие синтаксические элементы, линейно упорядоченные в файле с исходным кодом.

Визуальные языки не ограничены в средствах изображения программы, что даёт возможность, например, представлять программу в виде набора графов, или вложенных друг в друга блоков, или любых других нотаций.

Поскольку многие современные текстовые среды разработки используют так или иначе различные средства визуализации поверх текста (например, выделение блоков), можно сделать вывод, что на данный момент использование текстовых языков -- это, скорее, дань традиции, нежели необходимость.

Однако, использованием исключительно визуальных языков вместо текстовых многократного прироста производительности не получить.

Программисты должны решать поставленную перед ними задачу, а не программировать на языке, а значит, язык должен быть идеально подходящим для решения конкретной задачи и не вносить дополнительной сложности или требовать дополнительных знаний и навыков его использования.

Языки общего назначения, текстовые или визуальные, этим требованиям не удовлетворяют, поскольку кодирование на них ведётся в терминах вычислительной модели языка, а не в терминах решаемой задачи.

Поэтому мы рассматриваем предметно-ориентированные языки как основные, и фокусируем своё внимание на поддержке быстрого создания специализированных языков и инструментальных средств поддержки для них.

Итак, основные качества, которыми, по нашему мнению, должна обладать хорошая среда программирования в далёком будущем.

1.
От прикладного программиста практически не должно требоваться ни знаний, ни опыта работы сверх того, что ему нужно для решения задач в предметной области.
Возможность разработать сложную систему должен иметь каждый, кто достаточно хорошо понимает, чего хочет.

2.
Система должна максимально автоматизировать всю деятельность, требуемую для получения конечного продукта.

В каждый момент времени программист должен быть погружён в творческий процесс решения своей задачи, а не выполнять рутинную работу, бороться с инструментами или читать документацию по средствам или библиотекам, выбранным для реализации.

В идеале на выходе программист должен получать готовую программу, удовлетворяющую и функциональным, и нефункциональным требованиям.

3.
Система должна всячески поддерживать переиспользование существующих решений, в том числе максимально экономить время, затрачиваемое программистом на поиск готовых компонентов и чтению документации по их использованию.

В идеале система должна автоматически искать и интегрировать компоненты, отвечающие требованиям программиста.

4.
Система должна не давать проектировщику ошибаться и должна подсказывать типичные правильные решения для конкретной предметной области.

Решения различных типовых “тактических” задач система должна быть в состоянии предложить автоматически.

В идеале система не должна позволять создать неработающую или неэффективную программу, причём она должна именно не обнаруживать ошибки, а даже не давать их допустить.

5.
Система должна быть быстро и качественно настраиваемой под конкретную задачу и под конкретную предметную область. Настройка должна занимать незначительное по сравнению с работой над решением задачи время и позволять получить существенный выигрыш в производительности труда.

6.
Ввод информации должен идти возможно быстро и не прерывать поток мышления.
Система должна создавать минимальные помехи процессу мышления, в идеале, как только программисту приходит в голову какая-либо идея, он должен иметь возможность её тут же проверить, не отвлекаясь надолго на её изложение.

Система должна поддерживать мышление визуализацией, анализом и возможностью эксперимента.


Как в проекте QReal планируется этих качеств достичь.

1.
Использованием визуальных предметно-ориентированных языков программирования и реализацией средств для их быстрого создания и поддержки.

2.
Максимально удобным как для новичков, так и для профессионалов пользовательским интерфейсом, основанным, в том числе, и на нестандартных способах человеко-машинного взаимодействия.

Рисовать программы в QReal должно быть удобнее, проще и быстрее, чем писать их в существующих текстовых средах.

Должна использоваться “абстракция компьютерного экрана”, которая, в отличие от “абстракции листа бумаги”, предписывает высокую степень интерактивности во взаимодействии с пользователем.

3.
Разрабатываемый программный продукт в QReal должен представляться с нескольких различных точек зрения (или перспектив), каждая из которых отражает отдельный аспект продукта, например, функциональные требования, статическую структуру, динамическую структуру, физическое размещение.

Различные виды на систему связаны в единое целое единой логической моделью и сквозной провязкой между элементами, что позволит достичь уровня целостности и разделения концепций, недостижимого для текстовых языков.

4.
QReal должен до некоторой степени “понимать” то, что на нём пишут.

Должна быть реализована поддержка разработки на уровне синтаксиса и семантики: часть правил, которым должны соответствовать корректные программы, должна быть заложена на уровне метамоделей и проверяться непосредственно в процессе рисования, часть вынесена в отдельные методы проверки, запускаемые лишь время от времени.

Была бы желательна также поддержка переиспользования на уровне прагматики переиспользуемых элементов.


Проект QReal — это один из проектов группы исследования визуальных технологий разработки программного обеспечения, занимающейся работой над созданием технологий и инструментов программирования, удовлетворяющих изложенным выше качествам.

QReal в данный момент в основном представляет собой площадку для экспериментов, но предполагается создание версии, обладающей свойствами практически применимого программного продукта (с существенно меньшей функциональностью, но существенно более высоким качеством).

Таким образом, QReal уже в ближайшей перспективе предполагается использовать на практике, для обучения визуальному моделированию и в некоторых промышленных проектах.

Различные варианты разрабатываемой технологии также могут стать распространяемыми на коммерческой основе.

Однако, коммерческая составляющая проекта считается второстепенной по отношению к научной составляющей, и возможно большие части QReal мы будем стараться распространять свободно и с открытым исходным кодом.

Самостоятельную ценность представляют и знания, полученные в ходе работы над QReal. QReal предназначен для борьбы с концептуальной сложностью в крупных и очень крупных системах, а эта проблема становится всё более актуальной с ростом сложности и степени интеграции существующих систем, и с ростом потребностей в новых таких системах.

Мы полагаем, что существующие технологии разработки уже сейчас не способны удовлетворить растущим потребностям, и требуется переход на качественно новый уровень технологий.

Исследования и эксперименты в рамках проекта QReal могут внести свой вклад в создание технологий будущего.