科研是塑造学业之路上的宝贵财富，对于希望在大学申请中脱颖而出的高中生来说尤其如此。通过参与科研项目，可以展示自己在学术课题方面的专业知识和能力，以及利用分析方法和研究结果创建自主项目的能力。虽然科研工作看似艰巨，但不应该放弃在校期间从事研究的机会，因为这不仅能彰显你的主动性和奉献精神，还能切实培养你的分析专长、核心领域知识和解决问题的技能。当然，它还能助力你在海外高校申请中脱颖而出。
在本期分享中，我们将进一步介绍计算机领域中的40+个研究想法，你可以以此进行参考和头脑风暴。
作为高中生该如何开展计算方面的研究呢？
科研是对所选主题的系统性探究，因此，选择一个相关性强、可研究的课题很重要。
理想情况下，你的科研课题应该针对当前领域所面临的挑战以及科研的空缺，以创新为目标。虽然这听起来很有挑战，但你仍然可以选择在现有的研究中继续深入探讨，并将自己的观察和推论贡献给这个领域。
在确定科研课题后，在选择研究方法的时候，也要考虑到你所做的研究涉及到的道德影响，以及你该如何展示你的研究成果。
入选Lumiere研究学者计划的高中生将有机会在自己感兴趣的领域开展学术研究，并接受顶尖学府博士学者的一对一指导。此次，我们将与您分享研究导师提出的一些研究想法，希望这些想法能给您带来启发！
40+计算机相关研究思路
课题1: 数字伦理学
随着人工智能和 ML 模型的快速发展，伦理已成为一个重要的研究领域。计算机科学中的伦理原则和道德可以涉及计算机系统的开发、使用和影响。数据伦理学涉及分析技术的潜在伦理影响，并考虑它们可能如何影响个人、社会和环境的生活。他们尤其关注隐私、安全、问责和责任等问题。
如果你对这些问题感兴趣，可以考虑以下科研主题：
1.进行一项比较案例研究，了解不同国家的数据隐私法律有何不同，并根据这些法律推断不同的社交媒体资料或网络搜索有何不同。这需要研究数据收集、共享和用户权利保护法律，并进行比较分析。
2.研究虚拟世界中的社交动态，以及如何设计社交界面和互动，使整体社交体验更加积极。如果你对数据分析、用户界面设计和心理学感兴趣，并希望拓展这些方面的知识，这个方向就很值得尝试。
3.研究机器学习算法在数据中延续和放大偏见的可能性。可以研究这种情况的影响以及如何控制这种偏见。研究可以确保机器学习模型是公平的，不会歧视某些人群。概率论、批判性思维和对当前社会政治气候的了解对于开展此类研究至关重要。
4.分析人工智能生成艺术的影响及其带来的伦理和版权问题，并提出可能的解决方案。需要运用批判性思维能力以及Midjourney等人工智能艺术生成器使用哪些数据集以及如何使用这些数据集生成图像。
课题2: 人工智能模型
随着 ChatGPT、Jasper.ai 和 Bard 等大型语言模型风靡全球，生成式人工智能的知识和研究将继续发挥重要作用。然而，这些语言模型只是表面现象。人工智能是计算机科学中的一个领域，其重点是制造能够学习和进化的系统，类似于人类大脑的学习和进化。我们可以将人工智能方法应用到医学、分析、生物学和心理学等各个领域。
如果你对这些问题感兴趣，可以考虑以下科研主题：
5. 利用计算机视觉分析公共街道场景数据，提取时尚或其他趋势。对于时尚趋势，您可以跟踪城市街道上人们穿着的服装款式、品牌和图案。这将有助于城市规划和营销策略的研究。
6. 创建一个人工智能聊天机器人，帮助捕捉学生心理健康问题的预警信号。聊天机器人可以与学生进行对话，确保他们在抑郁或情绪困扰中挣扎时，能够得到应有和必要的帮助。这个项目将涉及使用 NLP、数据处理和语音识别，如果你想创建一个多模式和更容易访问的项目的话。
7.创建多模态系统，将视觉模态（如键盘和鼠标）与语音模态（如语音识别输入）结合起来。这项研究的一个版本可能是创建一个人工智能聊天机器人，让用户提出有关电视剧或电影的问题，系统会为用户提供准确、清晰的答案。您将使用语音识别和数据处理等技术。
8.制作一款智能手机应用程序，使用神经网络根据模板拍摄的照片识别鱼的产地。该类型的应用程序曾用于保护洪都拉斯和伯利兹之间的过度捕捞区。所需的技能包括图像分类、神经网络训练和手机应用程序开发编程。
9.利用人工智能创建工具，对学生作文的质量和易懂程度进行自动检查。这将通过改进反馈机制，帮助学生快速提高写作技巧。需要使用 NLP 和数据处理技术。
10.应用计算机视觉分析医学图像，以检测各种医疗状况，如肿瘤、骨折或视网膜疾病。可以探索深度学习模型的范围、开发和伦理，以提高诊断过程的效率。
11.利用人工智能系统创建工具，让文档编制变得更容易。这可能涉及使用大型语言模型（LLM）根据用户需求创建详细模板。将使用自然语言处理（NLP）、计算机视觉（如果涉及图像）和数据处理等技术。
12.使用人工智能驱动的方法将自然语言转化为音乐旋律。利用 MIDI 文件和 NLP 模型，可以将自然语言转化为用于生成音乐的结构化格式。这个项目有助于弥合文学与音乐之间的差距，并扩大对人工智能生成音乐可用性的研究。
课题3:机器人技术
如果你对工程学和计算机科学以及现实世界的应用都感兴趣，那么机器人技术将是一个很好的研究选择。与本文中的其他研究领域相比，这需要更多的动手操作，因此要考虑到时间、空间和工具的可用性。
如果你对这些问题感兴趣，可以考虑以下科研主题：
13.开发一种算法，使机器人能够在陌生环境中导航和互动。需要从图像中提取信息，帮助机器人更好地了解环境，更高效地执行任务。这将需要计算机视觉和远程传感器方面的技能。
14.就人类与机器人之间的语言交互进行文献综述。可以试着将重点放在你在机器人的言语中观察到的深度、真诚或幽默上。需要熟悉数字伦理、批判性思维和深度阅读。
15.研究机器人在医学中的应用，如高精度手术机器人。如果你对医疗行业感兴趣，又想发挥自己的计算机科学技能，这将是一个不错的选择。这需要对医疗程序和患者安全有深入的了解，以创建有效、安全的机器人系统。
课题4: 数据分析
作为一名潜在的计算机科学家，你必须清楚计算机系统使用数据进行解释和推论的重要性。你需要收集可靠、清晰和准确的数据，以确保我们做出正确的推论，同时确保所有混杂变量都符合要求。并可以使用 R、SQL 和Python等工具对数据集进行计算，进行合理的观察，并提供有用的输出结果
如果你对这些问题感兴趣，可以考虑以下科研主题：
16.分析波士顿马拉松赛数据（或其他任何马拉松赛数据），检查人们是否会随着参加马拉松赛的年数增加而变得更善于掌握节奏。可以使用 R 或任何其他数据搜刮软件来搜刮和清理马拉松数据，并进行探索性分析。
17.比较和评估应用于物联网（IoT）设备生成的数据的各种无监督异常检测方法（如隔离森林）的性能。你的研究可以考虑检测准确性、计算效率和对不断变化的数据模式的适应性等因素。
18.分析社交媒体的使用对某一年龄段人群心理健康的影响是当今社会日益关注的问题。你可以通过开展调查和访谈来进行分析，并推断社交媒体参与度与该人群心理健康指标之间的相关性。
19.创建一个机器学习模型，以确定流派之间的关系以及我们如何对它们进行分类。可以使用神经网络和波形将歌曲分为不同的流派。
20.开展一项研究，探索科技公司的政策如何影响员工的心理健康。创建一个模型，利用逻辑回归和神经网络技术来确定哪些政策和个人因素发挥着最重要的作用，从而进一步帮助这些公司建立有效的心理健康支持。
21.使用机器学习和自然语言处理（NLP）技术将亚马逊评论分为正面和负面两类。这就需要训练算法，根据某些关键词和情绪来识别数据并将其标记为正面或负面。
22.分析如何利用 NLP 技术提取推文中的情感基调和观点。这项研究可用于优化内容解析过程，确保符合社区准则。
23.通过收集历史交通数据、天气信息和活动日程表，创建一个城市交通拥堵预测模型。这个项目需要你使用机器学习算法来分析数据并生成实时预测，类似于谷歌地图。
24.分析不同政策和干预措施对公共卫生成果的影响。可以探索疾病预防或健康促进策略等主题。通过分析模型输出，您可以评估和推断这些政策在改善整体人口健康方面的潜在效果。
25.分析社交媒体或任何其他文本数据，以了解公众对某一主题的看法，如人工智能的公平性或您可能感兴趣的任何其他社会政治问题。收集与该主题相关的各种数据集，然后应用 NLP 技术将情感分为正面、负面或中性。此外，还可以使用主题建模来识别数据中的关键主题。
课题5:人机交互（HCI）
人机交互（Human-Computer Interaction，简称 HCI）是一个研究领域，涉及工具和应用程序的研究和创新，为用户提供更好的体验。参与人机交互这样一个创新相对较少的领域，可以让你在不受已有研究影响的情况下，对这一主题有更广阔的视野。这可能涉及在医学、市场营销和设计等领域改进人机交互。
如果你对这些问题感兴趣，可以考虑以下科研主题：
26.用 Arduino 板开发一个低成本传感器，测量空气质量、噪音水平、温度等，打造一个小型智能家居设备。Arduino 板用于读取输入并将其转化为输出。你需要熟悉工程学和传感器系统，才能完成这个项目。
27.调查机器学习在预测和提高用户对特定应用的满意度方面的应用。这将需要你开发机器学习算法，进行数据收集，并从数据中做出重要推断。
28.使用 WAVE 或 WebAIM 等工具对不同网站的可访问性进行评估。这些工具可以评估网站是否符合网页内容可访问性指南（WCAG）。您需要熟悉解读 WAVE 和 WebAIM 生成的报告，对其进行分析，并从中推断出有意义的数据。
课题6:虚拟现实、增强现实和元宇宙
随着 "元宇宙"（Metaverse）的兴起和苹果公司即将推出新的虚拟现实头盔 Vision Pro，人们越来越关注虚拟现实和增强现实系统将如何影响人们的日常生活，以及它们能带来多大的帮助。因此，有关这项技术影响的研究也越来越多。
如果你对这些问题感兴趣，可以考虑以下科研主题：
29.探索在教育环境中使用 AR 技术，例如创建 AR 学习材料，设计支持学习的 AR 体验。需要使用 Unity3D 或 ARCore 等软件工具来实现你的编程、三维建模和设计技能。
30.像Metaverse 这样的沉浸式虚拟现实如何影响我们的社交互动质量？探索 Metaverse 如何在虚拟空间中带来有关数字习惯、安全和道德的新问题。
31.虚拟现实能否作为一种心理健康或幸福工具，帮助人们减轻压力和焦虑？使用三维建模和编程在 ARCore上开发一款应用程序，以不同的方式帮助人们减轻焦虑，例如利用舒缓的环境帮助人们入睡。此外，请探讨此类应用程序的意义以及该技术可能带来的负面影响。
课题7:游戏开发
根据研究，到 2024 年，全球游戏玩家人数预计将达到 33.2 亿，这使得游戏开发成为一项非常紧俏的技能。你可以通过多种方式涉足这一领域，如后台游戏开发、各种游戏分析、用户定位以及利用机器学习改善用户体验。
如果你对这些问题感兴趣，可以考虑以下科研主题：
32.研究并分析不同的游戏机制如何影响玩家的参与度和乐趣。这个项目需要你从游戏玩家及其体验的数据集中提取有意义的数据，并使用 R 或 SQL 等数据挖掘软件对其进行分析。
33.研究在教育环境中使用游戏式学习的有效性。在研究的基础上，你还可以使用 Unity 或 Godot 为某个主题设计一个基于游戏的学习工具。这个项目需要游戏设计、分析和编程方面的技能。
34.尝试开发一款由人工智能驱动的游戏，它可以根据玩家的技能水平调整难度。这将是游戏中 6 种不同难度的更好替代方案，并将使玩家的游戏过程更加轻松。你还可以添加一篇研究论文，介绍你是如何开发难度系统的，以及你使用了哪些参数来决定玩家的难度。这需要掌握机器学习、数据分析、游戏设计和算法设计原理等技能，以开发自适应学习系统。
35.从零开始设计并制作一款游戏，以提高用户对你可能感兴趣的特定社会相关主题（如可再生能源或金融知识）的认识。这需要你使用 Unity 或 Godot 等游戏设计软件，编写游戏代码，并掌握一定的用户体验设计知识，使游戏具有吸引力。作为补充，你还需要撰写一份研究论文，通过游戏测试详细说明游戏的宣传程度。
36.比较并评估人类和强化学习代理在德州扑克中的决策过程。这需要对人类玩家和人工智能代理所使用的策略进行交叉检验。然后，你必须收集和分析数据，并对某些策略的有效性做出有意义的推断。
课题8:网络安全
根据研究，每天有超过 2,200起网络攻击。也就是说，大约每39秒就有一次网络攻击。这使得数字隐私和网络安全成为一个非常重要的研究领域，其目的是提高互联网的安全性，发现恶意软件，并保护系统免受此类恶意软件的侵害
如果你对这些问题感兴趣，可以考虑以下科研主题：
37.分析不同生物识别身份验证方法在提高网络安全方面的有效性。这将包括评估生物识别系统的技术方面，如准确性、易受欺骗性和可扩展性。
38.创建一个将网络流量分为恶意和非恶意的系统。这可用于识别和阻止恶意流量。要学习本课题，你需要熟悉网络工程和网络安全。
课题9:网络基础设施
网络是计算机科学的一个领域，涵盖允许计算机和其他设备相互连接和通信的通信通道。在这一领域开展研究具有优势，因为它拥有大量数据，您可以在不同地点开展工作。这将为您提供所需的灵活性，让您根据时间、资源和复杂程度来决定研究内容。
如果你对这些问题感兴趣，可以考虑以下科研主题：
39.评估医疗保健网络中边缘计算对安全和隐私的影响。可以探讨边缘计算的危险性以及在医疗保健中使用边缘计算可能造成威胁的原因。这将要求你使用网络、网络安全方面的概念，并了解医疗保健信息系统是如何工作的。
40.研究软件定义网络在增强网络安全和性能方面的应用。这需要熟练掌握网络设计、协议分析以及使用软件定义网络（SDN）控制器和交换机的能力。
如果你对计算机领域充满热情并想要进行大学水平的研究，那么你可以考虑申请Lumiere研究学者项目，这是由哈佛和牛津的研究学者共同创办的一个面对高中学生的在线研究项目。
