科学假设生成

科学假设生成

概述

假设生成是开发可测试解释的系统性过程。从观察中制定基于证据的假设，设计实验，探索竞争性解释，并开发预测。在各领域科学探究中应用此技能。

何时使用此技能

在以下情况下应使用此技能：

• 从观察或初步数据开发假设
• 设计实验以测试科学问题
• 探索现象的竞争性解释
• 为研究制定可测试的预测
• 进行基于文献的假设生成
• 跨科学领域规划机制性研究

使用科学图解进行视觉增强

⚠️ 必需：每个假设生成报告必须至少包含1-2个使用scientific-schematics技能生成的AI图解。

这不是可选的。没有视觉元素的假设报告是不完整的。在最终确定任何文档之前：

1. 至少生成一个图解或图表（例如，显示竞争性解释的假设框架）
2. 对于全面报告，首选2-3个图解（机制通路、实验设计流程图、预测决策树）

如何生成图解：

• 使用scientific-schematics技能生成AI驱动的出版质量图表
• 只需用自然语言描述您想要的图表
• Nano Banana Pro将自动生成、审查和优化图解

如何生成图解：

python scripts/generate_schematic.py "your diagram description" -o figures/output.png

AI将自动：

• 创建具有适当格式的出版质量图像
• 通过多次迭代审查和优化
• 确保可访问性（色盲友好、高对比度）
• 将输出保存在figures/目录中

何时添加图解：

• 显示竞争性解释的假设框架图解
• 实验设计流程图
• 机制通路图解
• 预测决策树
• 因果关系图解
• 理论模型可视化
• 任何受益于可视化的复杂概念

有关创建图解的详细指导，请参阅scientific-schematics技能文档。

工作流程

遵循此系统性过程以生成稳健的科学假设：

1. 理解现象

首先澄清需要解释的观察、问题或现象：

• 识别需要解释的核心观察或模式
• 定义现象的范围和边界
• 注意任何约束或特定上下文
• 澄清已知与不确定的内容
• 识别相关科学领域

2. 进行全面的文献搜索

搜索现有科学文献以将假设建立在当前证据基础上。同时使用PubMed（用于生物医学主题）和通用网络搜索（用于更广泛的科学领域）：

对于生物医学主题：

• 使用WebFetch访问PubMed URL以获取相关文献
• 搜索最近的综述、荟萃分析和原始研究
• 查找类似现象、相关机制或类似系统

对于所有科学领域：

• 使用WebSearch查找最近的论文、预印本和综述
• 搜索既定理论、机制或框架
• 识别当前理解中的空白、局限性或未解决的争论
• 咨询references/literature_search_strategies.md以获取详细搜索技术

搜索策略：

• 从广泛搜索开始以了解领域
• 缩小到特定机制、通路或理论
• 查找矛盾发现或未解决的争论
• 咨询references/literature_search_strategies.md以获取详细搜索技术

3. 综合现有证据

分析和整合文献搜索的发现：

• 总结对现象的当前理解
• 识别可能适用的既定机制或理论
• 注意冲突证据或替代观点
• 认识空白、局限性或未回答的问题
• 识别来自相关系统或领域的类比

4. 生成竞争性假设

开发3-5个可以解释现象的不同假设。每个假设应该：

• 提供机制性解释（不仅仅是描述）
• 与其他假设可区分
• 基于文献综合的证据
• 考虑不同层面的解释（分子、细胞、系统、群体等）

生成假设的策略：

• 应用来自类似系统的已知机制
• 考虑多个因果通路
• 探索不同层面的解释
• 质疑现有解释中的假设
• 以新颖方式组合机制

5. 评估假设质量

根据references/hypothesis_quality_criteria.md中的既定质量标准评估每个假设：

可测试性： 假设能否通过经验测试？

可证伪性： 什么观察将反驳它？

简约性： 它是否是最符合证据的最简单解释？

解释力： 它解释了多少现象？

范围： 它覆盖了什么范围的观察？

一致性： 它是否与既定原则一致？

新颖性： 它是否提供超越现有解释的新见解？

明确说明每个假设的优势和劣势。

6. 设计实验测试

对于每个可行的假设，提出具体的实验或研究来测试它。请参阅references/experimental_design_patterns.md以获取常见方法：

实验设计要素：

• 将测量或观察什么？
• 需要什么比较或对照？
• 将使用什么方法或技术？
• 什么样本量或统计方法合适？
• 有什么潜在混杂因素以及如何解决它们？

考虑多种方法：

• 实验室实验（体外、体内、计算）
• 观察性研究（横断面、纵向、病例对照）
• 临床试验（如适用）
• 自然实验或准实验设计

7. 制定可测试的预测

对于每个假设，生成具体的、定量的预测：

• 陈述如果假设正确应该观察到什么
• 尽可能指定预期方向和效应大小
• 识别预测应该成立的条件
• 区分竞争性假设之间的预测
• 注意将证伪假设的预测

8. 呈现结构化输出

使用assets/hypothesis_report_template.tex中的模板生成专业的LaTeX文档。报告应格式良好，使用彩色框进行视觉组织，并分为简洁的正文和全面的附录。

文档结构：

正文（最多4页）：

1. 执行摘要 - 摘要框中的简要概述（0.5-1页）
2. 竞争性假设 - 每个假设在自己的彩色框中，带有简要机制解释和关键证据（2-2.5页，共3-5个假设）

• 重要： 在每个假设框之前使用\newpage以防止内容溢出
• 每个框应最多0.6页

1. 可测试的预测 - 琥珀框中的关键预测（0.5-1页）
2. 关键比较 - 优先级比较框（0.5-1页）

保持正文高度简洁 - 仅包含最必要的信息。所有细节都放在附录中。

分页策略：

• 始终在假设框之前使用\newpage以确保它们从新页面开始
• 这可以防止内容从页面边界溢出
• LaTeX框（tcolorbox）不会自动跨页断开

附录（全面、详细）：

• 附录A： 带有广泛引用的全面文献综述
• 附录B： 带有完整协议的详细实验设计
• 附录C： 质量评估表格和详细评估
• 附录D： 补充证据和类似系统

彩色框使用：

使用hypothesis_generation.sty中的自定义框环境：

• hypothesisbox1到hypothesisbox5 - 用于每个竞争性假设（蓝色、绿色、紫色、蓝绿色、橙色）
• predictionbox - 用于可测试的预测（琥珀色）
• comparisonbox - 用于关键比较（钢灰色）
• evidencebox - 用于支持证据亮点（浅蓝色）
• summarybox - 用于执行摘要（蓝色）

每个假设框应包含（为4页限制保持简洁）：

• 机制性解释： 1-2个简短段落（最多6-10个句子）解释如何和为什么
• 关键支持证据： 2-3个带有引用的要点（仅最重要的证据）
• 核心假设： 1-2个关键假设

所有详细解释、额外证据和全面讨论都属于附录。

关键溢出预防：

• 在每个假设框之前插入\newpage以在新页面上开始它
• 将每个完整的假设框保持在≤0.6页（约15-20行内容）
• 如果内容超过此限制，将额外详细信息移至附录A
• 永远不要让框从页面边界溢出 - 这会创建不可读的PDF

引用要求：

目标广泛引用以支持所有主张：

• 正文： 10-15个关键引用，仅用于最重要的证据（为4页限制保持简洁）
• 附录A： 40-70+个全面引用，涵盖所有相关文献
• 总目标： 参考文献中50+个引用

正文引用应具有选择性 - 仅引用最关键的论文。所有全面引用和详细文献讨论都属于附录。使用\citep{author2023}进行括号引用。

LaTeX编译：

模板需要XeLaTeX或LuaLaTeX以进行正确渲染：

xelatex hypothesis_report.tex
bibtex hypothesis_report
xelatex hypothesis_report.tex
xelatex hypothesis_report.tex

必需软件包： hypothesis_generation.sty样式软件包必须位于同一目录或LaTeX路径中。它需要：tcolorbox、xcolor、fontspec、fancyhdr、titlesec、enumitem、booktabs、natbib。

页面溢出预防：

为防止内容在页面上溢出，请遵循这些关键指南：

1. 监控框内容长度： 每个假设框应舒适地适应单个页面。如果内容超过约0.7页，很可能会溢出。

1. 使用战略性分页符： 在包含大量内容的框之前插入\newpage：

   \newpage
   \begin{hypothesisbox1}[假设1：标题]
   % 长内容在此
   \end{hypothesisbox1}

1. 保持正文框简洁： 对于4页正文限制：

• 每个假设框：最多0.5-0.6页
• 机制性解释：仅1-2个简短段落（最多6-10个句子）
• 关键证据：仅2-3个要点
• 核心假设：仅1-2个项目
• 如果内容更长，将详细信息移至附录

1. 分解长内容： 如果假设需要广泛解释，在正文和附录之间拆分：

• 正文框：简要机制概述 + 2-3个关键证据点
• 附录A：详细机制解释、全面证据、扩展讨论

1. 测试页面边界： 在每个新框之前，考虑剩余页面空间是否充足。如果剩余少于0.6页，使用\newpage在新页面上开始框。

1. 附录页面管理： 在附录中，在主要部分之间使用\newpage以避免详细内容区域中的溢出。

快速参考： 请参阅assets/FORMATTING_GUIDE.md以获取所有框类型、配色方案、常见格式模式和故障排除提示的详细示例。

质量标准

确保所有生成的假设符合这些标准：

• 基于证据： 基于现有文献并带有引用
• 可测试： 包括具体的、可测量的预测
• 机制性： 解释如何/为什么，而不仅仅是是什么
• 全面： 考虑替代解释
• 严谨： 包括测试预测的实验设计

资源

references/

• hypothesis_quality_criteria.md - 评估假设质量的框架（可测试性、可证伪性、简约性、解释力、范围、一致性）
• experimental_design_patterns.md - 跨领域的常见实验方法（RCT、观察性研究、实验室实验、计算模型）
• literature_search_strategies.md - PubMed和通用科学来源的有效搜索技术

assets/

• hypothesis_generation.sty - LaTeX样式软件包，提供彩色框、专业格式化和假设报告的自定义环境
• hypothesis_report_template.tex - 完整的LaTeX模板，包含正文结构和全面的附录部分
• FORMATTING_GUIDE.md - 快速参考指南，包含所有框类型、配色方案、引用实践和故障排除提示的示例

相关技能

在为出版物准备假设驱动研究时，请咨询venue-templates技能以获取写作风格指导：

• venue_writing_styles.md - 跨场所写作风格的主指南
• 特定于场所的指南：Nature/Science、Cell Press、医学期刊和ML/CS会议
• reviewer_expectations.md - 审查者在评估研究假设时寻找的内容