Научно-исследовательские инициативы JetBrains
Наши научные исследования объединены в рамках направления JetBrains Research.
Ниже мы представим исследовательские группы JetBrains Research и расскажем, чем они занимаются.
JetBrains Research объединяет более 150 исследователей, участвующих в проектах более 19 лабораторий и групп. Лаборатории и группы ведут работу в самых разных направлениях — от физики элементарных частиц до разработки ПО.
Большая часть результатов публикуется в виде исследовательских статей — одной из основных форм обмена результатами в научной среде. Статьи также важны для того, чтобы успешно конкурировать за позиции и гранты. Плюсом работы с JetBrains Research является то, что здесь исследовательские статьи и публикации не являются обязательным требованием — ученые могут не беспокоиться о подаче на гранты и вместо этого целиком сосредоточиться на сути своей работы.
Исследовательские группы
Сколько же всего мы по-прежнему не знаем о внутреннем устройстве человека: какие факторы приводят к генным мутациям, по каким индикаторам можно предсказывать будущие проблемы со здоровьем, как решить задачу полного секвенирования генома и многое другое. Биология как наука прошла огромный путь, однако ей предстоит еще немало.
Задача BioLabs — раскрыть механизмы эпигенетической регуляции у людей и животных и понять, какое значение эти механизмы играют в процессах дифференцировки и старения клеток. Самым крупным является проект старения, реализуемый BioLabs совместно с Университетом Вашингтона в Сент-Луисе. Другие исследовательские проекты посвящены различным темам, включая новые алгоритмы анализа данных, эффективные инструменты обработки данных для секвенирования нового поколения (Next Generation Sequencing), масштабируемые конвейеры данных, подходы к визуализации и мета-анализу существующих баз данных с информацией о механизмах эпигенетической регуляции. BioLabs также отвечает за PubTrends — новый сервис для анализа научных публикаций, позволяющий быстрее анализировать тренды и находить значимые работы. Такой сервис необходим, поскольку число работ, публикуемых каждый год, неуклонно растет, и уследить за всеми публикациями по выбранной теме практически невозможно.
Вернуться к списку исследовательских групп
Биология — практически необъятная наука, многие области которой пока не открыты и не изучены. Мы не знаем, что готовит нам будущее, но чем больше у нас будет знаний о биологии, тем лучше мы сможем подготовиться.
Группа биоинформатики занимается разработкой эффективных вычислительных методов для решения важных проблем в области биологии и медицины. Группа базируется на кафедре компьютерных технологий Университета ИТМО. Группа активно взаимодействует с лабораторией Максима Артемова (Университет Вашингтона в Сент-Луисе). Проекты лаборатории охватывают широкий спектр тем — от анализа данных метагеномного секвенирования до анализа экспрессии генов и метаболомики. Фундаментальные знания в области алгоритмов и компьютерных наук позволяют группе заниматься решением задач биологии, сводя их к известным вычислительным задачам и создавая инструменты визуализации и анализа данных для биологов.
Вернуться к списку исследовательских групп
Нейробиология и физиология развития прошли долгий путь и накопили фундаментальную базу исследований. И тем не менее многое в этой науке по-прежнему остается неизведанным. А ведь эти науки таят в себе огромный потенциал к пониманию человеческого мозга.
Задача лаборатории нейробиологии и физиологии развития — разработать вычислительный фреймворк для создания динамических пространственных моделей структуры нервных тканей и динамики базовых стимулов. Проект Biological Cellular Neural Network Modeling (BCNNM) использует последовательности биохимических реакций для запуска сложных моделей нейронных сетей при формировании исходных стволовых клеток. Фреймворк можно использовать для in silico репликации экспериментов, проведенных in vitro, чтобы получать измерения с ключевых компонентов, а также выполнять предварительную вычислительную проверку новых гипотез.
Вернуться к списку исследовательских групп
Применение машинного обучения имеет огромный потенциал. Оно позволяет создавать системы, способные прогнозировать и предсказывать события, а также очень точно выявлять закономерности (в этом им нет равных). Эти возможности можно применить к решению огромного числа реальных проблем.
Обе лаборатории занимаются исследованиями в области машинного обучения, анализа данных и обучения с подкреплением, а также применением существующих современных методов машинного обучения к решению реальных задач. В этом году совместно с центром исследований BIOCAD в лаборатории начали работу над применением методов глубокого обучения в области разработки лекарств. Кроме того, совместно с Уппсальским университетом лаборатория приступила к изучению влияния факторов окружающей среды на экспрессию генов. Лаборатории активно работают со студентами ведущих университетов и участвуют в разработке учебных курсов, которые бы помогли развивать знания в области машинного обучения и анализа данных.
Вернуться к списку исследовательских групп
Работая на переднем крае науки, важно следить за открытиями, новейшими научными теориями и гипотезами. Для этого важно заниматься анализом исследовательских работ — причем так, чтобы по возможности экономить время и ресурсы.
Задача исследовательской группы Paper-Analyzer — упростить извлечение знаний из научных работ, посвященных биомедицине, используя модели глубокого обучения для обработки естественных языков. Основой Paper-Analyzer служит языковая модель на основе архитектуры Transformer, оптимизированная под работу с научными статьями. Задача языковой модели — на основе имеющегося контекста предсказывать следующее слово. Используя языковую модель, можно строить другие модели и обучать их решению таких задач, как, например, распознавание именованных сущностей, извлечение отношений, поиск ответов на вопросы. Группа также проводит эксперименты с генеративными моделями для обобщения и перефразирования предложений. Общая цель всех этих разработок — возможность автоматического извлечения знаний из научных публикаций.
Вернуться к списку исследовательских групп
Вопросы безопасности — одна из главных повесток в сегодняшнем мире. С ростом количества цифровой информации необходимость в ее безопасном хранении и поддержке постоянно возрастает.
Лаборатория криптографии занимается исследованиями современных задач в области криптографии и информационной безопасности. Она сотрудничает с COSIC — исследовательской группой компьютерной безопасности и промышленной криптографии в Левене (Бельгия), Selmer Center в Университете Бергена (Норвегия) и INRIA (Франция). Исследования ведутся по различным направлениям: криптографические логические функции, симметричные шифры, легковесная криптография, технология блокчейна, квантовая криптография и информационная безопасность. Помимо публикации монографий и статей в ведущих журналах о криптографии, сотрудники лаборатории преподают криптографию в Новосибирском государственном университете и организуют NSUCRYPTO — Международную студенческую олимпиаду по криптографии.
Вернуться к списку исследовательских групп
Гомотопическая теория типов — довольно новое направление математики, объединяющее несколько областей. Математике требуется прочная доказательная база: как однажды сказал Эйнштейн, «никаким количеством экспериментов нельзя доказать теорию;, но достаточно одного эксперимента, чтобы ее опровергнуть». Математика — сложнейшая наука, поэтому данная инициатива — большой и важный шаг.
Исследовательская группа занимается созданием Arend — зависимо-типизированного языка и инструмента доказательства теорем, основанного на гомотопической теории типов. HTT является более продвинутым фреймворком, чем те, на которых основаны инструменты вроде Agda и Coq. Конечная цель — создать онлайн-помощник для доказательства теорем, основанный на современной теории типов, который бы позволил формализовать определенные разделы математики.
Вернуться к списку исследовательских групп
Сегодня многие задачи из области физики элементарных частиц, включая численное моделирование и анализ экспериментальных данных, полагаются на программное обеспечение, которое позволяет быть уверенными в воспроизводимости экспериментов и надежности результатов.
Лаборатория методов ядерно-физических экспериментов базируется в МФТИ. Основной интерес лаборатории — методологии и ПО для решения задач в области физики элементарных частиц. На данный момент команда программистов лаборатории занимается разработкой нового поколения инструментов для получения данных (медленное управление, обработка сигналов) и анализа данных. Исследования лаборатории охватывают три сферы: физика элементарных частиц без ускорителя (эксперименты GERDA, Троицк ню-масс, KATRIN и IAXO), численное моделирование в физике элементарных частиц (эксперименты с ускорителем и без, атмосферное электричество, физика рентгеновского излучения) и разработка программного обеспечения для экспериментальной физики (системы получения и анализа данных, проекты по разработке инфраструктур, научные библиотеки для языка Kotlin). Огромное внимание уделяется и обучению: лаборатория старается дать молодым студентам возможность получить реальный опыт в физике и разработке.
Вернуться к списку исследовательских групп
Развитие технологий — в руках будущего поколения инженеров. В наших общих интересах обеспечить им наилучшее начало карьеры. Мы верим, что мастерство начинается с образования, поэтому, на наш взгляд, очень важно продвигать науку о процессах обучения.
Задача лаборатории исследования процессов обучения — разрабатывать мероприятия по продвижению предметов STEM среди старшеклассников и увеличению их шансов на успех при построении профессиональных карьер в областях STEM. Лаборатория занимается долгосрочным исследовательским проектом по выявлению главных индикаторов успеха учащихся в программировании и предметах STEM (наука, технологии, инженерия и математика). Мы ищем сочетание четырех возможных факторов: когнитивные навыки, некогнитивные характеристики (образовательные и профессиональные отношения, социальная среда), гендер и методологии обучения. Необходимо найти ответы на следующие вопросы:
- Кто идет в STEM и программирование?
- Какие факторы (когнитивные возможности, история семьи и т. д.) приводят человека к лучшим результатам и уменьшают вероятность забросить учебу?
- Существуют ли характерные установки (мотивация, вовлеченность и т.д.), способные пересилить первоначальные данные?
- Какие методологии обучения приносят успех, а какие — повышают вероятность неудачи?
Вернуться к списку исследовательских групп
Беспилотные автомобили уже стали реальностью. Прототипы автономных транспортных средств меняют будущее вождения прямо сейчас. Однако технологии автономных систем довольно новые — их все еще необходимо улучшать.
Лаборатория алгоритмов мобильных роботов объединяет исследования в области разработки эффективных алгоритмов для мобильных роботов. В лаборатории имеется единственный в России экземпляр Duckietown — платформы и среды, позволяющих разрабатывать алгоритмы для мобильных роботов. В центре внимания лаборатории — задача одновременной локализации и построения карты (SLAM). SLAM подразумевает составление и последующее поддержание карты неизвестной среды; при этом благодаря анализу данных с различных датчиков можно отслеживать местонахождение агента в среде. Сложность задачи SLAM связана с шумами, свойственными физическим датчикам, а также с необходимостью следить за изменениями в динамической среде. Кроме того, многие алгоритмы SLAM рассчитаны на недорогое оборудование, которое задает строгие требования к производительности. В 2019 году лаборатория роботов участвовала в третьих AI Driving Olympics — соревнованиях роботов, управляющих беспилотным транспортом. Эти престижные соревнования считаются местом силы для развития знаний в сфере беспилотных автомобилей. Наша лаборатория заняла первое место во всех трех состязаниях. Примечательно, что это был первый прецедент победы алгоритма глубокого обучения на этих соревнованиях.
Исследователи лаборатории преподают множество курсов по дисциплинам STEM в университетах. Также они предлагают курсы по мобильной разработке для школьников и принимают студентов из MIT, приезжающих по программе MISTI.
Вернуться к списку исследовательских групп
Инструменты JetBrains разрабатываются с целью помочь нашим пользователям повысить свою продуктивность и писать код лучше. Чтобы удостовериться, что продукт создан наилучшим образом, мы выполняем много исследований и тестов. И, конечно же, у нас есть лаборатории, занимающиеся исследованиями в области программной инженерии.
Группа проблем оптимизации в программной инженерии занимается исследованием сложных задач оптимизации, возникающих в сфере инженерии надежных систем, грамматического вывода и верификации ПО. Основное внимание уделяется синтезу моделей конечных автоматов из спецификаций, таких как трассировка выполнения и тест-кейсы.
Основные направления исследований включают вывод конечных автоматов при помощи метаэвристических алгоритмов, настройку параметров метаэвристических алгоритмов, программирование в ограничениях для задач с графами и автоматами, а также синтез, тестирование и верификацию программного обеспечения для промышленной автоматизации.
Вернуться к списку исследовательских групп
В компьютерных науках всегда есть чему поучиться. И решение сложных задач современными методами — это наше движение вперед.
Группа параметризованных алгоритмов занимается исследованием и решением сложных вычислительных задач с использованием современных техник создания точных алгоритмов. Зачастую это требует установления связей между различными задачами и исследования того, как сложность той или иной проблемы меняется для определенных классов экземпляров задач (например, экземпляров с ограничениями для значений параметров). В лаборатории ведется несколько исследовательских проектов, посвященных, в частности, задачам максимальной выполнимости, раскраски и кластеризации графов. Эти задачи могут в некоторых случаях определяться ограниченными параметрами, однако существуют алгоритмы умеренной сложности, которые делают решение этих задач реальным даже на объемных входных данных.
Вернуться к списку исследовательских групп
Параллельное программирование приобрело большую популярность за последние два десятилетия. Каждый язык и каждая платформа предоставляют соответствующие примитивы. С ростом сложности систем использовать эти примитивы эффективным образом становится все труднее и труднее (например, в случае с несколькими узлами NUMA или с ослаблением моделей памяти).
Это рождает несколько важных практических вопросов. Как нам строить параллельные алгоритмы? Как достичь компромисса между гарантиями прогресса, эффективностью и справедливостью? Как проверить правильность этих алгоритмов? С чем их сравнивать? На некоторые из этих вопросов в академической среде есть частичные ответы, однако многие практические задачи так и остаются нерешенными.
Основная задача лаборатории параллельных вычислений — ответить на эти вопросы, предоставив практически разумные и теоретически ценные решения, а также качественные инструменты, которые помогли бы другим исследователям и разработчикам в области параллельных вычислений. Среди интересов лаборатории: параллельные алгоритмы и структуры данных, энергонезависимая память, тестирование и верификация, анализ производительности, отладка, оптимизация, а также языки и модели параллельного программирования и восстановление памяти.
Вернуться к списку исследовательских групп
Когда дело касается разработки встроенных и киберфизических систем, возникает немало сложностей, связанных с различиями тех практик проектирования, которые используются в инженерии и разработке ПО. Встроенные системы имеют большое значение в различных отраслях, поэтому исследования в этой области открывают огромные возможности.
Лаборатория киберфизических систем занимается вопросами процессно-ориентированного программирования, психологии программирования, предметно-ориентированных языков для разработки управляющего ПО (киберфизические системы, ПЛК, встроенные системы, интернет вещей, распределенные управляющие системы и т.д.), критичных для безопасности систем, формальной семантики, динамической и статической верификации (проверка моделей, дедуктивная верификация, онтологическое проектирование).
Вернуться к списку исследовательских групп
Машинное обучение уже прошло огромный путь и имеет множество полезных приложений. В частности, его можно использовать для улучшения возможностей инструментов разработки.
Группа методов машинного обучения в области программной инженерии занимается разработкой и тестированием методов улучшения инструментов и процессов разработки путем применения анализа данных (включая машинное обучение) к данным из программных репозиториев. Совместно с командами нескольких продуктов JetBrains группа занимается интеграцией в продукты современных методов на основе данных. В данный момент группа работает над десятком исследовательских проектов на различные темы — от поддержки библиотек сбора данных до генерации кода из описаний на естественном языке. Недавние результаты работы группы включают новый подход к рекомендации рефакторингов Move method, исследование нарушений лицензий в заимствованном коде на GitHub, современный подход к присуждению авторства исходного кода и метод построения векторных представлений стиля кода без явных признаков.
Вернуться к списку исследовательских групп
Теория языков программирования также представляет большой интерес для JetBrains — как с точки зрения производимых инструментов, так и для улучшения нашего собственного языка — Kotlin.
Лаборатория языковых инструментов была создана для проведения научных исследований в области теории языков программирования. Это совместная инициатива JetBrains и отделения программной инженерии на математико-механическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета. Лаборатория ведет исследования по множеству разных направлений, включая теорию формальных языков и ее приложения в области синтаксического анализа, статический анализ кода, запросы к графовым базам данных, биоинформатику, а также семантику формального языка программирования и, в частности, семантику слабых моделей памяти, формальные методы верификации, основанные на средствах доказательства теорем и SMT-решателях, методы оптимизации программ, основанные на частичной оценке и суперкомпиляции, различные парадигмы программирования, включая функциональное, реляционное и сертифицированное программирование. Помимо исследований лаборатория проводит ежегодные зимние и летние школы, недельные международные семинары, стажировки для аспирантов и многие другие мероприятия.
Вернуться к списку исследовательских групп
Одним из главных направлений работы над инструментами JetBrains является повышение продуктивности при их использовании. И тот уровень, которого наши инструменты достигли сегодня, — во многом заслуга тех исследований, которыми занимаются наши лаборатории.
В лаборатории верификации и анализа программ студенты, аспиранты и исследователи занимаются разработкой программных технологий, основанных на формальных методах, таких как верификация, статический анализ и методы трансформации программ. Эти методы помогают повысить продуктивность разработчиков при использовании ими автономных инструментов, расширений языков программирования и плагинов для IDE.
Существенная часть исследований посвящена изучению возможностей по расширению Kotlin. Мы верим, что Kotlin можно продолжать улучшать и расширять. Например, это могут быть макросы, liquid-типы, pattern matching, вариативные дженерики. Также в лаборатории занимаются исследованием применения
конколического тестирования в Kotlin, различных техник фаззинга компилятора и других областей.
Вернуться к списку исследовательских групп
Программирование — далеко не единственное, чем на сегодняшний день приходится заниматься разработчикам. Они посвящают довольно много времени обмену информацией и командной работе. Разработка во многом опирается на специальные средства для совместной работы команд. Это коммуникационные инструменты, баг-трекеры, платформы для код-ревью и другое.
Задача новой лаборатории инструментов совместной работы в том, чтобы получить более глубокое понимание процессов коллаборации в разработке и других творческих областях, а также придумать новые подходы к поддержке совместной работы инструментами.
Вернуться к списку исследовательских групп
Если вы хотите присоединиться к какой-либо из групп, создать совместный проект или у вас есть общие вопросы, пишите нам по адресу info@research.jetbrains.org.
Благодарим Ольгу Андреевских за помощь в подготовке этой публикации.
Ваша команда JetBrains Research
The Drive to Develop
