課程資訊
課程名稱
天文數據分析
Data Analysis in Astronomy 
開課學期
110-1 
授課對象
理學院  天文物理研究所  
授課教師
藍鼎文 
課號
AsPhys7021 
課程識別碼
244 M1220 
班次
 
學分
3.0 
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期二2,3,4(9:10~12:10) 
上課地點
天數812 
備註
總人數上限:15人 
 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

在過去二十年當中,伴隨著科技的進步,人類文明已邁進大數據時代,天文學研究亦是如此。觀測巡天計畫和大型物理模擬產生數以百萬比數據,供全世界所有人自由下載分析與探索。在此天文大數據時代,擁有能分析海量數據並從中萃取出全新的科學結果的能力,將是不可或缺。
此課程目標讓學生具備分析大數據的能力。我們將學習相關統計知識及各種數據分析的技術,包含機器學習,並將這些技術實際運用在天文數據當中。同時,我們將閱讀相關文獻並討論科學家是如何運用這些技術,以取得全新的科學結果。 

課程目標
透過本課程,學生可
1. 具備從事天文研究和數據科學工作所需的基礎統計知識。
2. 了解並運用數據分析的各種技術,包含誤差計算、相關性係數、回歸曲線、數據視覺化、數據降維分析、機器學習、神經網路等。
3. 擁有分析天文大數據的實作經驗。
4. 透過天文數據分析,學習最新的天文研究結果。
5. 判斷科學文獻中數據分析結果的可靠性。
6. 熟習並能應用科學方法及獨立思考推論,培養邏輯論述的能力。 
課程要求
前三週的遠距上課連結
meet.google.com/kjb-qxer-rna


本課程將使用python,無python使用經驗可修習本課,然而擁有使用python經驗會較為容易上手。
本課程第一週課程內容會包含基本的python使用。預期同學在課後花時間練習並熟悉相關的程式。
學生要搜尋一個天文課題及相關數據,並運用所學的分析技術,解決一科學問題,並在課程當中口頭英文報告並寫成英文書面報告。
學生人數最多15人

以下為暫定課綱,欲知最新的課綱可至 https://www.tingwenlan.com/teaching 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
另約時間 備註: 想要討論任何課程上事情,請email聯繫我,基本時段是每日下午5-6點,來信請直接註明你們想meeting的日期 (請給3個日期) 
指定閱讀
待補 
參考書目
Statistics, Data Mining, and Machine learning in Astronomy: A Practical Python Guide for Analysis of Survey data by by Zeljko Ivezic, Andrew Connolly, Jacob Vanderplas, and Alex Gray

Practical Statistics in Astronomy by C. R. Jenkins and J. V. Wall

Hands-On Machine Learning with Scikit-Learn, Keras, and TensorFlow: Concepts, Tools, and Techniques to Build Intelligent Systems by Aurelien Geron 
評量方式
(僅供參考)
 
No.
項目
百分比
說明
1. 
期中報告 
10% 
期中口頭報告 (10 分鐘)+書面 (2 pages) 
2. 
期末報告 
40% 
期末口頭報告 (15分鐘)+書面 (5 pages) 
3. 
作業  
30% 
每週或兩週一份作業 
4. 
參與討論 
10% 
發言討論 例如在報告完給回饋 問問題 和討論論文時積極互動 
5. 
口頭報告 
10% 
口頭報告 論文或是一個計畫總結 
 
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
9/28  meet.google.com/kjb-qxer-rna



1. Introduction of the course
2. The basic of Python, Jupyter Notebook, github, google colab
3. The importance of data visualization  
第2週
10/05  meet.google.com/kjb-qxer-rna

Data analysis
1. Research concepts / scientific method
2. Motivation of data analysis in astronomy
3. A short introduction of astronomical surveys and simulations

Astronomy
1. Introduction to some results in astronomy and the analysis methods used in those studies
2. SDSS 
第3週
10/12  meet.google.com/kjb-qxer-rna


Data analysis
1. Data exploration
2. basic statistics / uncertainty estimation / statistical estimators

Astronomy
1. Color-magnitude distribution of stars, galaxies, and quasars 
第4週
10/19  新物館 833上課

https://docs.google.com/document/d/18DF3hOO4PNEtOdnmE_9CmpwG8qjwZJz5_ig2Bj-1xmM/edit?usp=sharing

Data analysis
1. Correlation coefficients
2. Spatial correlation in astronomy
3. Cross-correlation measurements in astronomy

Astronomy
1. Milky Way All Sky map exploration
2. Weak lensing probing dark matter halos
3. Correlation function / BAO
4. SZ effect / hot gas 
第5週
10/26  Data analysis
1. Regression

Astronomy
1. Type 1a Supernova probing dark energy
2. Galaxy rotation curve
3. Estimating emission line / absorption line strength / Gas abundance
4. Galaxy stellar mass - SFR relation 
第6週
11/02  Data analysis
1. searching for structure in data
2. smoothing
3. object cross-matching
(4. Decadal Survey discussion TMP)
Astronomy
1. Stellar streams of Milky Way
2. Obscured quasars
3. Multi-wavelength studies in astronomy 
第7週
11/09  Data analysis
1. Midterm presentation
 
第8週
11/16  Data analysis
1.The basic of machine learning
2. Dimensionality reduction techniques

Astronomy
1. Intergalatic medium / Reionization
2. Direct imaging of exoplanets
3. Intercluster medium  
第9週
11/23  Data analysis
1. Dimensionality reduction techniques

Astronomy
1. Intergalatic medium / Reionization
2. Direct imaging of exoplanets
3. Intercluster medium  
第10週
11/30  Data analysis
1. Support Vector Machine
2. Logistic regression
3. Decision tree
4. Random forest

Astronomy
1. Photometric redshifts
2. Target selection of surveys 
第11週
12/07  Data analysis
1. Support Vector Machine
2. Logistic regression
3. Decision tree
4. Random forest

Astronomy
1. Photometric redshifts
2. Target selection of surveys 
第12週
12/14  Data analysis
1. Neural network / Deep learning
2. Ethic of machine learning

Astronomy
1. Real world application / object detection / Face recognition  
第13週
12/21  Data analysis
1. Convolutional neural network

Astronomy
1. Galaxy classification
2. Absorption line detection
3. Supernova candidate detection
4. Dark matter substructure
5. Gravitational lensing  
第14週
12/28  Data analysis
1. Convolutional neural network

Astronomy
1. Galaxy classification
2. Absorption line detection
3. Supernova candidate detection
4. Dark matter substructure
5. Gravitational lensing  
第15週
1/04  1. Final presentation 
第16週
1/11  1. Final presentation
2. Summary