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美本申请顶级竞赛干货分享| 如何准备2022年丘成桐中学科学奖？
我的丘奖准备&获奖心路历程
2022丘成桐中学科学奖（丘奖）内地赛区已于4月15日开始报名。数学、物理、化学、生物、计算机、经济金融建模六大奖项同步开通网上注册报名通道。丘成桐科学奖自开辟以来，就在国际上极具影响力和认可度。参赛院校不乏国内外顶尖高中，且受到了国内外的高校招生官的一致青睐。作为曾经备战丘奖的一员，我想分享一下自己的备赛以及参赛心路历程。
从最开始接触科研这条路时，我就通过各种路径了解了国内含金量较高的科研类赛事。首当其冲的就是丘奖，从那时起，就一直向往着自己的项目能够进入丘奖的颁奖台。我当时参加丘奖只是为了荣誉，同时希望获得清华大学招生的优惠政策。虽然现在看来，作为一个高考路径的学生，丘奖并没有让我去到清华，但在这一整个科研的过程中我比同龄人更早确定了自己未来的方向，同时也跟很多清华的学长们和老师成为了朋友，这为我之后成为清华大学的科研助教（Research Assistant）、大一发表顶级会议论文，还有申请本科转学奠定了极大的基础，整体来说是一次难得可贵、十分难忘的经历。
针对这个问题我希望分两类人群进行分析：
a.备战高考的普高学生：
丘奖是众多高中生科研类型比赛中难度较高，门槛较高的比赛，目前按照清北的政策丘奖是没有实际优惠的，所以丘奖就毫无用处吗？答案肯定是否认的。中国大学生经常会面临的一个大问题就是大学专业的选择，选择一个好的专业顺风顺水，读到不合适的专业痛苦整个四年，所以丘奖是一个很好的对未来领域做出选择的机会，可以在比赛过程中认清自己真正想做什么不想做什么。
b.备战美国和英国顶尖大学的出国党&美高以及海外高中生：
丘奖是国内赛事中国际知名度较高的比赛，甚至可以比肩ISEF，所以大部分参加丘奖的选手都是为了背景提升，同时相比较国内的应试教育，国外更喜欢学生自己动手做的大项目，这是高中生个人能力和素养的体现。
首先，需要牢牢掌握课内知识或者有把握拿下申请需要的硬性指标，也就是说，对于普高生，需要对高考科目的学习得心应手，做项目和比赛的同时不会耽误到课内知识的吸收程度；对于出国党和美高生，需要同时保持一个较高的（符合心中标准的）GPA，不能指望参加丘奖弯道超车。
其次，参加计算机类的参赛者需要具有一定的计算机功底，也就是说需要会C,C++,Python,Java一类的语言；参加数学物理等领域的视情况而定，比如纯理论研究不需要太多的编程要求，但要求较深的学科知识和理解能力。
更重要的是，参赛者需要有充足的自我学习和自我探索能力，因为项目进行时会遇到各种各样的问题不能指望一个个都问别人。
最后，有学科特长的选手，比如参加过数学物理或者信息等竞赛的同学可以优先考虑此类比赛。
1.第一阶段基础学习：19年，我选择清华大学人文与计算科学实验室作为培养地点，在之后我自己选择了人工智能说唱歌词生成作为课题并在19年8月进行了开题。前三个月的时间，我在教授的推荐下学习了人工智能的相关基础内容，包括机器学习的入门知识还有深度学习的经典网络。然而学习了这些内容后我还是对具体的实践一头雾水，于是开始在网上学习python语言，同时在github上克隆项目并进行代码解读。
2.第二阶段项目攻坚： 19年末，我第一次通过改写LSTM网络实现了机器对歌词押韵的学习。20年初，我第一次见识到GPT-2模型的强大，并很快进行了复现和训练，得到了第一版的说唱生成模型。接下来，我用了三个月的时间进行模型改进与结合，最后实现了可以指定主题的说唱歌词生成模型。5月份的时候开始初版论文的撰写，仅一周时间就完成了7000字的论文，并完成了项目答辩。6月份的时候我开始对论文进行重构，使用标准的latex格式和顶会模板在overleaf进行编辑，一个月的时间内完成了较为专业的论文的撰写，也为后来丘奖做出了铺垫。8月份我凭借项目在一个人工智能大赛中获得头奖，于是继续参加了接下来的丘奖。
3.第三阶段收获成果：9月，我针对丘奖实现了一个基于Django的展示平台。10月我成功通过复赛，并将论文翻译为了英文版。最后一个月的时间不断练习英语口语，并完成了12月的最终答辩，获得丘成桐科学奖的优胜奖。总的来说，我在自己的努力下攻克众多难关实现了模型训练，展示平台构建，论文撰写，答辩等流程，最后用项目参加丘奖，一路过关斩将，并在比赛中逐步对项目进行完善。过程中遇到的困难数不胜数就不一一列举了，参加项目就要做好挑战自我的准备。
在准备丘赛的过程中遇到了很多的挑战。首先是关于Python环境的搭建，各种第三方库的安装，接着是对前沿人工智能自然语言处理领域模型的研究，其中涉及各种复杂的数学原理和线性代数知识。其次是是模型训练需要GPU，由于家里没有显卡只能通过Google Colab免费的显卡进行训练。再之后是论文的撰写，其中包括论文结构、内容的调整，还有使用overleaf进行排版。最后是纯英文答辩，对英语能力也是极大的挑战。
在此，需要强调一些对于高中生而言相对较为困难的地方：
1.对于前沿领域的快速理解和应用能力。如果想要完全掌握前沿领域的相关知识，对于一个普通的高中生来说无论在时间上还是精力上都是不太允许，所以需要学生对前沿知识有快速的理解能力，能够抽象出大概的原理和使用方法就足够了。
2.个人能力。面向只有一人参赛的队伍，参赛者需要承担所有的任务，包括项目实现、论文撰写、沟通、答辩等等，这是对一个人多方面的考验。同时时间观念也很重要，参赛者需要能够合理规划时间和进度，合理地push自己，避免拖延。此外遇到困难时，没有队友的话很容易崩溃，所以还要磨炼自己的意志，控制情绪。
3.论文撰写。一篇完美的论文包括排版优美，结构合理，内容充实、创新。这就需要写作者多阅读顶会文章，熟悉专业论文写作模式，同时还要多多阅读文献，为论文增加必要的引用。
首先，收获快乐。所有的艰辛在程序跑通、答辩完毕、拿到奖的时刻都显得微不足道了，这种长期努力而得到的快乐是十分惬意的。
其次，收获伙伴。比赛过程中，会认识很多很厉害的伙伴，一起交流项目，学习经验等，在项目外的收获是会远远大于项目本身的。
同时，收获奖项。丘成桐奖含金量不用再赘述，项目还可以一物多用，参加其他赛事或者发表论文，SCI论文的含金量也是极大的。
最后，收获意志力。过程中极大磨炼一个人的意志，而这种品质对其它学科和事情也是至关重要的。
（一）关于赛事规划思路
a.确定升学目标：
首先想好未来的升学目标，是参加高考选拔还是进行美本的申请。这一点十分重要，因为高中开始就应该养成目标导向的习惯，做事要有目的性，拒绝上头。否则不管前因后果参加比赛很有可能把自己推入漩涡。
b.做好时间管理，准备投入足够多的时间：
对课内的事情做好时间安排，可以具体到每周甚至每天的做项目和学习时间的分配。做好分配才能合理地推进项目进度，同时保证课内的东西不落下。
c.做好心理准备，意识到自己将会涉足新的领域，遇到新的困难和挑战：
对于第一次做项目的人来说，这无疑是一次巨大的挑战，需要做好心理准备，清醒地知道自己将要做什么，为了什么而做，会有怎样的后果，遇到困难和挫折怎么办。这些东西提前想好，就可以防患于未然，免得到时候遇到问题了应接不暇。
d.证明学术实力，直接助力申请：
对于走美本申请路线的同学，如果发现项目进行得不错，那么就可以和自己未来的申请规划进行结合，开辟属于自己的路线。申请中，这样的一条路线是十分难得的，很难不获得招生官的青睐。
（二）关于选题的建议
在近两年丘奖的获奖课题中，“人工智能”“大数据”相关的研究占据了半壁江山，深刻体现了产业界与学术界对于教育的影响。在选题时结合当下行业热点，向行业前沿靠拢，是个不错的选择。
要想在众多课题中脱颖而出，不仅要考虑到行业特点，也要考虑到自身个性，选择适合中学生身份的研究方向。对此我整理了两个选题思路供大家参考：
1．从个人生活、学习以及生活背景角度出发
这类课题需要学生从生活中的问题和现象出发，归约到已知的问题形式，再用已有的方法去尝试解决这个问题。此类选题的优势在于其源自于生活，具有现实意义，而研究的问题本身就是一个创新，能够更好地体现学生的创新意识与能力。
以我参加丘奖的选题为例：我的选题就是这么来的。因为我本身就是说唱爱好者，同时也参加信息学竞赛，在得知AI能够主力文本生成这个方向后，我决定创新性地尝试通过AI对说唱歌词进行生成。
2．从科学前沿出发
这类课题研究计算机科学与技术领域已有的常见问题，创新点主要集中在研究方法上，一般是对已有的方法进行一些微创新，或是把原来两种不同的方法整合在一起。
比如，我的项目最后也是这样的：我通过当时热门的GPT-2模型，结合传统的LSTM模型和LDA主题分析模型，对生成重复度较高的问题提出了一些创新性的小改进，最后便产生了较为出色的效果。
（三）丘奖参赛建议
1.课题选择需要考虑个性化。
2.要注重时间管理，拉长项目准备时间线，给充足时间在每个阶段收获进步。
3.项目选择要慎重，三思而后行。切勿盲目跟风，要巧妙借势，结合自身优势。
4.及时调整心态，关注心理健康，及时干预和调整。
5.目光要放长远，结合目标，顾全大局。要衡量好丘奖对自己的价值有多大，避免头重脚轻，如果遇到无法解决的困难要学会放弃，及时止损，科研不是唯一路径，不要忘了主要目标。
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本文作者：宇卿，2020年丘成桐中学科学奖计算机得奖者，北京邮电大学在读，正在积极准备美国本科转学申请中。
