دن گسفیلد: پیشگام علوم کامپیوتر در بهینهسازی ترکیبی و زیستشناسی محاسباتی
دنیل میر گسفیلد، دانشمند برجسته کامپیوتر آمریکایی و استاد ممتاز علوم کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس (UC Davis)، به دلیل تحقیقات نوآورانهاش در زمینه بهینهسازی ترکیبی و زیستشناسی محاسباتی شهرت جهانی دارد.
تحصیلات
گسفیلد تحصیلات عالی خود را در رشته علوم کامپیوتر آغاز کرد. او در سال ۱۹۷۳ مدرک کارشناسی خود را از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی دریافت کرد. سپس در سال ۱۹۷۵ مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته علوم کامپیوتر از دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس (UCLA) اخذ نمود. در سال ۱۹۸۰، دکترای خود را در مهندسی سیستمها از دانشگاه برکلی و تحت راهنمایی ریچارد کارپ، یکی از چهرههای برجسته نظریه علوم کامپیوتر، به پایان رساند.
مسیر شغلی و تحقیقات
گسفیلد در سال ۱۹۸۰ به هیئت علمی دانشکده علوم کامپیوتر دانشگاه ییل پیوست و در سال ۱۹۸۶ به دانشگاه کالیفرنیا، دیویس منتقل شد و به عنوان دانشیار مشغول به کار گردید. در سال ۱۹۹۲ به مقام استادی ارتقا یافت و از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۴ ریاست دانشکده علوم کامپیوتر این دانشگاه را بر عهده داشت. در سال ۲۰۱۶، او به عنوان استاد ممتاز دانشگاه کالیفرنیا، دیویس معرفی شد که بالاترین درجه علمی در این دانشگاه محسوب میشود.
فعالیتهای تحقیقاتی اولیه گسفیلد بر بهینهسازی ترکیبی و کاربردهای عملی آن متمرکز بود. یکی از نتایج مهم اولیه او در زمینه جریان شبکه، ارائه روشی ساده برای تبدیل هر الگوریتم جریان شبکه به الگوریتمی برای ساخت درخت گوموری-هو بود. او همچنین در زمینه تطابق پایدار مشارکت داشت و در توسعه الگوریتمی با زمان چندجملهای برای مسئله ازدواج پایدار برابریخواهانه، که توسط دونالد کنوت معرفی شده بود، نقش داشت. حاصل این تحقیقات، کتابی با عنوان The Stable Marriage Problem: Structure and Algorithms بود که به طور مشترک با رابرت ایروینگ تألیف شد.
از سال ۱۹۸۴، گسفیلد دامنه تحقیقات خود را به زیستشناسی محاسباتی گسترش داد و به یکی از اولین دانشمندان کامپیوتر فعال در این حوزه تبدیل شد. اولین نتیجه او در این زمینه، مقالهای با عنوان The Steiner-Tree Problem in Phylogeny بود که در گزارش فنی دانشگاه ییل منتشر شد و هرگز در یک مجله علمی به چاپ نرسید. اولین مقاله منتشر شده او در زیستشناسی محاسباتی با عنوان Efficient Algorithms for Inferring Evolutionary History، ابتدا در سال ۱۹۸۸ به صورت گزارش فنی منتشر شد و سپس در مجله Networks به چاپ رسید؛ این مقاله امروزه پر استنادترین اثر گسفیلد محسوب میشود. مقاله او در سال ۱۹۹۳ درباره همترازی چند توالی، اولین مقالهای است که با کلیدواژه «زیستشناسی محاسباتی» در پایگاه PubMed نمایه شده است.
تأثیر گسفیلد بر تحقیقات اولیه علوم کامپیوتر در حوزه زیستشناسی محاسباتی الگوریتمی چشمگیر است. او در سال ۱۹۹۱ عضو پنل برنامه تحقیقات ژنوم انسانی وزارت انرژی ایالات متحده بود و از سال ۱۹۹۴ تا ۱۹۹۵ عضو کمیته راهبری مرکز DIMACS روتگرز-پرینستون برای سال ویژه پشتیبانی ریاضی زیستشناسی مولکولی بود. در سال ۱۹۹۵، او در سازماندهی کنفرانس داگشتال در زمینه بیوانفورماتیک مولکولی همکاری کرد. از سال ۱۹۹۶، او عضو هیئت تحریریه Journal of Computational Biology بوده است. در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، او عضوی از گروه سه نفرهای بود که پیشنهاد توسعه مرکز ژنومیک UC Davis را ارائه دادند و به عنوان عضو کمیته راهبری این مرکز (۱۹۹۹–۲۰۰۳) خدمت کرد و به ایجاد جامعهای میانرشتهای از زیستشناسان و دانشمندان کامپیوتر کمک نمود. در سال ۲۰۰۴، گسفیلد در پیشنهاد تأسیس مجله IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics (TCBB) نقش داشت، که یکی از معدود مجلات تخصصی برای پژوهشگران علوم کامپیوتر و ریاضیات در حوزه زیستشناسی محاسباتی است. او تا سال ۲۰۰۹ به عنوان سردبیر مؤسس و سپس رئیس کمیته راهبری TCBB خدمت کرد. اخیراً نیز به عنوان دانشمند مدعو در موسسه سیمونز برای نظریه محاسبات در UC Berkeley در دو برنامه فصلی (یکی در مورد تکامل و دیگری در مورد چالشهای الگوریتمی در ژنومیک) شرکت کرده است. علاوه بر این، گسفیلد استاد راهنما یا مشاور پسادکتری بسیاری از دانشمندان کامپیوتر شناخته شده در حوزه زیستشناسی محاسباتی بوده است.
گسفیلد کمکهای قابل توجهی در زمینههای مقایسه و تحلیل توالیهای مولکولی، استنتاج درخت و شبکه فیلوژنتیک، هاپلوتایپینگ در توالیهای DNA، مسئله فیلوژنی کامل چندحالتی با استفاده از نظریه گرافهای آکوردال، و الگوریتمهای سریع برای تاخوردگی RNA داشته است. از سال ۲۰۱۴، او بر کاربرد و توسعه برنامهریزی خطی صحیح در زیستشناسی محاسباتی تمرکز کرده است.
گسفیلد بیشتر برای کتاب خود با عنوان Algorithms on Strings, Trees and Sequences: Computer Science and Computational Biology شناخته میشود که ارائه جامعی از مبانی الگوریتمی تجزیه و تحلیل توالیهای مولکولی برای دانشمندان کامپیوتر است و بیش از ۸۰۰۰ بار مورد استناد قرار گرفته است. این کتاب به تعریف و توسعه حوزه تلاقی علوم کامپیوتر و زیستشناسی محاسباتی کمک کرده است. دومین کتاب او در زمینه زیستشناسی محاسباتی درباره شبکههای فیلوژنتیک است که مدلهای مبتنی بر نظریه گراف از تکامل هستند و فراتر از مدل کلاسیک درخت عمل میکنند تا فرآیندهای بیولوژیکی مانند هیبریداسیون، نوترکیبی و انتقال افقی ژن را پوشش دهند.
سومین کتاب او در زمینه زیستشناسی محاسباتی در سال ۲۰۱۹ منتشر شد: Integer Linear Programming in Computational and Systems Biology: An Entry-Level Text and Course (انتشارات دانشگاه کمبریج، ۲۰۱۹). این کتاب به چرایی و چگونگی استفاده از برنامهریزی خطی صحیح به عنوان یک تکنیک ارزشمند برای پرداختن به مسائل محاسباتی در زیستشناسی میپردازد. این کتاب با بیش از پنجاه برنامه کامپیوتری همراه است که نابرابریهای لازم برای اکثر موضوعات مورد بحث را تولید میکنند. متعاقباً، گسفیلد و دانشجویانش استفاده از حلکنندههای رضایتپذیری (Satisfiability-solvers) را برای حل کارآمد مسائل بیولوژیکی که برنامهریزی خطی صحیح در آنها مؤثر نبود، بررسی کردند.
پنجمین کتاب او توسط انتشارات کمبریج در ژانویه ۲۰۲۴ منتشر خواهد شد. این کتاب با عنوان Proven Impossible: Elementary Proofs of Profound Impossibility from Arrow, Bell, Chaitin, Gôdel, Turing and more، اثباتهای کامل و دقیقی از قضایای عمیق عدم امکان در حوزههای مختلف (فیزیک، اقتصاد، علم داده، علوم کامپیوتر، ریاضیات، منطق) با استفاده از تنها حساب و منطق ساده ارائه میدهد. پیشفرض این کتاب این است که اثباتهای مدرن این قضایا بسیار سادهتر و آسانتر هستند و وقتی برای غیرمتخصصان ارائه میشوند، برای هر کسی با تحصیلات متوسطه و انضباط لازم برای دنبال کردن یک استدلال منطقی دقیق، قابل درک هستند.
جوایز و افتخارات
گسفیلد در سال ۲۰۱۵ به دلیل مشارکت در بهینهسازی ترکیبی و زیستشناسی محاسباتی، به عنوان همکار انجمن مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) معرفی شد. در سال ۲۰۱۶، او به عنوان همکار انجمن بینالمللی زیستشناسی محاسباتی (ISCB) برای «مشارکتهای برجستهاش در زیستشناسی محاسباتی، بهویژه کار الگوریتمی او در ساخت درختان تکاملی، تجزیه و تحلیل توالی مولکولی، مسائل بهینهسازی در ژنتیک جمعیت، تاخوردگی RNA و برنامهریزی خطی در زیستشناسی» انتخاب شد. در همان سال، گسفیلد به عنوان استاد ممتاز دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، منصوب شد. او در سال ۲۰۱۷ به عنوان همکار انجمن ماشینهای محاسباتی (ACM) انتخاب گردید.