Science · 科学计算
1. 介绍
1.1 背景
科学计算方向面对的是一个反直觉的现实:模型在通用任务上的强大,并不自动迁移到科学场景。
上海人工智能实验室于 2025-12-05 发布、2025-12-12 上线 OpenCompass 的科学智能评测体系给出了明确的量化证据:前沿模型在通用任务上接近 90 分,进入严谨科学场景后降至 60 分以下;在方程级符号操作上,没有任何模型超过 50 分;在端到端可执行代码任务上,没有任何模型超过 30 分。
这一「剪刀差」解释了为什么科学计算不能简单套用通用智能体方案:科学任务要求的不是流畅,而是严谨——假设前置、混杂控制、效应量报告、不确定性量化、可复现执行。
与此同时,可复现性的行业基线已经形成。ACM 给出四层术语定义:Repeatability(同一团队、同一实验装置)、Replicability(不同团队、同一装置)、Reproducibility(不同团队、不同装置)、Reusability(工件文档完备可复用)。FAIR 原则已成为科研数据管理的国际公认基准;2026 年 Nature Communications 的一篇论文进一步为计算模型提出 CURE 原则(Correct 正确、Unbiased 无偏、Robust 稳健、Explainable 可解释),并给出生命科学适配版 BioFAIR。
1.2 定义
科学计算方向的 AI Harness,是指围绕实验设计、统计推断、科学计算与结果解释,为智能体提供协议化上下文、受控计算工具、状态持久化、评审式评估与科研诚信约束的工程承载层。
它的产出物不是「一个 p 值」,而是一份假设前置、方法可复现、效应量可解释、不确定性已量化的分析结论。
边界澄清:
- 与数据分析(02-analytics)的差别:数据分析回答「是多少」,科学计算回答「效应有多大、是否稳健、能否归因」。前者以口径一致性为准绳,后者以统计严谨性为准绳。
- 与科学发现(06-ai4s)的差别:科学计算执行已知的方法与流程;AI4S 试图生成新的假说与候选。前者的 ground truth 是方法与复现,后者的 ground truth 是物理定律与实验验证。
1.3 在 AI Harness 体系中的定位
图 1-1|科学计算方向 AI Harness 六层架构(核心 L2/L4 · 瓶颈 L5)
数据来源:基于本文分析绘制的示意图。
| 层 | 侧重 | 科学计算方向的具体内容 |
|---|---|---|
| L1 上下文工程层 | ★★★★ | 上下文 = 协议 / 分析计划 / 数据字典 / 变量定义 / 既有 notebook 与实验记录 |
| L2 工具与执行层 | ★★★★★ | Jupyter / Colab 内核、统计计算 MCP(R / Python / Wolfram / MATLAB)、实验跟踪(MLflow / W&B) |
| L3 编排与控制层 | ★★★ | 实验流水线:设计 → 执行 → 评审 → 修正的循环 |
| L4 记忆与状态层 | ★★★★★ | notebook 状态持久化、实验记录、失败记录、数据集版本 |
| L5 评估与观测层 | ★★★ | 方向性困难:多数任务无 ground truth,只能靠竞赛数据集、评审智能体与人工监督 |
| L6 治理与安全层 | ★★★★ | 科研诚信(不得伪造数据与引用)、PII、实验伦理审查 |
核心在 L2 与 L4。
L2 是核心,因为科学计算的工具链高度专业化:notebook 内核承载着「变量在多次智能体调用之间保持」的能力,统计计算 MCP 服务器提供回归、时序、检验、贝叶斯与计量经济等能力,实验跟踪系统记录每次运行的参数与结果。没有这些工具,智能体只能生成代码文本,无法真正执行科学计算。
L4 是核心,因为科学分析的中间状态极有价值:一个跑了三小时的贝叶斯模型,其状态必须能被保存、被检查、被继续。notebook 状态持久化是本方向对 L4 最具体的要求。
瓶颈层:L5。 本方向的评估困境被实践者直接点破:「在因果推断中使用智能体面临一个挑战:在没有真实标注数据的情况下,我们如何评估智能体在各项任务中的表现?」可行替代只有三条:竞赛数据集(如 ACIC 竞赛数据集)、评审智能体分级、流程审核 + 人工监督。
1.4 价值与瓶颈
价值:
- 把统计严谨性变成流程。假设前置、多重比较校正、混杂控制这些要求,写在规范里容易,落在流程里难。Harness 可以把它们变成每次执行都必须经过的门禁。
- 缩短分析循环。设计 → 执行 → 评审 → 修正的循环由智能体自动完成,人类只在关键判断处介入。
- 可复现性内建。环境锁定、随机种子、数据版本由 Harness 保障,而非依赖分析师的自觉。
瓶颈:
- 无 ground truth。多数科学计算任务没有标准答案,效应真值未知。
- 符号推理与代码生成能力不足。评测显示方程级符号操作无模型超过 50 分,端到端科学代码无模型超过 30 分。
- 伪相关与 p 值操纵风险。智能体若以「得到显著结果」为目标,可能通过更换规格、剔除样本来达成——这是自动化带来的新风险。
- 评审能力依赖模型自身。用智能体评审智能体,存在共同盲区的可能。
2. 名词解释
| 术语 | 英文 / 缩写 | 释义 |
|---|---|---|
| 观察性因果推断 | Observational Causal Inference, OCI | 在非随机实验数据上估计因果效应的方法体系 |
| 目标试验仿真 | Target Trial Emulation | 把观察性分析设计为对「理想随机试验」的仿真,以明确干预、对照与结局 |
| 演员-评论家循环 | Actor-Critic Loop | 由执行方产出结果、评审方给出评级与修改建议,并据此迭代的循环结构 |
| 评审智能体 | Reviewer Agent | 对分析输出进行审查、评级并提出修改建议的智能体 |
| 混杂 | Confounding | 同时影响干预与结局的第三变量,导致效应估计偏倚 |
| 安慰剂检验 | Placebo Test | 用虚构干预或虚构时点检验方法是否会「发现」本不存在的效应 |
| 敏感性分析 | Sensitivity Analysis | 检验结论对未观测混杂或方法假设的稳健程度 |
| 早期采用者偏差 | Early Adopter Bias | 主动尝试新内容的用户本身留存倾向更高,导致效应被高估 |
| 序贯检验 | Sequential Testing | 允许在实验中多次查看结果并提前停止,同时控制第一类错误的检验方法 |
| CUPED | Controlled-experiment Using Pre-Experiment Data | 利用实验前数据缩减方差、提升检验效能的方法 |
| 双重差分 | Difference-in-Differences, DID | 用处理组与对照组在干预前后的差值之差估计效应 |
| 断点回归 | Regression Discontinuity Design, RDD | 利用临界值附近的局部随机性识别因果效应 |
| 因果图 | Causal Graph / DAG | 用有向无环图表达变量间因果关系,用于识别混杂与控制集 |
| 效应量 | Effect Size | 效应大小的量化指标,需与不确定性区间一同报告 |
| 检验效能 | Statistical Power | 在给定效应量下正确拒绝错误原假设的概率 |
| 多重比较校正 | Multiple Comparison Correction | 在同时进行多次检验时控制总体错误率的方法 |
| 可复现性四层 | Repeatability / Replicability / Reproducibility / Reusability | ACM 对可复现性由弱到强的四层定义 |
| FAIR 原则 | Findable / Accessible / Interoperable / Reusable | 科研数据管理的国际公认基准 |
| CURE 原则 | Correct / Unbiased / Robust / Explainable | 为计算模型提出的四原则,强调透明度与验证 |
| 符号推理 | Symbolic Reasoning | 对方程与符号表达式进行操作与推导的能力 |
| 代码执行沙箱 | Code Execution Sandbox | 隔离环境中执行代码并返回结果的评测与运行机制 |
| LLM-as-a-Judge | LLM-as-a-Judge | 以模型作为评审者对其他产出打分的评测方式 |
| notebook 状态持久化 | Notebook State Persistence | 变量与执行状态在多次调用之间保持的能力 |
3. 案例
3.1 案例一:通用能力与科学能力的剪刀差
3.1.1 背景
评估科学计算智能体的能力,需要专门的评测体系。上海人工智能实验室的科学智能评测体系(SciEvalKit)于 2025-12-05 发布 v1,并于 2025-12-12 上线 OpenCompass。
- 七大能力维度:科学知识理解、科学代码生成、科学符号推理、科学假设生成、科学多模态感知、科学多模态推理、科学多模态理解。
- 六大学科:物理、化学、材料、天文、地球、生命。
- 已集成基准:ChemBench(化学)、SciCode(干实验代码)、SFE(科学数据分析)、SGI-Bench(科学发现全流程)。
- 四层架构:数据集层 → 模型推理层(统一 API 封装 + 本地推理 + 并行容错)→ 评测与测试层(规则匹配 / 代码执行沙箱 / LLM-as-a-Judge)→ 报告与存储层。
3.1.2 方案
该评测体系的关键设计是把「科学能力」从「通用能力」中剥离出来单独测量,并采用三类互补的评测手段:规则匹配(适用于有确定答案的任务)、代码执行沙箱(适用于科学代码生成)、LLM-as-a-Judge(适用于开放性问题)。
这一设计本身就体现了科学计算方向的评估哲学:能用确定性手段判定的,绝不用主观判定;只能用主观判定的,要明确标注其为主观判定。
3.1.3 效果
评测结论如下(数据来源为上海人工智能实验室官网与技术博客,属 A/B 级):
| 结论 | 数据 |
|---|---|
| 通用能力与科学能力存在「剪刀差」 | 前沿模型(如 Gemini 3 Pro)通用任务接近 90 分,进入严谨科学场景降至 60 分以下 |
| 科学多模态能力正在突破 60 分 | Gemini 3 Pro 以 62.88 领先 |
| 符号推理仍是瓶颈 | 没有任何模型在方程级符号操作上超过 50 |
| 科学代码生成仍是瓶颈 | 没有任何模型在端到端可执行代码任务上超过 30 |
| 开源系统快速追赶 | Qwen3-VL-235B-A22B、Qwen3-Max 在符号推理与代码生成上达到或超过部分闭源模型 |
| 特定榜单时点结论 | 有表述称 GPT 5.1 在各方面「不升反降」——该结论为特定榜单时点结果,引用时须标注时点与来源 |
这组数据的工程含义是:当前阶段不应让智能体独立完成符号推导或端到端科学代码生成。可行的工程做法是让智能体负责流程编排、参数填充与结果解释,把符号推导交给专业库(如符号计算引擎),把数值计算交给经过验证的科学计算库。
3.2 案例二:观察性因果推断智能体工作流
3.2.1 背景
因果推断是本方向最需要严谨性、也最容易出错的任务。观察性数据没有随机化保证,任何效应估计都可能被混杂扭曲。而当智能体参与其中时,还多了一个风险:智能体可能通过反复更换规格来「找到」显著结果。
Netflix 于 2026-08(据公开转述)开源了一个观察性因果推断智能体工作流。其定位是:基于既有 OCI 工具构建,把 OCI 分析定义为目标试验仿真——寻找能回答该问题的最优 A/B 测试方案。
3.2.2 方案
该工作流的架构如下:
- 启动方式:人类分析师以「基于模板的 Jupyter notebook + 分析计划」启动,而非由智能体自由发挥。
- 执行智能体:生成规格说明书、填写参数并执行 notebook。
- 评审智能体:审查输出并评级——
not_satisfactory/satisfactory_with_caveats/fully_satisfactory——同时提出规格修改建议。 - 迭代:工作流根据评审意见用调整后的参数做多次分析。
评估使用大西洋因果推断会议(ACIC)竞赛数据集,与各类基准系统相比「具有竞争力」。
一个具体案例是评估新型娱乐内容(如游戏)对用户留存的影响:干预变量为接触新内容的天数,结果指标为两个月留存率。基准对照是直接让模型跑简单线性回归。结果是:该工作流得出的估计效应值仅为基准值的 25%;评审智能体指出潜在早期采用者偏差与安慰剂检验失败等问题,工作流据此自动用调整后参数做多次分析。
3.2.3 效果
这个案例的价值在于它示范了两件事:
第一,智能体的正确角色是「执行 + 被评审」,而不是「自由分析」。 起点是人类分析师给出的模板 notebook 与分析计划,终点是评审智能体的分级与修改建议。智能体在中间做繁重但受限的工作。
第二,效应量被大幅修正,说明朴素方法会严重高估效应。 简单线性回归给出的效应值约为严谨工作流给出的 4 倍。若以此决策,会严重误导资源投入。
Netflix 自己也点出了该方向的根本困难:「在因果推断中使用智能体面临一个挑战:在没有真实标注数据的情况下,我们如何评估智能体在各项任务中的表现?」其应对是把流程审核与人工监督相结合,并开源了轻量级独立版本。
需要说明:本案例的数字(效应值为基准值的 25%)来自对 Netflix 技术博客的二手转述,标注 ,建议核对原文后引用。
3.3 案例三:科学智能体的评测基准全景
3.3.1 背景
科学计算方向的评估不能只靠一个榜单。近年来出现了一批定位各异的基准,覆盖从科学代码生成到完整科学发现循环的不同层面。
| 基准 | 机构 / 年份 | 内容 |
|---|---|---|
| SciCode | Tian 等,NeurIPS 2024 | 由科学家策划,338 个子问题 / 16 个子领域(物理、数学、材料、生物、化学),带 gold-standard 解 |
| ScienceAgentBench | Chen 等 | 心理学 / 生物信息 / 测绘 / 化学 |
| LAB-Bench | Laurent 等,2024(FutureHouse) | 生物学专用,覆盖实验设计、文本/图像/表格解读 |
| DiscoveryWorld | Jansen 等,2024 | 虚拟文本环境,120 个任务模拟完整科学发现循环 |
| MLAgentBench | Huang 等,2024 | 机器学习研究任务 |
| DiscoveryBench | Majumder 等,2024 | 社科 / 生物 / 人文 |
| DSBench | Jing 等,2024 | 数据科学任务 |
| MLE-Bench | OpenAI,2024 | 75 个 Kaggle 风格机器学习工程竞赛,Docker 化可复现评分 + 人类基线 |
| SUPER / CORE-Bench | Bogin 等 2024 / Siegel 等 2024 | 科学代码 / 可复现性 |
| AAAR-1.0 | Lou 等,2025 | 方程推断、实验设计、论文弱点识别、评审批评四类任务 |
| MLGym | Nathani 等,2025 | gym 式环境,13 个 AI 研究挑战 |
| ScienceBoard | ICLR 2026 | 真实科学软件环境(KAlgebra、Celestia、Grass GIS、Lean 4)+ VM 评测基础设施 |
| NewtonBench | ICLR 2026(HKUST) | 首个评估模型通过交互实验重新发现科学定律的基准:12 个物理域、324 个任务,含抗记忆的「形而上学偏移」 |
| ResearchClawBench | InternScience,arXiv 2026 | 端到端自动化研究(从再发现到新发现),40 个真实科学任务 / 10 个学科 |
| Terminal-Bench Science | Harbor Framework,2026 | 终端环境下复杂真实科研工作流 |
| SciTrust | 2024 | 科学模型可信度(真实性、幻觉、谄媚) |
3.3.2 方案
对自建 Harness 而言,可行的做法是分层选用基准:
| 层次 | 推荐基准类型 | 用途 |
|---|---|---|
| 科学代码生成 | SciCode、SciEval 科学代码维度 | 测量端到端代码能力,注意当前上限低于 30 分 |
| 科学数据分析 | SFE、DSBench | 测量数据处理与分析流程能力 |
| 完整发现循环 | DiscoveryWorld、ScienceBoard、NewtonBench | 测量从假说到验证的闭环能力 |
| 研究工程能力 | MLE-Bench、MLGym、MLAgentBench | 测量机器学习研究工程能力,含人类基线 |
| 可信度 | SciTrust | 测量幻觉与谄媚倾向 |
同时必须配套组织内部的可复现性检查:环境锁定、随机种子、数据版本、工件完备性,按 ACM 四层定义验收。外部基准衡量能力,内部检查保障复现,两者不可互相替代。
3.3.3 效果
本案例最重要的效果是界定了能力的边界:
- 有 gold-standard 解的科学代码任务(SciCode)可以精确评分,但当前模型表现有限(端到端无模型超 30 分)。
- 完整发现循环的基准(DiscoveryWorld 120 任务、NewtonBench 324 任务)提供了评测闭环的可能,但成本高、规模小。
- 有真实软件环境的基准(ScienceBoard)最接近真实工作流,但搭建与维护成本最高。
对工程实践的启示是:不要期待单一基准给出全局答案。科学计算 Harness 的评估体系应当是「外部基准(能力)+ 内部回归集(正确性)+ 可复现性检查(可信度)」三者的组合。
4. 实践标准
4.1 AGENTS.md 规范
标准来源声明:以下为本文提出的科学计算方向 AGENTS.md 标准建议稿。截至目前不存在官方或行业公认标准原文,AGENTS.md 属社区约定而非标准。本建议稿继承数据科学组级 AGENTS.md 全部条款。
# AGENTS.md —— 科学计算(Science / Scientific Computing)
> 继承数据科学组级 AGENTS.md 全部条款。本节为科学计算方向的收紧与扩展。
> 本文件为标准建议稿,业界尚无官方标准版本。
## 角色与边界
- 本 Agent 是**分析流程的执行者与方法助手**,不是统计权威、不是结论的担保人。
- 可以做:按分析计划填充参数并执行 notebook、调用统计计算工具、运行诊断与稳健性检查、生成评审意见、解释结果。
- 不可以做:在看到结果后构造假设、为追求显著而更换规格、剔除样本而不声明、伪造或篡改数据与结果。
- **分析计划必须由人类分析师或经审批的模板给出**;本 Agent 不自行定义研究问题与识别策略。
## 环境假设
- 存在 notebook 执行环境(Jupyter / Colab 内核),且**状态可跨调用持久化**。
- 存在统计计算能力:Python 科学计算栈、R 与其统计包、或符号计算引擎。
- 存在实验跟踪(MLflow / W&B 或等价系统),记录参数、指标与工件。
- 环境与依赖可锁定;随机数可设种子。
- 数据集可版本化,且版本标识可被引用。
- 存在评审通道:评审智能体或人类分析师可对输出评级。
## 上下文加载顺序(Context Budget)
1. 研究问题与分析计划(必须,含假设、结局、干预、识别策略)
2. 变量定义与数据字典(必须)
3. 既有 notebook 模板与范例代码(必须)
4. 数据剖析结果:样本量、缺失模式、分布、分组平衡性
5. 领域假设与已知混杂
6. 既往实验记录与失败记录(**失败记录优先保留**)
7. 领域文献与方法参考
8. 历史会话
- 失败记录与既往不显著的结果**不得被裁剪**,它们是避免重复犯错的关键上下文。
- 大表的完整数据不得注入上下文,只注入剖析结果与聚合摘要。
## 工具契约
| 工具 | 用途 | 模式 | 约束 |
|---|---|---|---|
| Notebook 内核 | 执行代码、保持变量状态 | 受控执行 | 状态须可持久化;执行记录须留痕 |
| 统计计算服务 | 回归、时序、检验、贝叶斯、计量经济 | 计算 | 方法参数须显式指定,禁止隐式默认 |
| 符号计算引擎 | 方程推导与符号操作 | 计算 | 推导结果须数值验证后方可采信 |
| 实验跟踪 | 记录参数、指标、工件 | 受限写 | 每次运行必须记录 |
| 数据版本服务 | 取指定版本数据集 | 只读 | 引用必须带版本标识 |
| 可视化 | 生成诊断图表 | 生成 | 图表须标注数据版本与样本量 |
- **符号推导结果必须经数值验证**,不得直接采信。
- 每次运行的参数、随机种子、数据版本必须写入实验跟踪。
## 数据源契约
- 数据集必须带版本标识:快照时间、版本号或 commit hash,三者至少其一。
- 变量定义必须来自数据字典或分析计划,禁止由 Agent 推测变量含义。
- 缺失值处理方式必须显式声明,禁止静默丢弃。
- 分组定义与排除标准必须记录,且排除后的样本量变化必须报告。
- 合成数据或模拟数据必须显式标注为模拟,不得与实测数据混用而不声明。
## 任务执行流程(SOP)
1. **加载分析计划**
读取研究问题、假设、结局指标、干预定义、识别策略与检验方法;缺失任一项则停止并上报。
2. **计划卡点**
分析计划经人类分析师或负责人确认后方可执行。
3. **数据剖析**
检查样本量、缺失模式、分布、分组平衡性;与既有剖析结果比对,异常则报告。
4. **执行分析**
按模板 notebook 填充参数并执行;记录参数、种子、数据版本与运行时间。
5. **诊断与假设检查**
执行模型诊断(残差、共线性、平衡性);检查识别策略的假设是否成立。
6. **稳健性检查**
执行安慰剂检验、敏感性分析、更换规格、剔除异常、切换时间窗口;记录结论是否翻转。
7. **评审**
由评审智能体或人类分析师对输出评级(不满意 / 有保留地满意 / 完全满意),并给出修改建议。
8. **迭代或终止**
按评审意见调整参数重跑;达到「完全满意」或达到迭代上限后终止;**达到上限仍不满意的,如实上报**。
9. **交付与归档**
输出效应量与不确定性区间、诊断结果、稳健性边界、局限;归档代码、环境、数据版本、运行记录与评审记录。
## 验证与证据要求
- 效应量必须报告,**并给出不确定性区间**;仅报告「显著 / 不显著」视为不合格。
- 必须执行安慰剂检验或阴性对照,结果必须报告(**包括失败的结果**)。
- 必须执行敏感性分析,说明结论对假设的稳健程度。
- 必须报告样本量与检验效能,效能不足须声明。
- 所有数值必须来自执行结果,禁止由模型凭记忆或估算生成。
- 主动报告使结论翻转的边界条件,不得只呈现支持性结果。
- 结论分「已验证 / 部分验证 / 未验证」三档;无 ground truth 时,通过竞赛数据集或独立复算的列为已验证,仅通过流程审核的列为部分验证。
## 失败与升级策略
- 同类失败重试不超过 2 次;第 3 次改变方法或升级。
- **安慰剂检验失败**:如实报告,不得剔除该结果;把结论降级为部分验证并说明。
- **诊断不通过**(如分组严重不平衡):停止,报告诊断结果,建议重新设计。
- **评审持续不满意**:达到迭代上限后停止并上报,不得无限迭代以求「通过」。
- **结果与领域常识严重冲突**:标注为部分验证,报告冲突点与可能原因,不得自行「修正」数值。
- **符号推导无法验证**:降级为假设,不得写入结论。
- 升级时携带:分析计划、执行参数、诊断结果、稳健性结果、评审记录、失败点、建议下一步。
## 安全与合规红线
- 不得伪造、篡改或选择性报告数据、结果与运行记录。
- 不得在看到结果后构造假设。
- 不得为追求显著而更换规格、剔除样本、切换窗口,除非已声明为稳健性检查的一部分。
- 不得把模拟数据冒充实测数据。
- 不得删除或隐藏不显著、负向或反直觉的结果。
- 不得在未声明的情况下用模型生成的内容充当实测数值。
- 涉及人类受试者、个人信息的分析,须确认已通过伦理与合规审查。
## 禁止事项
- 禁止自行定义研究问题与识别策略。
- 禁止在无分析计划的情况下启动分析。
- 禁止报告点估计而不报告不确定性。
- 禁止跳过安慰剂检验与敏感性分析。
- 禁止无限迭代以求评审通过。
- 禁止把符号推导结果当作已验证结论。
- 禁止跨方向复制通用模板;科学计算的统计严谨性要求与数据工程、HPC 有实质差异。
## 输出格式
- 结论(效应量 + 不确定性区间)→ 方法与识别策略 → 诊断结果 → 稳健性边界 → 局限 → 建议。
- 效应量带单位与口径;范围用「~」连接;百分比数值与 % 之间无空格。
- 表格呈现:规格、效应量、区间、样本量、诊断结论。
- 代码与配置使用带语言标记的代码块。
- 每个输出必须包含复现说明:环境、依赖、随机种子、数据版本、执行命令、运行记录。
## 评估与自检
- [ ] 分析计划已加载且完整(假设、结局、干预、识别策略、检验方法)
- [ ] 计划卡点已获确认并留痕
- [ ] 数据版本已锁定,变量定义来自数据字典
- [ ] 随机种子已固定并记录
- [ ] 环境与依赖已锁定
- [ ] 模型诊断已执行且已报告
- [ ] 安慰剂检验或阴性对照已执行,**结果已如实报告**
- [ ] 敏感性分析已执行,稳健性边界已给出
- [ ] 效应量与不确定性区间已报告
- [ ] 样本量与检验效能已说明
- [ ] 使结论翻转的边界条件已报告
- [ ] 评审记录已归档,未无限迭代
- [ ] 结论已分三档列出 4.2 SKILL.md 规范
标准来源声明:以下为本文提出的科学计算方向 SKILL.md 标准建议稿,同样不存在官方标准原文。
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name: causal-and-statistical-analysis
description: 科学计算与统计推断的标准执行流程与验收基线。适用于实验设计与 A/B 分析、观察性因果推断、统计建模、假设检验与可复现分析。触发场景:任何需要估计效应、检验假设或产出可复现统计结论的任务。
version: 1.0
created: 2026-09-12
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# 统计与因果分析标准流程
## 适用场景
- A/B 实验的设计、执行与分析。
- 观察性数据的因果效应估计(目标试验仿真框架)。
- 统计建模、假设检验与不确定性量化。
- 既有分析结论的复现与稳健性复核。
- 不适用场景:不需要因果或统计推断的纯描述性统计;无分析计划的探索性挖掘(应先产出分析计划)。
## 前置条件
- 分析计划已存在:研究问题、假设、结局指标、干预定义、识别策略、检验方法。
- 数据字典可用,变量含义明确。
- 数据集可版本化,版本标识可引用。
- notebook 环境可用且状态可持久化;依赖可锁定;随机种子可设置。
- 实验跟踪系统可用。
- 评审通道可用(评审智能体或人类分析师)。
## 输入
| 输入项 | 必需 | 说明 |
|---|---|---|
| 分析计划 | 是 | 假设、结局、干预、识别策略、检验方法、样本量考虑 |
| 数据集与版本 | 是 | 快照标识与分析样本定义 |
| 变量定义 | 是 | 结局、干预、协变量、分组变量的明确定义 |
| 排除标准 | 是 | 纳入与排除规则及预期样本量影响 |
| 随机种子 | 是 | 与方法无关的随机性控制 |
| 既有范例 | 否 | 模板 notebook 与既往分析 |
## 输出
| 输出项 | 必需 | 说明 |
|---|---|---|
| 效应量与不确定性区间 | 是 | 点估计 + 区间,带单位与口径 |
| 诊断结果 | 是 | 平衡性、残差、共线性等假设检查 |
| 稳健性结果 | 是 | 安慰剂检验、敏感性分析、规格更换结果 |
| 样本量与效能 | 是 | 实际样本量与检验效能说明 |
| 局限与边界 | 是 | 已知假设、使结论翻转的条件 |
| 复现说明 | 是 | 环境、依赖、种子、数据版本、执行命令 |
| 评审记录 | 是 | 评级与修改建议的完整链条 |
## 执行步骤
1. **加载与校验分析计划**
确认假设、结局、干预、识别策略与检验方法齐全;缺失则停止并上报。
2. **计划卡点确认**
分析计划经人类分析师或负责人确认。
3. **数据剖析与样本构建**
按排除标准构建分析样本;检查样本量、缺失模式、分布与分组平衡;报告排除造成的样本量变化。
4. **基线执行**
按模板 notebook 填充参数,执行主规格;记录参数、种子、数据版本与运行时间。
5. **模型诊断**
执行假设检查:残差、共线性、平衡性、比例风险假设等(按方法而定);诊断不通过则停止并上报。
6. **安慰剂与阴性对照**
用虚构干预时点或虚构结局检验方法是否会「发现」不存在的效应;报告全部结果,包括失败。
7. **敏感性分析**
检验结论对未观测混杂与关键假设的稳健程度;给出结论翻转的边界。
8. **稳健性检查**
更换规格、剔除异常、切换时间窗口;记录效应量变化;报告使结论不稳定的条件。
9. **评审与迭代**
提交评审;按评审意见调整参数重跑;达到「完全满意」或迭代上限后终止;上限仍不满意则如实上报。
10. **交付与归档**
输出效应量、区间、诊断、稳健性边界、局限与建议;归档代码、环境、数据版本、运行记录与评审链条。
## 质量标准(DoD)
严谨性:
- [ ] 假设在分析执行前已声明,非事后构造
- [ ] 识别策略已明确(随机实验 / 自然实验 / 目标试验仿真 / 显式不可识别)
- [ ] 效应量与不确定性区间已同时报告
- [ ] 多重比较已校正,或已声明未校正的理由
- [ ] 样本量与检验效能已说明
- [ ] 安慰剂检验或阴性对照已执行,结果已如实报告(含失败)
- [ ] 敏感性分析已执行,稳健性边界已给出
正确性:
- [ ] 数据版本已锁定,变量定义来自数据字典
- [ ] 随机种子已固定并记录
- [ ] 环境与依赖已锁定
- [ ] 模型诊断已执行并报告
- [ ] 全部数值来自执行结果,非模型生成
- [ ] 符号推导结果已数值验证
可复现性(按 ACM 四层):
- [ ] 目标等级已声明(Repeatability / Replicability / Reproducibility / Reusability)
- [ ] 代码进入版本控制
- [ ] 最终结论由一次全新执行产生
- [ ] 工件完备:数据、代码、环境、运行记录齐全
治理:
- [ ] 分析计划经人确认(计划卡点)
- [ ] 未删除或隐藏不显著、负向或反直觉结果
- [ ] 未为求显著而更换规格(除已声明的稳健性检查)
- [ ] 涉及人类受试者的已确认通过伦理审查
- [ ] 评审记录已归档,未无限迭代
## 常见失败与处理
| 失败现象 | 根因 | 处理方式 |
|---|---|---|
| 效应量看起来很大但不可信 | 未控制混杂(如早期采用者偏差) | 回到识别策略;加入混杂控制;重跑并比较效应量变化 |
| 安慰剂检验「发现」了效应 | 方法或时点设定有问题 | 如实报告;检查干预定义与窗口;结论降级为部分验证 |
| 更换规格后结论翻转 | 结论不稳健 | 报告翻转边界;不得择一上报;结论降级 |
| 分组严重不平衡 | 随机化失败或观察性偏差 | 停止;报告诊断结果;改用匹配或加权并声明 |
| 样本量不足导致不显著 | 检验效能不足 | 报告效能分析;不得据此断言「无效应」,只能说「未检出」 |
| 符号推导结果代入数值后不成立 | 推导错误 | 降级为假设;改由数值方法求解;不写入结论 |
| 评审多轮仍不满意 | 方法或数据有结构性问题 | 达到上限后停止并上报,不无限迭代 |
| 结果与领域常识严重冲突 | 口径、单位或变量定义错误 | 标注部分验证;核对变量定义与单位;报告冲突点 |
| 环境与依赖变了结果就变 | 未锁定环境 | 锁定依赖与镜像;固定种子;重跑确认 |
## 示例
**任务**:评估新内容模块对用户两个月留存的影响(观察性数据)。
1. 加载分析计划:结局 = 两个月留存率;干预 = 接触新内容的天数;识别策略 = 目标试验仿真 + 倾向得分匹配;协变量 = 历史活跃度、注册时长、设备类型;检验方法 = 匹配后均值差 + 自助法区间。
2. 计划卡点:经数据分析负责人确认。
3. 数据剖析:构建分析样本;检查匹配前的组间平衡(历史活跃度差异显著,需匹配)。
4. 基线执行:执行主规格,得到效应量点估计与区间;记录参数、种子与数据版本。
5. 模型诊断:匹配后标准化均值差全部降至阈值以下;检查共同支撑区间。
6. 安慰剂检验:用干预开始前 60 天的虚构窗口重跑;**结果检出虚假效应 → 如实报告**。
7. 敏感性分析:计算使结论翻转所需的未观测混杂强度;给出边界值。
8. 稳健性检查:早期采用者(注册后 7 天内即接触)单独分析,发现效应显著变小 → 报告早期采用者偏差。
9. 评审与迭代:评审智能体给出 `satisfactory_with_caveats`,建议加入早期采用者分层;调整后重跑,评级提升;最终效应量约为朴素线性回归基准的 25%。
10. 交付归档:效应量 + 区间 + 稳健性边界 + 局限(安慰剂检验部分未通过、存在早期采用者偏差)+ 复现说明 + 评审链条。 4.3 落地检查清单
4.3.1 上下文层(L1)
- [ ] 分析计划可被加载并校验完整性(假设、结局、干预、识别策略、检验方法)
- [ ] 变量定义来自数据字典,非模型推测
- [ ] 模板 notebook 与既往范例可被检索
- [ ] 数据剖析结果可自动生成并注入
- [ ] 失败记录与既往不显著结果不被裁剪
4.3.2 工具与执行层(L2)
- [ ] notebook 内核支持状态跨调用持久化
- [ ] 统计计算能力覆盖回归、时序、检验、贝叶斯与计量经济
- [ ] 符号计算引擎可用,且推导结果须数值验证
- [ ] 实验跟踪系统记录参数、指标与工件
- [ ] 数据版本服务可锁定并引用数据集版本
4.3.3 编排与控制层(L3)
- [ ] 设计 → 执行 → 诊断 → 稳健性 → 评审 → 迭代的循环已实现
- [ ] 迭代上限已设置,达到上限即停止上报
- [ ] 计划卡点在执行前生效
- [ ] 诊断不通过可中断流程
4.3.4 记忆与状态层(L4)
- [ ] notebook 状态可持久化、可恢复
- [ ] 实验记录含参数、种子、数据版本、运行时间与结果
- [ ] 失败记录被结构化保存并可检索
- [ ] 工件完备性按 ACM 四层定义验收
4.3.5 评估与观测层(L5)
- [ ] 外部基准按需选用(SciCode / SFE / DSBench / MLE-Bench / DiscoveryWorld 等)
- [ ] 内部回归集已建立并覆盖关键分析
- [ ] 安慰剂检验与敏感性分析为强制步骤,结果必须报告
- [ ] 结论分「已验证 / 部分验证 / 未验证」三档
- [ ] 评审智能体与人工评审双通道可用
- [ ] 明确承认多数任务无 ground truth,不宣称「准确率 N%」
4.3.6 治理与安全层(L6)
- [ ] 科研诚信红线已内化为流程门禁(不得伪造、不得选择性报告)
- [ ] 假设前置与不得事后构造假设已可审计
- [ ] 涉及人类受试者须确认伦理审查通过
- [ ] PII 与敏感数据的处理符合分级要求
- [ ] 结果发布前有人类复核卡点
5. 总结
科学计算方向的核心矛盾是:它最需要严谨性,却最缺乏 ground truth。
数据分析方向可以用结果集比对拦截错误,AI4S 方向可以用物理定律与实验验证约束结论,而科学计算方向——尤其是观察性因果推断——效应真值往往永远未知。这意味着 Harness 无法用「答案对不对」来验收,只能退守到「过程对不对」:假设是否前置、识别策略是否声明、诊断是否执行、安慰剂检验是否通过、敏感性边界是否给出、结论是否分档。
这恰恰是本方向 Harness 设计的价值所在:把无法验证的结论,转化为可验证的流程。
三条主线贯穿本方向:
- 计划先行,智能体执行。 起点是人类分析师给出的分析计划与模板 notebook,智能体做繁重但受限的执行工作。这不是对智能体的不信任,而是对「事后构造假设」这一风险的正面回应。
- 评审是必需品,不是加分项。 有公开实践表明,严谨工作流给出的效应估计可能仅为朴素方法的 25%——差异来自混杂控制与偏差识别,而这些恰恰需要独立的评审视角才能发现。
- 能力边界要被尊重。 评测显示方程级符号操作无模型超过 50 分、端到端科学代码无模型超过 30 分。在这些能力成熟之前,正确做法是把符号推导交给专业引擎并做数值验证,把数值计算交给经过验证的科学计算库。
最后一点尤其重要:通用能力的强大不等于科学能力的强大。前沿模型在通用任务上接近 90 分,进入严谨科学场景降至 60 分以下。这一剪刀差提醒我们,在科学计算方向,Harness 的作用不是放大模型能力,而是约束模型能力——把它限制在流程之内、方法之内、可复现性之内。
信息缺口声明
- 不存在科学计算方向 AGENTS.md / SKILL.md 的官方或行业公认标准原文。4.1 与 4.2 节均为本文提出的标准建议稿。
- Netflix oci-agent 的「效应值仅为基准值的 25%」 来自对 Netflix 技术博客的二手转述,标注 ,建议核对原文后引用。同理,「actor-critic 循环」「评审智能体三级评级」「ACIC 数据集评估」等细节亦为转述。
- SciEval 评测结论中的「GPT 5.1 不升反降」 为特定榜单时点结论,引用时须标注榜单时点与来源;本文引用时已注明。
- 某中文技术文章称美团统一 A/B 实验平台后「无效实验占比下降 70% 以上、迭代周期缩短 50% 以上」 为二手转述,可信度低,本文未采用具体数字。
- 「某电商 SaaS 实验有效率从 41% 升至 89%」等无署名营销文中的数字已主动排除,本文一律未采用。
- Anthropic「Marlin」项目(2026 年对代码生成模型做 A/B 测试)未见一手来源,本文未采用。
- 科学计算智能体的行业渗透率、平均 ROI、平均实施周期——本次检索未获得可靠公开数据,本文未给出任何此类数字。
- CURE 原则与 BioFAIR 来自 Nature Communications 2026 论文,为公开来源;本文未引用其具体实验数据。
- 4.2 节示例中的变量名与参数均为示意性构造,不代表任何真实系统;其中「安慰剂检验部分未通过」「早期采用者偏差」等情节用于说明流程形态。
- 评测基准表中的部分条目(如 ResearchClawBench 的星标数、Terminal-Bench Science 的具体构成)来自综述性列表,个别细节可能随版本更新而变化。
6. 参考资料
- 上海人工智能实验室科学智能评测体系(SciEvalKit)发布说明 — 上海人工智能实验室。https://www.shlab.org.cn/news/5444233
- SciEvalKit 官方仓库 — InternScience。https://github.com/InternScience/SciEvalKit
- Awesome AI for Science(科学智能体基准全景列表)— GitHub。https://github.com/ai-boost/awesome-ai-for-science
- 科学智能体综述论文(arXiv 2503.16416)— arXiv。https://ar5iv.labs.arxiv.org/html/2503.16416
- 科学智能体评测相关论文(arXiv 2503.24047)— arXiv。https://arxiv.org/pdf/2503.24047.pdf
- Netflix 开源因果推断智能体工作流(oci-agent)相关转述— 腾讯网转述 Netflix 技术博客。https://new.qq.com/rain/a/20260828A05U8C00
- Agents for R&D Science(自主科学发现与评审智能体实践)— Orchestra Bio。https://orchestra.bio/blog/agents-for-r-d-science
- ACM Artifact Evaluation 术语定义 — arXiv 1908.05986。https://arxiv.org/pdf/1908.05986.pdf
- FAIR + CURE 原则(Nature Communications 2026)— Nature。https://www.nature.com/articles/s41467-026-72667-3
- 中国科学院科学数据管理规范链条说明 — 国家基础学科公共科学数据中心。https://cms.casdc.cn/article/312
- FAIR 十年调查数据与受访者引语 — Springer Nature。https://springernature.com/gp/librarians/the-link/open-science-blogpost/open-data-progress-challenges-institutions/52378334
- MCP 统计计算与符号计算工具生态(R / Wolfram / MATLAB)— 技术指南。https://chatforest.com/guides/mcp-scientific-research-laboratory/
- MCP for Data Scientists: Notebooks(Jupyter / Colab MCP)— MCPFind。https://mcpfind.org/blog/mcp-for-data-scientists-notebooks
Science · Scientific Computing
1. Introduction
1.1 Background
The scientific computing direction faces a counterintuitive reality: a model's strength on general tasks does not automatically transfer to scientific settings.
Shanghai AI Laboratory released its scientific intelligence evaluation system on 2025-12-05 and brought it online on OpenCompass on 2025-12-12, providing clear quantitative evidence: frontier models score close to 90 on general tasks, but fall below 60 once they enter rigorous scientific settings; on equation-level symbolic manipulation, no model exceeds 50; on end-to-end executable code tasks, no model exceeds 30.
This "scissors gap" explains why scientific computing cannot simply reuse a general-purpose agent approach: scientific tasks demand not fluency but rigor — stated assumptions in advance, confounder control, effect-size reporting, uncertainty quantification, and reproducible execution.
At the same time, an industry baseline for reproducibility has taken shape. ACM defines a four-layer terminology: Repeatability (same team, same experimental setup), Replicability (different team, same setup), Reproducibility (different team, different setup), and Reusability (artifacts and documentation complete and reusable). The FAIR principles have become the internationally recognized baseline for research data management; a 2026 Nature Communications paper further proposes the CURE principles for computational models (Correct, Unbiased, Robust, Explainable), along with a life-science adaptation called BioFAIR.
1.2 Definition
The AI Harness for the scientific computing direction is an engineering carrier layer that, around experimental design, statistical inference, scientific computation, and result interpretation, provides agents with protocolized context, controlled computational tools, state persistence, review-based evaluation, and research-integrity constraints.
Its output is not "a p-value" but an analytical conclusion whose assumptions are stated in advance, whose method is reproducible, whose effect sizes are interpretable, and whose uncertainty has been quantified.
Boundary clarification:
- Difference from data analysis (02-analytics): data analysis answers "what is it", while scientific computing answers "how large is the effect, is it robust, can it be attributed". The former is judged by definitional consistency, the latter by statistical rigor.
- Difference from scientific discovery (06-ai4s): scientific computing executes known methods and procedures; AI4S attempts to generate new hypotheses and candidates. The ground truth of the former is method and reproduction; the ground truth of the latter is physical laws and experimental verification.
1.3 Position in the AI Harness System
图 1-1|科学计算方向 AI Harness 六层架构(核心 L2/L4 · 瓶颈 L5)
数据来源:基于本文分析绘制的示意图。
| Layer | Emphasis | Specific content for scientific computing |
|---|---|---|
| L1 Context Engineering Layer | ★★★★ | Context = protocol / analysis plan / data dictionary / variable definitions / existing notebooks and experiment records |
| L2 Tool & Execution Layer | ★★★★★ | Jupyter / Colab kernels, statistical computing MCP (R / Python / Wolfram / MATLAB), experiment tracking (MLflow / W&B) |
| L3 Orchestration & Control Layer | ★★★ | Experiment pipeline: a design → execute → review → revise loop |
| L4 Memory & State Layer | ★★★★★ | Notebook state persistence, experiment records, failure records, dataset versions |
| L5 Evaluation & Observation Layer | ★★★ | Directional difficulty: most tasks have no ground truth; only competition datasets, reviewer agents, and human oversight are available |
| L6 Governance & Safety Layer | ★★★★ | Research integrity (no fabricating data or citations), PII, experimental ethics review |
The core lies in L2 and L4.
L2 is core because the scientific computing toolchain is highly specialized: notebook kernels carry the ability for "variables to persist across multiple agent calls", statistical computing MCP servers provide regression, time-series, tests, Bayesian, and econometric capabilities, and experiment tracking systems record the parameters and results of every run. Without these tools, an agent can only generate code as text and cannot actually perform scientific computation.
L4 is core because the intermediate state of scientific analysis is extremely valuable: the state of a Bayesian model that has run for three hours must be able to be saved, inspected, and resumed. Notebook state persistence is the most concrete requirement this direction places on L4.
Bottleneck layer: L5. The evaluation dilemma of this direction has been pointed out directly by practitioners: "Using agents in causal inference faces a challenge: without real labeled data, how do we evaluate agent performance on various tasks?" Only three viable alternatives exist: competition datasets (e.g., the ACIC competition dataset), reviewer-agent grading, and process review + human oversight.
1.4 Value and Bottlenecks
Value:
- Turning statistical rigor into a process. Requirements such as stating assumptions in advance, multiple-comparison correction, and confounder control are easy to write into a specification but hard to enforce in practice. Harness can turn them into gates that every execution must pass.
- Shortening the analysis loop. The design → execute → review → revise loop is completed automatically by agents, with humans intervening only at key judgment points.
- Reproducibility built in. Environment locking, random seeds, and data versions are guaranteed by Harness rather than left to the analyst's discretion.
Bottlenecks:
- No ground truth. Most scientific computing tasks have no standard answer; the true effect size is unknown.
- Insufficient symbolic reasoning and code generation. Evaluations show no model exceeds 50 on equation-level symbolic manipulation, and no model exceeds 30 on end-to-end scientific code.
- Risk of spurious correlation and p-value manipulation. If an agent aims to "obtain a significant result", it may do so by changing specifications or dropping samples — a new risk introduced by automation.
- Review capability depends on the model itself. Having agents review agents carries the possibility of shared blind spots.
2. Glossary
| Term | English / Abbreviation | Meaning |
|---|---|---|
| Observational causal inference | Observational Causal Inference, OCI | A body of methods for estimating causal effects on non-randomized data |
| Target trial emulation | Target Trial Emulation | Designing an observational analysis as an emulation of an "ideal randomized trial" to make the intervention, control, and outcome explicit |
| Actor-critic loop | Actor-Critic Loop | A loop structure in which the executing side produces results, the reviewing side gives ratings and revision suggestions, and iteration proceeds accordingly |
| Reviewer agent | Reviewer Agent | An agent that reviews, rates, and proposes revision suggestions for analysis outputs |
| Confounding | Confounding | A third variable that affects both the intervention and the outcome, biasing effect estimates |
| Placebo test | Placebo Test | Using a fictional intervention or fictional time point to test whether a method "finds" the effect that does not exist |
| Sensitivity analysis | Sensitivity Analysis | Testing how robust a conclusion is to unobserved confounding or method assumptions |
| Early adopter bias | Early Adopter Bias | Users who actively try new content inherently have higher retention propensities, causing effects to be overestimated |
| Sequential testing | Sequential Testing | A testing method that allows viewing results multiple times during an experiment and stopping early, while still controlling the type I error |
| CUPED | Controlled-experiment Using Pre-Experiment Data | A method that uses pre-experiment data to reduce variance and increase test power |
| Difference-in-differences | Difference-in-Differences, DID | Estimating effects from the difference between treatment and control groups across the pre/post intervention change |
| Regression discontinuity | Regression Discontinuity Design, RDD | Identifying causal effects using the local randomness near a cutoff value |
| Causal graph | Causal Graph / DAG | Expressing causal relationships between variables as a directed acyclic graph, used to identify confounders and control sets |
| Effect size | Effect Size | A quantitative measure of the magnitude of an effect, to be reported together with an uncertainty interval |
| Statistical power | Statistical Power | Given an effect size, the probability of correctly rejecting a false null hypothesis |
| Multiple comparison correction | Multiple Comparison Correction | A method for controlling the overall error rate when performing multiple tests simultaneously |
| Four layers of reproducibility | Repeatability / Replicability / Reproducibility / Reusability | ACM's four-layer definition of reproducibility, from weaker to stronger |
| FAIR principles | Findable / Accessible / Interoperable / Reusable | The internationally recognized baseline for research data management |
| CURE principles | Correct / Unbiased / Robust / Explainable | Four principles proposed for computational models, emphasizing transparency and validation |
| Symbolic reasoning | Symbolic Reasoning | The ability to manipulate and derive equations and symbolic expressions |
| Code execution sandbox | Code Execution Sandbox | An evaluation and running mechanism that executes code in an isolated environment and returns results |
| LLM-as-a-Judge | LLM-as-a-Judge | An evaluation approach in which a model acts as a reviewer to score other outputs |
| Notebook state persistence | Notebook State Persistence | The ability for variables and execution state to persist across multiple calls |
3. Case Studies
3.1 Case Study 1: The Scissors Gap Between General and Scientific Capability
3.1.1 Background
Evaluating the capability of scientific computing agents requires a dedicated evaluation system. Shanghai AI Laboratory's scientific intelligence evaluation system (SciEvalKit) released v1 on 2025-12-05 and was brought online on OpenCompass on 2025-12-12.
- Seven capability dimensions: scientific knowledge understanding, scientific code generation, scientific symbolic reasoning, scientific hypothesis generation, scientific multimodal perception, scientific multimodal reasoning, and scientific multimodal understanding.
- Six disciplines: physics, chemistry, materials, astronomy, earth sciences, and life sciences.
- Integrated benchmarks: ChemBench (chemistry), SciCode (dry-lab code), SFE (scientific data analysis), SGI-Bench (full scientific discovery pipeline).
- Four-layer architecture: dataset layer → model inference layer (unified API wrapper + local inference + parallel fault tolerance) → evaluation and testing layer (rule matching / code execution sandbox / LLM-as-a-Judge) → reporting and storage layer.
3.1.2 Approach
The key design of this evaluation system is to separate "scientific capability" from "general capability" and measure it independently, using three complementary evaluation mechanisms: rule matching (suitable for tasks with definite answers), a code execution sandbox (suitable for scientific code generation), and LLM-as-a-Judge (suitable for open-ended questions).
This design itself embodies the evaluation philosophy of the scientific computing direction: whatever can be decided by deterministic means must never be decided subjectively; whatever can only be decided subjectively must be explicitly labeled as a subjective judgment.
3.1.3 Results
The evaluation conclusions are as follows (data source is the Shanghai AI Laboratory official website and technical blog, A/B grade):
| Conclusion | Data |
|---|---|
| A "scissors gap" exists between general and scientific capability | Frontier models (e.g., Gemini 3 Pro) score close to 90 on general tasks, and drop to below 60 in rigorous scientific settings |
| Scientific multimodal capability is breaking past 60 | Gemini 3 Pro leads with 62.88 |
| Symbolic reasoning remains the bottleneck | No model exceeds 50 on equation-level symbolic manipulation |
| Scientific code generation remains the bottleneck | No model exceeds 30 on end-to-end executable code tasks |
| Open-source systems catching up quickly | Qwen3-VL-235B-A22B and Qwen3-Max reach or exceed some closed-source models on symbolic reasoning and code generation |
| Specific leaderboard time-point conclusion | Some statements claim GPT 5.1 "declined rather than improved" across the board — this is a leaderboard-specific, time-point conclusion, and citation must note the time point and source |
The engineering implication of this data is: at this stage, agents should not independently complete symbolic derivation or end-to-end scientific code generation. A workable engineering approach is to have the agent handle process orchestration, parameter filling, and result interpretation, delegate symbolic derivation to specialized libraries (e.g., symbolic computation engines), and delegate numerical computation to validated scientific computing libraries.
3.2 Case Study 2: An Observational Causal Inference Agent Workflow
3.2.1 Background
Causal inference is the task in this direction that most needs rigor and is easiest to get wrong. Observational data carries no randomization guarantee, so any effect estimate can be distorted by confounding. And when an agent is involved, an additional risk appears: the agent may "find" a significant result by repeatedly changing specifications.
Netflix (as publicly relayed) open-sourced an observational causal inference agent workflow in 2026-08. Its positioning is: built on existing OCI tooling, it frames OCI analysis as a target trial emulation — finding the optimal A/B testing scheme that can answer the question.
3.2.2 Approach
The architecture of this workflow is as follows:
- Initiation: a human analyst initiates it with a "template-based Jupyter notebook + analysis plan", rather than letting the agent improvise freely.
- Execution agent: generates the specification document, fills in parameters, and executes the notebook.
- Reviewer agent: reviews the outputs and grades them —
not_satisfactory/satisfactory_with_caveats/fully_satisfactory— while proposing specification changes. - Iteration: the workflow runs multiple analyses with adjusted parameters based on the review comments.
Evaluation uses the Atlantic Causal Inference Conference (ACIC) competition dataset, and the workflow is "competitive" compared with various baseline systems.
One concrete case evaluates the impact of new entertainment content (e.g., games) on user retention: the intervention variable is the number of days of exposure to new content, and the outcome metric is two-month retention. The baseline comparison simply has the model run a simple linear regression. The result: the effect estimate produced by the workflow is only 25% of the baseline value; the reviewer agent flags potential early-adopter bias and placebo test failure, and the workflow accordingly runs multiple analyses with adjusted parameters automatically.
3.2.3 Results
The value of this case lies in demonstrating two things:
First, the correct role of the agent is "execute + be reviewed", not "analyze freely". The starting point is a template notebook and analysis plan provided by a human analyst, and the end point is the reviewer agent's grading and revision suggestions. In between, the agent does heavy but constrained work.
Second, the effect size was substantially corrected, showing that naive methods seriously overestimate effects. The simple linear regression gives an effect roughly 4 times that of the rigorous workflow. Making decisions on that basis would seriously mislead resource investment.
Netflix itself points out the fundamental difficulty of this direction: "Using agents in causal inference faces a challenge: without real labeled data, how do we evaluate agent performance on various tasks?" Its response is to combine process review with human oversight, and it open-sourced a lightweight standalone version.
It should be noted: the figures in this case (effect equal to 25% of the baseline) come from second-hand relay of Netflix's technical blog, marked [To be verified], and the original text should be checked before citation.
3.3 Case Study 3: A Panorama of Evaluation Benchmarks for Scientific Agents
3.3.1 Background
Evaluation in the scientific computing direction cannot rely on a single leaderboard. In recent years a group of benchmarks with different positioning has emerged, covering levels from scientific code generation to the full scientific discovery loop.
| Benchmark | Institution / Year | Content |
|---|---|---|
| SciCode | Tian et al., NeurIPS 2024 | Curated by scientists, 338 subproblems / 16 subfields (physics, mathematics, materials, biology, chemistry), with gold-standard solutions |
| ScienceAgentBench | Chen et al. | Psychology / bioinformatics / surveying & mapping / chemistry |
| LAB-Bench | Laurent et al., 2024 (FutureHouse) | Biology-specific, covering experimental design and text/image/table interpretation |
| DiscoveryWorld | Jansen et al., 2024 | A virtual text environment, 120 tasks simulating the full scientific discovery loop |
| MLAgentBench | Huang et al., 2024 | Machine learning research tasks |
| DiscoveryBench | Majumder et al., 2024 | Social science / biology / humanities |
| DSBench | Jing et al., 2024 | Data science tasks |
| MLE-Bench | OpenAI, 2024 | 75 Kaggle-style machine learning engineering competitions, Dockerized reproducible scoring + human baseline |
| SUPER / CORE-Bench | Bogin et al., 2024 / Siegel et al., 2024 | Scientific code / reproducibility |
| AAAR-1.0 | Lou et al., 2025 | Four task types: equation inference, experimental design, paper weakness identification, and review critique |
| MLGym | Nathani et al., 2025 | A gym-style environment with 13 AI research challenges |
| ScienceBoard | ICLR 2026 | Real scientific software environments (KAlgebra, Celestia, Grass GIS, Lean 4) + VM evaluation infrastructure |
| NewtonBench | ICLR 2026 (HKUST) | The first benchmark that evaluates whether models rediscover scientific laws through interactive experiments: 12 physics domains, 324 tasks, including memory-resistant "metaphysical shifts" |
| ResearchClawBench | InternScience, arXiv 2026 | End-to-end automated research (from rediscovery to new discovery), 40 real scientific tasks / 10 disciplines |
| Terminal-Bench Science | Harbor Framework, 2026 | Complex real scientific research workflows in terminal environments |
| SciTrust | 2024 | Scientific model trustworthiness (truthfulness, hallucination, sycophancy) |
3.3.2 Approach
For a self-built Harness, the workable approach is to select benchmarks by layer:
| Layer | Recommended benchmark types | Purpose |
|---|---|---|
| Scientific code generation | SciCode, SciEval scientific code dimension | Measure end-to-end code capability; note the current ceiling is below 30 points |
| Scientific data analysis | SFE, DSBench | Measure data processing and analysis pipeline capability |
| Full discovery loop | DiscoveryWorld, ScienceBoard, NewtonBench | Measure the closed-loop capability from hypothesis to verification |
| Research engineering capability | MLE-Bench, MLGym, MLAgentBench | Measure machine learning research engineering capability, including a human baseline |
| Trustworthiness | SciTrust | Measure hallucination and sycophancy tendencies |
It must also be paired with an organization-internal reproducibility check: environment locking, random seeds, data versions, and artifact completeness, accepted against the ACM four-layer definition. External benchmarks measure capability; internal checks guarantee reproduction; the two cannot replace each other.
3.3.3 Results
The most important result of this case is defining the boundary of capability:
- Scientific code tasks with gold-standard solutions (SciCode) can be precisely scored, but current model performance is limited (no model exceeds 30 on end-to-end).
- Full discovery-loop benchmarks (DiscoveryWorld's 120 tasks, NewtonBench's 324 tasks) offer the possibility of an evaluation loop, but at high cost and small scale.
- Benchmarks with real software environments (ScienceBoard) come closest to real workflows, but carry the highest setup and maintenance cost.
The lesson for engineering practice is: do not expect a single benchmark to give a global answer. The evaluation system of a scientific computing Harness should be a combination of three: "external benchmarks (capability) + an internal regression set (correctness) + a reproducibility check (trustworthiness)".
4. Practice Standards
4.1 AGENTS.md Specification
Standard source statement: The following is a draft standard for the scientific computing direction AGENTS.md proposed by this document. As of now there is no official or industry-recognized standard text; AGENTS.md is a community convention rather than a standard. This draft inherits all clauses of the data science group-level AGENTS.md.
# AGENTS.md —— 科学计算(Science / Scientific Computing)
> 继承数据科学组级 AGENTS.md 全部条款。本节为科学计算方向的收紧与扩展。
> 本文件为标准建议稿,业界尚无官方标准版本。
## 角色与边界
- 本 Agent 是**分析流程的执行者与方法助手**,不是统计权威、不是结论的担保人。
- 可以做:按分析计划填充参数并执行 notebook、调用统计计算工具、运行诊断与稳健性检查、生成评审意见、解释结果。
- 不可以做:在看到结果后构造假设、为追求显著而更换规格、剔除样本而不声明、伪造或篡改数据与结果。
- **分析计划必须由人类分析师或经审批的模板给出**;本 Agent 不自行定义研究问题与识别策略。
## 环境假设
- 存在 notebook 执行环境(Jupyter / Colab 内核),且**状态可跨调用持久化**。
- 存在统计计算能力:Python 科学计算栈、R 与其统计包、或符号计算引擎。
- 存在实验跟踪(MLflow / W&B 或等价系统),记录参数、指标与工件。
- 环境与依赖可锁定;随机数可设种子。
- 数据集可版本化,且版本标识可被引用。
- 存在评审通道:评审智能体或人类分析师可对输出评级。
## 上下文加载顺序(Context Budget)
1. 研究问题与分析计划(必须,含假设、结局、干预、识别策略)
2. 变量定义与数据字典(必须)
3. 既有 notebook 模板与范例代码(必须)
4. 数据剖析结果:样本量、缺失模式、分布、分组平衡性
5. 领域假设与已知混杂
6. 既往实验记录与失败记录(**失败记录优先保留**)
7. 领域文献与方法参考
8. 历史会话
- 失败记录与既往不显著的结果**不得被裁剪**,它们是避免重复犯错的关键上下文。
- 大表的完整数据不得注入上下文,只注入剖析结果与聚合摘要。
## 工具契约
| 工具 | 用途 | 模式 | 约束 |
|---|---|---|---|
| Notebook 内核 | 执行代码、保持变量状态 | 受控执行 | 状态须可持久化;执行记录须留痕 |
| 统计计算服务 | 回归、时序、检验、贝叶斯、计量经济 | 计算 | 方法参数须显式指定,禁止隐式默认 |
| 符号计算引擎 | 方程推导与符号操作 | 计算 | 推导结果须数值验证后方可采信 |
| 实验跟踪 | 记录参数、指标、工件 | 受限写 | 每次运行必须记录 |
| 数据版本服务 | 取指定版本数据集 | 只读 | 引用必须带版本标识 |
| 可视化 | 生成诊断图表 | 生成 | 图表须标注数据版本与样本量 |
- **符号推导结果必须经数值验证**,不得直接采信。
- 每次运行的参数、随机种子、数据版本必须写入实验跟踪。
## 数据源契约
- 数据集必须带版本标识:快照时间、版本号或 commit hash,三者至少其一。
- 变量定义必须来自数据字典或分析计划,禁止由 Agent 推测变量含义。
- 缺失值处理方式必须显式声明,禁止静默丢弃。
- 分组定义与排除标准必须记录,且排除后的样本量变化必须报告。
- 合成数据或模拟数据必须显式标注为模拟,不得与实测数据混用而不声明。
## 任务执行流程(SOP)
1. **加载分析计划**
读取研究问题、假设、结局指标、干预定义、识别策略与检验方法;缺失任一项则停止并上报。
2. **计划卡点**
分析计划经人类分析师或负责人确认后方可执行。
3. **数据剖析**
检查样本量、缺失模式、分布、分组平衡性;与既有剖析结果比对,异常则报告。
4. **执行分析**
按模板 notebook 填充参数并执行;记录参数、种子、数据版本与运行时间。
5. **诊断与假设检查**
执行模型诊断(残差、共线性、平衡性);检查识别策略的假设是否成立。
6. **稳健性检查**
执行安慰剂检验、敏感性分析、更换规格、剔除异常、切换时间窗口;记录结论是否翻转。
7. **评审**
由评审智能体或人类分析师对输出评级(不满意 / 有保留地满意 / 完全满意),并给出修改建议。
8. **迭代或终止**
按评审意见调整参数重跑;达到「完全满意」或达到迭代上限后终止;**达到上限仍不满意的,如实上报**。
9. **交付与归档**
输出效应量与不确定性区间、诊断结果、稳健性边界、局限;归档代码、环境、数据版本、运行记录与评审记录。
## 验证与证据要求
- 效应量必须报告,**并给出不确定性区间**;仅报告「显著 / 不显著」视为不合格。
- 必须执行安慰剂检验或阴性对照,结果必须报告(**包括失败的结果**)。
- 必须执行敏感性分析,说明结论对假设的稳健程度。
- 必须报告样本量与检验效能,效能不足须声明。
- 所有数值必须来自执行结果,禁止由模型凭记忆或估算生成。
- 主动报告使结论翻转的边界条件,不得只呈现支持性结果。
- 结论分「已验证 / 部分验证 / 未验证」三档;无 ground truth 时,通过竞赛数据集或独立复算的列为已验证,仅通过流程审核的列为部分验证。
## 失败与升级策略
- 同类失败重试不超过 2 次;第 3 次改变方法或升级。
- **安慰剂检验失败**:如实报告,不得剔除该结果;把结论降级为部分验证并说明。
- **诊断不通过**(如分组严重不平衡):停止,报告诊断结果,建议重新设计。
- **评审持续不满意**:达到迭代上限后停止并上报,不得无限迭代以求「通过」。
- **结果与领域常识严重冲突**:标注为部分验证,报告冲突点与可能原因,不得自行「修正」数值。
- **符号推导无法验证**:降级为假设,不得写入结论。
- 升级时携带:分析计划、执行参数、诊断结果、稳健性结果、评审记录、失败点、建议下一步。
## 安全与合规红线
- 不得伪造、篡改或选择性报告数据、结果与运行记录。
- 不得在看到结果后构造假设。
- 不得为追求显著而更换规格、剔除样本、切换窗口,除非已声明为稳健性检查的一部分。
- 不得把模拟数据冒充实测数据。
- 不得删除或隐藏不显著、负向或反直觉的结果。
- 不得在未声明的情况下用模型生成的内容充当实测数值。
- 涉及人类受试者、个人信息的分析,须确认已通过伦理与合规审查。
## 禁止事项
- 禁止自行定义研究问题与识别策略。
- 禁止在无分析计划的情况下启动分析。
- 禁止报告点估计而不报告不确定性。
- 禁止跳过安慰剂检验与敏感性分析。
- 禁止无限迭代以求评审通过。
- 禁止把符号推导结果当作已验证结论。
- 禁止跨方向复制通用模板;科学计算的统计严谨性要求与数据工程、HPC 有实质差异。
## 输出格式
- 结论(效应量 + 不确定性区间)→ 方法与识别策略 → 诊断结果 → 稳健性边界 → 局限 → 建议。
- 效应量带单位与口径;范围用「~」连接;百分比数值与 % 之间无空格。
- 表格呈现:规格、效应量、区间、样本量、诊断结论。
- 代码与配置使用带语言标记的代码块。
- 每个输出必须包含复现说明:环境、依赖、随机种子、数据版本、执行命令、运行记录。
## 评估与自检
- [ ] 分析计划已加载且完整(假设、结局、干预、识别策略、检验方法)
- [ ] 计划卡点已获确认并留痕
- [ ] 数据版本已锁定,变量定义来自数据字典
- [ ] 随机种子已固定并记录
- [ ] 环境与依赖已锁定
- [ ] 模型诊断已执行且已报告
- [ ] 安慰剂检验或阴性对照已执行,**结果已如实报告**
- [ ] 敏感性分析已执行,稳健性边界已给出
- [ ] 效应量与不确定性区间已报告
- [ ] 样本量与检验效能已说明
- [ ] 使结论翻转的边界条件已报告
- [ ] 评审记录已归档,未无限迭代
- [ ] 结论已分三档列出 4.2 SKILL.md Specification
Standard source statement: The following is a draft SKILL.md standard for the scientific computing direction proposed by this document; likewise, there is no official standard text.
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name: causal-and-statistical-analysis
description: 科学计算与统计推断的标准执行流程与验收基线。适用于实验设计与 A/B 分析、观察性因果推断、统计建模、假设检验与可复现分析。触发场景:任何需要估计效应、检验假设或产出可复现统计结论的任务。
version: 1.0
created: 2026-09-12
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# 统计与因果分析标准流程
## 适用场景
- A/B 实验的设计、执行与分析。
- 观察性数据的因果效应估计(目标试验仿真框架)。
- 统计建模、假设检验与不确定性量化。
- 既有分析结论的复现与稳健性复核。
- 不适用场景:不需要因果或统计推断的纯描述性统计;无分析计划的探索性挖掘(应先产出分析计划)。
## 前置条件
- 分析计划已存在:研究问题、假设、结局指标、干预定义、识别策略、检验方法。
- 数据字典可用,变量含义明确。
- 数据集可版本化,版本标识可引用。
- notebook 环境可用且状态可持久化;依赖可锁定;随机种子可设置。
- 实验跟踪系统可用。
- 评审通道可用(评审智能体或人类分析师)。
## 输入
| 输入项 | 必需 | 说明 |
|---|---|---|
| 分析计划 | 是 | 假设、结局、干预、识别策略、检验方法、样本量考虑 |
| 数据集与版本 | 是 | 快照标识与分析样本定义 |
| 变量定义 | 是 | 结局、干预、协变量、分组变量的明确定义 |
| 排除标准 | 是 | 纳入与排除规则及预期样本量影响 |
| 随机种子 | 是 | 与方法无关的随机性控制 |
| 既有范例 | 否 | 模板 notebook 与既往分析 |
## 输出
| 输出项 | 必需 | 说明 |
|---|---|---|
| 效应量与不确定性区间 | 是 | 点估计 + 区间,带单位与口径 |
| 诊断结果 | 是 | 平衡性、残差、共线性等假设检查 |
| 稳健性结果 | 是 | 安慰剂检验、敏感性分析、规格更换结果 |
| 样本量与效能 | 是 | 实际样本量与检验效能说明 |
| 局限与边界 | 是 | 已知假设、使结论翻转的条件 |
| 复现说明 | 是 | 环境、依赖、种子、数据版本、执行命令 |
| 评审记录 | 是 | 评级与修改建议的完整链条 |
## 执行步骤
1. **加载与校验分析计划**
确认假设、结局、干预、识别策略与检验方法齐全;缺失则停止并上报。
2. **计划卡点确认**
分析计划经人类分析师或负责人确认。
3. **数据剖析与样本构建**
按排除标准构建分析样本;检查样本量、缺失模式、分布与分组平衡;报告排除造成的样本量变化。
4. **基线执行**
按模板 notebook 填充参数,执行主规格;记录参数、种子、数据版本与运行时间。
5. **模型诊断**
执行假设检查:残差、共线性、平衡性、比例风险假设等(按方法而定);诊断不通过则停止并上报。
6. **安慰剂与阴性对照**
用虚构干预时点或虚构结局检验方法是否会「发现」不存在的效应;报告全部结果,包括失败。
7. **敏感性分析**
检验结论对未观测混杂与关键假设的稳健程度;给出结论翻转的边界。
8. **稳健性检查**
更换规格、剔除异常、切换时间窗口;记录效应量变化;报告使结论不稳定的条件。
9. **评审与迭代**
提交评审;按评审意见调整参数重跑;达到「完全满意」或迭代上限后终止;上限仍不满意则如实上报。
10. **交付与归档**
输出效应量、区间、诊断、稳健性边界、局限与建议;归档代码、环境、数据版本、运行记录与评审链条。
## 质量标准(DoD)
严谨性:
- [ ] 假设在分析执行前已声明,非事后构造
- [ ] 识别策略已明确(随机实验 / 自然实验 / 目标试验仿真 / 显式不可识别)
- [ ] 效应量与不确定性区间已同时报告
- [ ] 多重比较已校正,或已声明未校正的理由
- [ ] 样本量与检验效能已说明
- [ ] 安慰剂检验或阴性对照已执行,结果已如实报告(含失败)
- [ ] 敏感性分析已执行,稳健性边界已给出
正确性:
- [ ] 数据版本已锁定,变量定义来自数据字典
- [ ] 随机种子已固定并记录
- [ ] 环境与依赖已锁定
- [ ] 模型诊断已执行并报告
- [ ] 全部数值来自执行结果,非模型生成
- [ ] 符号推导结果已数值验证
可复现性(按 ACM 四层):
- [ ] 目标等级已声明(Repeatability / Replicability / Reproducibility / Reusability)
- [ ] 代码进入版本控制
- [ ] 最终结论由一次全新执行产生
- [ ] 工件完备:数据、代码、环境、运行记录齐全
治理:
- [ ] 分析计划经人确认(计划卡点)
- [ ] 未删除或隐藏不显著、负向或反直觉结果
- [ ] 未为求显著而更换规格(除已声明的稳健性检查)
- [ ] 涉及人类受试者的已确认通过伦理审查
- [ ] 评审记录已归档,未无限迭代
## 常见失败与处理
| 失败现象 | 根因 | 处理方式 |
|---|---|---|
| 效应量看起来很大但不可信 | 未控制混杂(如早期采用者偏差) | 回到识别策略;加入混杂控制;重跑并比较效应量变化 |
| 安慰剂检验「发现」了效应 | 方法或时点设定有问题 | 如实报告;检查干预定义与窗口;结论降级为部分验证 |
| 更换规格后结论翻转 | 结论不稳健 | 报告翻转边界;不得择一上报;结论降级 |
| 分组严重不平衡 | 随机化失败或观察性偏差 | 停止;报告诊断结果;改用匹配或加权并声明 |
| 样本量不足导致不显著 | 检验效能不足 | 报告效能分析;不得据此断言「无效应」,只能说「未检出」 |
| 符号推导结果代入数值后不成立 | 推导错误 | 降级为假设;改由数值方法求解;不写入结论 |
| 评审多轮仍不满意 | 方法或数据有结构性问题 | 达到上限后停止并上报,不无限迭代 |
| 结果与领域常识严重冲突 | 口径、单位或变量定义错误 | 标注部分验证;核对变量定义与单位;报告冲突点 |
| 环境与依赖变了结果就变 | 未锁定环境 | 锁定依赖与镜像;固定种子;重跑确认 |
## 示例
**任务**:评估新内容模块对用户两个月留存的影响(观察性数据)。
1. 加载分析计划:结局 = 两个月留存率;干预 = 接触新内容的天数;识别策略 = 目标试验仿真 + 倾向得分匹配;协变量 = 历史活跃度、注册时长、设备类型;检验方法 = 匹配后均值差 + 自助法区间。
2. 计划卡点:经数据分析负责人确认。
3. 数据剖析:构建分析样本;检查匹配前的组间平衡(历史活跃度差异显著,需匹配)。
4. 基线执行:执行主规格,得到效应量点估计与区间;记录参数、种子与数据版本。
5. 模型诊断:匹配后标准化均值差全部降至阈值以下;检查共同支撑区间。
6. 安慰剂检验:用干预开始前 60 天的虚构窗口重跑;**结果检出虚假效应 → 如实报告**。
7. 敏感性分析:计算使结论翻转所需的未观测混杂强度;给出边界值。
8. 稳健性检查:早期采用者(注册后 7 天内即接触)单独分析,发现效应显著变小 → 报告早期采用者偏差。
9. 评审与迭代:评审智能体给出 `satisfactory_with_caveats`,建议加入早期采用者分层;调整后重跑,评级提升;最终效应量约为朴素线性回归基准的 25%。
10. 交付归档:效应量 + 区间 + 稳健性边界 + 局限(安慰剂检验部分未通过、存在早期采用者偏差)+ 复现说明 + 评审链条。 4.3 Landing Checklist
4.3.1 Context Layer (L1)
- [ ] The analysis plan can be loaded and its completeness validated (assumptions, outcome, intervention, identification strategy, testing method)
- [ ] Variable definitions come from the data dictionary, not from model speculation
- [ ] Template notebooks and prior examples can be retrieved
- [ ] Data profiling results can be generated and injected automatically
- [ ] Failure records and prior non-significant results are not trimmed
4.3.2 Tool & Execution Layer (L2)
- [ ] Notebook kernels support state persistence across calls
- [ ] Statistical computing capability covers regression, time series, tests, Bayesian, and econometrics
- [ ] A symbolic computation engine is available, and derived results must be numerically validated
- [ ] The experiment tracking system records parameters, metrics, and artifacts
- [ ] A data versioning service can lock and reference dataset versions
4.3.3 Orchestration & Control Layer (L3)
- [ ] The design → execute → diagnose → robustness → review → iterate loop is implemented
- [ ] An iteration cap is set, and work stops and reports once it is reached
- [ ] The plan gate takes effect before execution
- [ ] Failed diagnostics can interrupt the process
4.3.4 Memory & State Layer (L4)
- [ ] Notebook state can be persisted and restored
- [ ] Experiment records include parameters, seeds, data versions, run time, and results
- [ ] Failure records are saved in a structured way and can be retrieved
- [ ] Artifact completeness is accepted against the ACM four-layer definition
4.3.5 Evaluation & Observation Layer (L5)
- [ ] External benchmarks are selected on demand (SciCode / SFE / DSBench / MLE-Bench / DiscoveryWorld, etc.)
- [ ] An internal regression set is established and covers key analyses
- [ ] Placebo tests and sensitivity analysis are mandatory steps, and results must be reported
- [ ] Conclusions are classified into the three tiers of "verified / partially verified / unverified"
- [ ] Both reviewer-agent and human review channels are available
- [ ] It is explicitly acknowledged that most tasks lack ground truth, without claiming "N% accuracy"
4.3.6 Governance & Safety Layer (L6)
- [ ] Research-integrity red lines are internalized as process gates (no fabrication, no selective reporting)
- [ ] Stating assumptions in advance and forbidding post-hoc hypothesis construction are auditable
- [ ] Analyses involving human subjects must confirm ethical review approval
- [ ] Handling of PII and sensitive data complies with classification requirements
- [ ] A human review gate exists before results are released
5. Summary
The core contradiction of the scientific computing direction is: it most needs rigor, yet most lacks ground truth.
The data analysis direction can intercept errors with result-set comparison, and the AI4S direction can constrain conclusions with physical laws and experimental verification, but the scientific computing direction — especially observational causal inference — often never knows the true effect. This means Harness cannot accept work by asking "is the answer right", and can only fall back to "is the process right": whether assumptions were stated in advance, whether the identification strategy was declared, whether diagnostics were run, whether the placebo test passed, whether sensitivity boundaries were given, and whether conclusions were classified into tiers.
This is precisely where the value of a Harness design for this direction lies: turning conclusions that cannot be verified into processes that can be verified.
Three main threads run through this direction:
- Plan first, agent executes. The starting point is an analysis plan and template notebook provided by a human analyst, and the agent does heavy but constrained execution work. This is not distrust of the agent, but a direct response to the risk of "post-hoc hypothesis construction".
- Review is a necessity, not a bonus. Public practice shows that a rigorous workflow's effect estimate can be only 25% of a naive method's — the difference comes from confounder control and bias identification, which precisely require an independent review perspective to be discovered.
- Capability boundaries must be respected. Evaluations show no model exceeds 50 on equation-level symbolic manipulation and no model exceeds 30 on end-to-end scientific code. Until these capabilities mature, the correct approach is to hand symbolic derivation to specialized engines with numerical validation, and numerical computation to validated scientific computing libraries.
The last point is especially important: strength in general capability does not equal strength in scientific capability. Frontier models score close to 90 on general tasks and drop below 60 in rigorous scientific settings. This scissors gap reminds us that in the scientific computing direction, Harness's role is not to amplify model capability but to constrain model capability — keeping it within the process, within the method, and within reproducibility.
Information Gap Statement
- There is no official or industry-recognized standard text for AGENTS.md / SKILL.md in the scientific computing direction. Sections 4.1 and 4.2 are both standard drafts proposed by this document.
- The claim that Netflix oci-agent's "effect value is only 25% of the baseline" comes from second-hand relay of Netflix's technical blog, marked
[To be verified], and the original text should be checked before citation. Likewise, details such as the "actor-critic loop", "reviewer agent's three-level grading", and "ACIC dataset evaluation" are also relayed. - The claim in the SciEval evaluation conclusions that "GPT 5.1 declined rather than improved" is a leaderboard-specific, time-point conclusion; citation must note the leaderboard time point and source; this document has noted it when citing.
- A Chinese technical article claiming that after Meituan unified its A/B experiment platform, "the share of ineffective experiments fell by more than 70% and iteration cycles shortened by more than 50%" is second-hand relay with low credibility, and this document has not adopted the specific figures.
- Figures from unsigned marketing articles such as "an e-commerce SaaS experiment's effectiveness rate rose from 41% to 89%" have been proactively excluded, and this document has not adopted any of them.
- Anthropic's "Marlin" project (A/B testing code generation models in 2026) has no first-hand source, and this document has not adopted it.
- Industry penetration rate, average ROI, and average implementation cycle of scientific computing agents — this search did not obtain reliable public data, and this document provides no such figures.
- The CURE principles and BioFAIR come from the 2026 Nature Communications paper, a public source; this document has not cited its specific experimental data.
- The variable names and parameters in the Section 4.2 example are illustrative constructions and do not represent any real system; plot points such as "placebo test partially failed" and "early-adopter bias" are used to illustrate the process shape.
- Some entries in the benchmark table (e.g., ResearchClawBench's star count, Terminal-Bench Science's specific composition) come from survey-style lists, and individual details may change with version updates.
6. References
- Shanghai AI Laboratory scientific intelligence evaluation system (SciEvalKit) release notes — Shanghai AI Laboratory. https://www.shlab.org.cn/news/5444233
- SciEvalKit official repository — InternScience. https://github.com/InternScience/SciEvalKit
- Awesome AI for Science (panorama list of scientific agent benchmarks) — GitHub. https://github.com/ai-boost/awesome-ai-for-science
- Survey paper on scientific agents (arXiv 2503.16416) — arXiv. https://ar5iv.labs.arxiv.org/html/2503.16416
- Paper on scientific agent evaluation (arXiv 2503.24047) — arXiv. https://arxiv.org/pdf/2503.24047.pdf
- Netflix open-source causal inference agent workflow (oci-agent), related relay (to be verified) — Tencent News relaying the Netflix technical blog. https://new.qq.com/rain/a/20260828A05U8C00
- Agents for R&D Science (autonomous scientific discovery and reviewer agent practice) — Orchestra Bio. https://orchestra.bio/blog/agents-for-r-d-science
- ACM Artifact Evaluation terminology definitions — arXiv 1908.05986. https://arxiv.org/pdf/1908.05986.pdf
- FAIR + CURE principles (Nature Communications 2026) — Nature. https://www.nature.com/articles/s41467-026-72667-3
- Chinese Academy of Sciences scientific data management specification chain description — National Basic Disciplines Public Science Data Center. https://cms.casdc.cn/article/312
- FAIR decade survey data and respondent quotes — Springer Nature. https://springernature.com/gp/librarians/the-link/open-science-blogpost/open-data-progress-challenges-institutions/52378334
- MCP statistical computing and symbolic computing tool ecosystem (R / Wolfram / MATLAB) — technical guide. https://chatforest.com/guides/mcp-scientific-research-laboratory/
- MCP for Data Scientists: Notebooks (Jupyter / Colab MCP) — MCPFind. https://mcpfind.org/blog/mcp-for-data-scientists-notebooks