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科學假說生成

基於證據制定可檢驗的科學問題、候選假說、競爭解釋、因果或關聯性主張、區辨性預測、測量方法及預先註冊的分析計畫。適用於將觀察或初步發現轉化為透明、可測試的研究計畫,且不將假說視為事實。

科學假說生成 是什麼?

此技能旨在引導開發者或研究人員將觀察結果系統性地轉化為一組清晰、可挑戰的候選假說與檢驗計畫,而非將假說視為既定事實或發現。它提供了一個嚴格的工作流程,涵蓋從界定研究範圍與安全門檻、凍結觀察記錄、建構研究問題(如PICO/PECO框架)、建立有日期的證據邊界、生成多元競爭解釋、宣告主張類型與因果估計量,到推導區辨性預測、操作化測量、匹配研究設計與分析計畫、防止假說事後建構(HARKing),以及規劃複製與更新。該技能明確禁止將假說、機制或因果效應呈現為已確立的證據,也禁止進行臨床診斷或提供有害的實驗細節。它支援多種平台(如Claude Code、Cursor、Codex等),並提供一套本機、無依賴的CLI工具(如驗證假說記錄、因果主張、證據帳本等),以確保流程的內部一致性與可追溯性,最終仍由人類研究者承擔所有審查與責任。

相容平台~Claude Code~Codex CLI~Cursor
npx skills add https://github.com/K-Dense-AI/scientific-agent-skills/tree/main/skills/hypothesis-generation

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說明文件

科學假說生成 是做什麼的?

將觀察結果轉化為一組透明的候選解釋與檢驗。假說是一個待挑戰的提議,而非發現、事實、診斷或建議。

不可協商的邊界

在使用未發表、敏感、受控、個人、專有、出口管制或安全相關的資料之前:

  1. 確認授權以及適用的機構、資助者、出版商、資料使用、隱私及AI政策。
  2. 將資料保留在本機,除非獲得授權的人類明確批准指定的外部目的地和資料範圍。
  3. 最小化輸入內容。未經授權,請勿將敏感或未發表的資料放入網路搜尋或外部AI系統。
  4. 在適當的人類、動物、生物安全、雙重用途、資料治理或法規關卡前停止。

絕不能:

  • 將假說、機制、因果效應、引用或明顯的模式呈現為已確立的證據;
  • 因為快速搜尋未發現結果就聲稱具有新穎性;
  • 僅根據關聯性、時間順序、預測準確性或模型輸出推斷因果關係;
  • 提供針對特定患者的診斷、治療、劑量、預後或其他臨床建議;
  • 提供有害的實驗優化或病原體、毒素、武器、規避或其他濫用的操作細節;
  • 繞過IRB/REC、IACUC、IBC、生物安全、雙重用途、隱私、法律或法規審查;
  • 偽造來源、識別碼、搜尋範圍、資料、結果、批准或預先註冊;
  • 自動評分、排名、選擇、接受或拒絕科學假說。

如果請求越過了安全關卡,請僅生成高層級的風險/監督備忘錄,並將其轉交給合格的當地主管機關。請勿繼續提供操作細節。

保持對象區分明確

對象意義
觀察所測量、注意或報告的內容,並附有來源與不確定性
研究問題可回答的問題,定義了研究範圍
假說一個候選的解釋性或關係性命題
機制連結條件與結果的提議過程
因果估計量要估計的精確定義的因果對比
預測在查看目標結果之前推導出的可觀察推論
替代解釋競爭性的解釋,包括偏誤或非因果解釋
虛無假說分析中使用的特定無效果/無差異模型
陰性對照預期不會透過提議機制運作,但共享相關偏誤路徑的對照
操作化建構如何變成變數、測量、介入或類別
分析計畫預先指定的轉換、模型、對比、不確定性及決策規則
證據與主張相關的觀察或來源;絕非主張本身

不要混淆這些標籤。機制故事並非預測;預測並非證據;拒絕一個虛無假說並不證明一個機制;支持一個候選假說並不能排除未考慮的競爭者。

工作流程

1. 執行範圍與安全關卡

記錄:

  • 負責的人類所有者與預期用途;
  • 資料敏感性、授權、保留及允許的處理方式;
  • 受影響的人、動物、生態系統、社群或安全利益;
  • 所需的倫理、可行性、生物安全、雙重用途及法規審查;
  • 未解決的障礙及所需的領域專業知識。

沒有任何腳本批准可以取代倫理、安全、法規或科學批准。

2. 凍結觀察記錄

在解釋之前寫下觀察結果:

  • 測量或來源;
  • 族群、系統、地點與時間;
  • 觀察單位與分析單位;
  • 不確定性、缺失值、排除項目及預處理;
  • 該模式是預期的、探索性的,還是在查看結果後選擇的。

使用「據報告」、「觀察到」或「相關聯」,除非有因果設計和估計量證明,否則不要使用因果語言。

3. 構建研究問題

僅在合適時選擇一個框架:

  • PICO/PICOT 用於介入/效果問題:族群、介入、比較組、結果,以及可選的時間。
  • PECO 用於暴露問題。
  • 族群–指標測試–參考標準–目標條件 用於診斷準確性。
  • 族群–預後因子–結果–時間 用於預後。
  • 針對質性、描述性、機制性或理論性工作,使用特定領域的建構–情境–結果框架。

PICO 不是通用模板。定義利益相關者、背景、邊界、可行性,以及何種答案會改變知識或實踐。FINER 是問題精煉的口訣——可行性、有趣性、新穎性、倫理性、相關性——而非評分系統。將「新穎性」視為未解決問題,直至有記錄、適合目的的搜尋和專家審查支持它。

4. 建立有日期的證據邊界

在做出依賴文獻的陳述之前先進行搜尋。優先使用原始研究、官方政策、主要方法論文、當前報告指南以及用於定向的系統性回顧。

記錄:

  • 搜尋日期與截止點;
  • 資料庫/索引、查詢、篩選條件及篩選邊界;
  • 包含與排除的來源類型;
  • 支持、挑戰或脈絡化每個主張的來源;
  • 已知的存取、語言、資料庫及時間限制。

搜尋可以確立搜尋了什麼,而非普遍的缺失。請說「在記錄的搜尋邊界內未找到」,絕不能說「沒有先前的工作存在」。使用 assets/search_boundary_template.json、assets/evidence_ledger_template.csv 及 references/literature_search_strategies.md。

5. 在選擇檢驗之前生成競爭解釋

當合理時,從真正不同的解釋類別創建多個候選假說:

  • 提議的機制;
  • 測量或處理偽影;
  • 混雜或共同原因;
  • 選擇偏差或流失;
  • 條件化於對撞因子;
  • 反向因果關係;
  • 時間、脈絡或邊界條件的差異;
  • 隨機變異;
  • 其他尺度上的競爭機制。

在AI輔助擴展之前,獨立生成初始的競爭解釋集合,以減少錨定和同質化。不要強制固定數量或虛假的對稱性。保持每個候選假說標記為 candidate。

Platt 的強推論模式促進了替代假說和關鍵檢驗,但失敗的替代假說並不能使存活的假說為真。未知的替代假說、輔助假設、測量誤差和混合機制仍有可能存在。

6. 宣告主張類型與估計量

將每個目標分類為:

  • 描述性;
  • 關聯性;
  • 預測性;
  • 因果性;
  • 機制性。

對於因果目標,在分析之前定義:

  • 目標族群或系統;
  • 介入/暴露與比較組;
  • 結果與時間範圍;
  • 族群層級摘要;
  • 處理版本及相關的時發事件處理方式;
  • 識別假設與目標試驗/設計類比。

分別記錄混雜、選擇、對撞因子、測量及反向因果的風險。觀察性因果估計仍依賴於假設。使用 references/causal_inference_and_claims.md。

7. 推導區辨性預測

對於每個候選假說:

  1. 陳述條件及邊界條件。
  2. 命名可觀察項及其測量方式。
  3. 陳述預期的模式與不確定性。
  4. 陳述在既定假設下與該候選假說不相容的結果。
  5. 將預期結果與至少一個競爭假說的結果進行對比。
  6. 定義不確定結果以及從中能學到什麼。

優先選擇競爭假說預測出顯著不同結果的檢驗。在科學上適當時,加入陽性對照、程序對照和陰性對照。陰性對照必須能夠透過目標機制運作,同時共享相關的偏誤路徑;它不是一個裝飾性的未處理組。

使用 assets/prediction_rival_matrix_template.csv 及 assets/falsification_controls_template.json。

8. 操作化與驗證測量

對於每個建構記錄:

  • 變數角色與操作型定義;
  • 族群/系統、單位、時間點與條件;
  • 儀器/方法、校正、品質控制與盲法;
  • 信度/重複性;
  • 效度證據與適用性;
  • 缺失值、檢測極限、轉換、切點及其理由;
  • 相關時的測量不變性或跨群體可比性;
  • 可預見的測量偏誤與限制。

不要將方便的代理變數視為建構本身。使用以下指令驗證:

python3 scripts/check_operationalization.py local-operationalization.json

9. 使設計與分析符合主張

指定:

  • 抽樣、實驗單位、分派、隨機化、盲法與對照;
  • 納入/排除與停止規則;
  • 基於既定假設的樣本數、精度或資訊理由;
  • 結果、對比、估計量、模型、效果測量與不確定性;
  • 缺失資料與時發事件處理方式;
  • 跨結果、模型、亞組、期中分析與假說的多重性;
  • 假設、診斷、穩健性與敏感性分析;
  • 複製或獨立驗證計畫;
  • 什麼是驗證性的,什麼是探索性的。

不要使用通用的樣本數最小值。不要將閾值化的 p 值解釋為假說為真的機率或效應重要性。請參閱 references/experimental_design_patterns.md。

對於介入試驗,請酌情使用當前的 SPIRIT 2025 方案指南和 CONSORT 2025 報告指南。這些指南可提高完整性;但它們並不證明設計品質、倫理或法規合規性。

10. 防止 HARKing 並揭露偏差

在取得目標結果之前,若可行,請為問題、候選假說、預測、結果、排除項目、轉換、分析、多重性、缺失資料計畫及停止規則加上時間戳記。

之後:

  • 將依賴資料的想法和分析標記為探索性;
  • 保留並報告預先計畫的分析;
  • 列出偏差,包括日期、理由、決定者及預期影響;
  • 切勿將觀察到的模式改寫為先驗預測。

預先註冊是一個透明的計畫,而非禁止適應性。Registered Reports 在期刊政策下增加了結果盲審和原則性接受。請參閱 references/preregistration_and_open_science.md。

11. 規劃複製與更新

區分:

  • 可重複性: 從相同資料/程式碼/條件獲得一致的計算結果;
  • 可複製性: 針對相同問題收集新資料的研究之間的一致性。

在授權分享時,保留來源、版本、程式碼、材料與決策日誌。規劃在相關邊界上進行獨立複製或遷移測試。當出現相反、虛無或複製證據時,更新候選假說的狀態;不要隱藏負面結果。

12. 應用人類問責制

負責的人類必須驗證:

  • 每個引用和來源到主張的連結;
  • 領域合理性與測量效度;
  • 因果假設與統計設計;
  • 倫理、可行性、安全性、隱私與法規狀態;
  • 所有 AI 輔助的文字、想法與引用;
  • 是否需要更廣泛的專業知識或社群意見。

AI 可能虛構引用、錨定推理並使候選假說集合同質化。記錄允許的 AI 使用方式與重大影響。在過程中保留獨立的人類構思與競爭解釋生成。

本機工具索引

所有 CLI 都是有邊界、無依賴、本機、確定性且非評分的:

任務資產指令
假說記錄結構assets/hypothesis_record_template.jsonpython3 scripts/validate_hypothesis_schema.py record.json
測量檢查表assets/operationalization_template.jsonpython3 scripts/check_operationalization.py checklist.json
預測/競爭矩陣assets/prediction_rival_matrix_template.csvpython3 scripts/validate_prediction_matrix.py matrix.csv
主張語言檢查註解 Markdownpython3 scripts/lint_causal_claims.py draft.md
否證/對照assets/falsification_controls_template.jsonpython3 scripts/check_falsification_controls.py controls.json
證據/來源稽核assets/evidence_ledger_template.csv + assets/search_boundary_template.jsonpython3 scripts/audit_evidence_ledger.py ledger.csv boundary.json
預先註冊支架assets/preregistration_scaffold_template.mdpython3 scripts/generate_preregistration_scaffold.py record.json -o preregistration.md

退出碼為 0(結構有效輸出)、1(完成驗證但有錯誤)及 2(格式錯誤/不安全的輸入)。報告僅驗證宣告與內部一致性;它們不驗證科學真理或選擇假說。完整結構定義在 references/tool_reference.md。

參考資料

  • references/concepts_and_workflow.md — 對象模型、強推論、不確定性與候選假說生命週期
  • references/hypothesis_quality_criteria.md — 非評分的人類審查標準
  • references/literature_search_strategies.md — 可追溯、有邊界的證據搜尋
  • references/causal_inference_and_claims.md — 估計量與因果偏誤風險
  • references/experimental_design_patterns.md — 設計、對照、測量、多重性與複製
  • references/preregistration_and_open_science.md — 預先註冊、Registered Reports、偏差與開放科學
  • references/ethics_safety_and_ai.md — 監督關卡、雙重用途、資料處理與負責任的 AI
  • references/tool_reference.md — CLI 結構定義、限制與範例
  • references/source_ledger.md — 有日期的權威來源註釋
  • references/security_validation.md — 基準發現與驗證記錄

隨附的來源帳本為 assets/source_ledger.csv,驗證至 2026-07-23。在較晚日期或管轄權變更時,請重新檢查時效性政策與指導方針。

Individual skills in this repo

This repo contains 20 individual skills — each has its own dedicated page.

adaptyv

How to use the Adaptyv Bio Foundry API and Python SDK for protein experiment design, submission, and results retrieval. Use this skill whenever the user mentions Adaptyv, Foundry API, protein binding assays, protein screening experiments, BLI/SPR assays, thermostability assays, or wants to submit protein sequences for experimental characterization. Also trigger when code imports `adaptyv`, `adaptyv_sdk`, or `FoundryClient`, or references `foundry-api-public.adaptyvbio.com`.

aeon

This skill should be used for time series machine learning tasks including classification, regression, clustering, forecasting, anomaly detection, segmentation, and similarity search. Use when working with temporal data, sequential patterns, or time-indexed observations requiring specialized algorithms beyond standard ML approaches. Particularly suited for univariate and multivariate time series analysis with scikit-learn compatible APIs.

alphagenome

Look up precomputed AlphaGenome Atlas effects for any GRCh38 single-nucleotide variant (AVI score with Phred and 18 SHAP feature attributions, plus raw and quantile scores for RNA-seq, DNase, ATAC, ChIP-TF, ChIP-histone, CAGE, PRO-cap, splicing, polyadenylation and contact-map tracks), score variants or scan windows on demand with the AlphaGenome model for human and mouse (variant scoring, in silico mutagenesis, REF-versus-ALT track prediction), and build Atlas website deep links. Use when the user mentions AlphaGenome, AlphaGenome Atlas, AVI or AlphaGenome Variant Impact, DeepMind variant effect prediction, or wants to prioritise or mechanistically interpret non-coding, regulatory, splicing, enhancer, promoter, or chromatin-accessibility effects of SNVs from a VCF, credible set, or region. Research use only; not a clinical tool.

analytical-method-validation

Plan, execute, and document validation, verification, and transfer of analytical procedures under the governing framework - ICH Q2(R2) and Q14, USP <1220>/<1225>/<1226>, ICH M10 bioanalytical, CLSI EP, or ISO/IEC 17025. Use for HPLC, LC-MS/MS, GC, CE, ICP-MS, dissolution, qNMR, qPCR, NIR, and ligand binding or cell-based assays whenever the question is whether a procedure is fit for its intended purpose. Triggers include

anndata

Data structure for annotated matrices in single-cell analysis. Use when working with .h5ad files or integrating with the scverse ecosystem. This is the data format skill—for analysis workflows use scanpy; for probabilistic models use scvi-tools; for population-scale queries use cellxgene-census.

arbor

Autonomously improve a real artifact (code, training recipe, agent harness, data pipeline, prompt) against an objective and an evaluator, using Hypothesis Tree Refinement (HTR) from the Arbor paper. Use this whenever someone wants to iteratively optimize something over many experiments without overfitting — e.g.

arboreto

Infer gene regulatory networks (GRNs) from gene expression data using scalable algorithms (GRNBoost2, GENIE3). Use when analyzing transcriptomics data (bulk RNA-seq, single-cell RNA-seq) to identify transcription factor-target gene relationships and regulatory interactions. Supports distributed computation for large-scale datasets.

astropy

Core Python library for astronomy and astrophysics workflows that need Astropy APIs, including units/quantities, coordinates, FITS I/O, tables, time systems, WCS, and cosmology. Use when implementing or debugging astronomical data analysis code with Astropy.

autoskill

Observe the user

benchling-integration

Benchling Python SDK and REST API integration for registry entities, inventory, ELN entries, workflows, Benchling Apps, and Data Warehouse queries. Use when automating lab data with benchling-sdk or the v2 API.

bgpt-paper-search

Search scientific papers and retrieve structured experimental data extracted from full-text studies via the BGPT MCP server. Returns 25+ fields per paper including methods, results, sample sizes, quality scores, and conclusions. Use for literature reviews, evidence synthesis, and finding experimental details not available in abstracts alone.

bids

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biopython

Comprehensive molecular biology toolkit. Use for sequence manipulation, file parsing (FASTA/GenBank/PDB), phylogenetics, and programmatic NCBI/PubMed access (Bio.Entrez). Best for batch processing, custom bioinformatics pipelines, BLAST automation. For quick lookups use gget; for multi-service integration use bioservices.

bioservices

Unified Python interface to 40+ bioinformatics services. Use when querying multiple databases (UniProt, KEGG, ChEMBL, Reactome) in a single workflow with consistent API. Best for cross-database analysis, ID mapping across services. For quick single-database lookups use gget; for sequence/file manipulation use biopython.

bulk-rnaseq

End-to-end bulk RNA-seq orchestrator — takes raw FASTQ reads through QC and trimming (FastQC, fastp/Trim Galore), alignment and quantification (STAR, Salmon, featureCounts), assembles a gene-level counts matrix, then hands off to differential expression (pydeseq2), pathway/GSEA enrichment (pathway-enrichment), and publication figures (scientific-visualization). Use whenever the user has bulk RNA-seq reads or quant output and wants a complete, reproducible differential-expression workflow — e.g.

cellxgene-census

Query the CZ CELLxGENE Census programmatically for versioned public single-cell and spatial transcriptomics data. Use when you need population-scale cell metadata, gene expression slices, Census summary counts, source H5AD URIs/downloads, embeddings, spatial Census data, or reference atlas comparisons across organisms, tissues, diseases, assays, and cell types. For analyzing your own local single-cell data use scanpy, anndata, or scvi-tools.

cirq

Google quantum computing framework. Use when targeting Google Quantum AI hardware, designing noise-aware circuits, or running quantum characterization experiments. Best for Google hardware, noise modeling, and low-level circuit design. For IBM hardware use qiskit; for quantum ML with autodiff use pennylane; for physics simulations use qutip.

citation-management

Comprehensive citation management for academic research. Search OpenAlex, PubMed, and Google Scholar for papers, extract accurate metadata, validate citations, and generate properly formatted BibTeX entries. This skill should be used when you need to find papers, verify citation information, convert DOIs to BibTeX, or ensure reference accuracy in scientific writing.

clinical-decision-support

Prepare and validate research-only clinical decision-support evaluation, evidence-profile, cohort, survival, biomarker/model, privacy, and governance artifacts. Use for aggregate or synthetic research documentation and traceability—not patient care or live clinical operation.

clinical-reports

Create safety-bounded draft structures and run local deterministic checks for clinical case, diagnostic, trial, safety, and aggregate research reports. Use only with synthetic, de-identified, or aggregate inputs and verified source-fact manifests; every output requires qualified review.

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