用科學(xué)任務(wù)帶動(dòng) 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的嘗試

1、用科學(xué)任務(wù)帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的嘗試,如何選擇網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的載體,二OO九年十月十六日,李 德 毅,復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究中若干問題的反思,Deyi Li Oct. 11 2008,一年前我在北京大學(xué)的發(fā)言：,用科學(xué)任務(wù)帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的嘗試,如何選擇網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的載體,二OO九年十月十六日,李 德 毅,（一） 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)十年研究思考,Ten Years History for NetSci,Watts, Nature, 1998 Barabsi, Science, 1999,Physics,Network,Physics,Albert Barabsi (1967- , Hungary),Rka Albert

2、 (Ph.D. in 2001),Steven Strogatz (1959- , America),Duncan Watts (1971- , America),WS 小世界模型(1998),BA 無標(biāo)度模型(1999),網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的興起,A twenty-first century science,If handled appropriately, data about Internet-based communication and interactivity could revolutionize our understanding of collective human behavio

3、r. D J Watts, NATURE, 1 February 2007,I want to make sense out of this, how do I do it?,Node Activity,Local Effect,Heterogeneity,Preferential Attachment in Evolution,Challenge : basic, but very hard How to understand networks?,網(wǎng)絡(luò)科學(xué)不是研究所有的網(wǎng)絡(luò)，也不是純拓?fù)鋵W(xué)研究，要反映節(jié)點(diǎn)主體性和異構(gòu)性、局域影響性、拓?fù)洳痪鶆蛐院碗S時(shí)間演化過程中的偏好依附性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，弄清網(wǎng)

4、絡(luò)拓?fù)?、?jié)點(diǎn)和邊的屬性與網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)行為之間的關(guān)系。,Network Science and Engineering (NetSE) Research Agenda,A Report of the Network Science and Engineering Council (V1.1) 2009.9,NetSE Council,In 2008, the Computing Community Consortium (CCC) in the Computing Research Association (CRA) charged the Network Science and Engineer

5、ing (NetSE) Council with developing a comprehensive research agenda that would support the development of a better Internet.,This report consists of Synthesis Chapter that describes in more detail the imperative, challenge, opportunity and elements of a research agenda to improve the Internet and de

6、epen our understanding of socio-technical networks and The reports of six Workshops in Overcoming Barriers to Disruptive Innovation in Networking; Theory of Networked Computing; Science of Network Design; Behavior, Computation and Networks in Human Subject Experimentation; Network Design and Enginee

7、ring; and Network Design and Societal Values.,Ellen W. ZeguraProfessor of Georgia Institute of Technology,chair,NetSE Council: Charlie Catlett, Argonne National Labs David Clark, MIT Mike Dahlin, University of Texas - Austin Chip Elliott, BBN Technologies and GPO (ex-officio) Joan Feigenbaum, Yale U

8、niversity Stephanie Forrest, University of New Mexico Mike Kearns, University of Pennsylvania Ed Lazowska, University of Washington Helen Nissenbaum, New York University Larry Peterson, Princeton University Jennifer Rexford, Princeton University Scott Shenker, UC Berkeley/ICSI John Wroclawski, USC/I

9、SI Ellen Zegura, Georgia Institute of Technology,NetSE Program,The NetSE Council kicked off their effort in January 2008 with a meeting at NSF. US NSF CISE (Computer and Information Science and Engineering) has issued a new Cross-Directorate Solicitation which includes Network Science and Engineerin

10、g (NetSE) as a cross-cutting research program in August 2008.,2009年9月美國發(fā)表的NetSE Research Agenda 對(duì)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究現(xiàn)狀的分析,A key barrier to making near-term progress is the lack of adequate support for experimental research. The field of networking research began as an experimental discipline, and many fundamenta

11、l networking insights have come from building and using prototype systems, as well as measuring existing systems. A key barrier to making long-term progress is the lack of a formal intellectual framework for understanding networking,2009年9月發(fā)表的NetSE Research Agenda 建議NSF資助網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)施和實(shí)驗(yàn)方法持久研究,Funding agen

12、cies should rebuild the experimental capabilities of networking researchers, through funding individual systems building efforts, providing adequate and persistent shared experimental infrastructure, and supporting research that leads to continued improvements in experimental methodology. Experiment

13、al work is expensive and long-term.,網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究形成的新理論和新方法，用什么樣的實(shí)體去證實(shí)其有效性？,在實(shí)驗(yàn)室做科研不能做“觀光實(shí)驗(yàn)”，沿著別人設(shè)計(jì)好或者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的“風(fēng)景”路線走。自己所作的實(shí)驗(yàn)研究，需要有自己的思想去思考、去發(fā)現(xiàn)，尋找真正解決問題的辦法。否則，在理論里試驗(yàn)，很苦悶，很沒有意思。 崔琦 2009年9月5日,載體：承載網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究常用的實(shí)體,生命科學(xué)中的各種網(wǎng)絡(luò) 人類社會(huì)中的各種網(wǎng)絡(luò) 基于互聯(lián)網(wǎng)的各種網(wǎng)絡(luò) 各種交通運(yùn)輸和通信網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的難點(diǎn)：載體的選擇,研究什么特定的科學(xué)問題？ 被選擇的載體的大眾性？ 研究效果的被認(rèn)可性？ 如何簡(jiǎn)化載體

14、的復(fù)雜因素？,基礎(chǔ)研究沒有載體是不行的！,選擇載體常常比確定科學(xué)問題更難！,（二） 用科學(xué)任務(wù)帶動(dòng)科學(xué)問題研究,基礎(chǔ)科學(xué)研究的特點(diǎn),基礎(chǔ)科學(xué)問題的解決通常需要長遠(yuǎn)的研究努力，甚至沒有窮盡的時(shí)候 基礎(chǔ)科學(xué)問題待解決的程度（里程碑指標(biāo)）難以預(yù)先明確確定和精確量化 基礎(chǔ)科學(xué)研究具有基礎(chǔ)性、前瞻性、探索性和交叉性,眾所周知，基礎(chǔ)研究和科學(xué)突破是應(yīng)用研究或者技術(shù)創(chuàng)新的先導(dǎo)。但另一方面，技術(shù)發(fā)展也可以成為科學(xué)研究更為重要的源泉。在某些情況下科學(xué)存在于技術(shù)當(dāng)中。當(dāng)前，活躍的信息技術(shù)可以成為信息科學(xué)的先導(dǎo)，可以用科學(xué)任務(wù)帶動(dòng)科學(xué)問題的研究。,用科學(xué)任務(wù)帶動(dòng)科學(xué)問題研究的先例,南極科學(xué)考察 探月、繞月、駐月工程

15、 NSFC提出的試聽覺認(rèn)知計(jì)算,科學(xué)任務(wù)有明確的目的性！,視聽覺認(rèn)知計(jì)算的科學(xué)任務(wù),在正常的環(huán)境下，標(biāo)準(zhǔn)的城市和城際公路上，從北京到天津/深圳，無人自主駕駛車，混跡在正常交通流中，表現(xiàn)出駕駛員的智能駕駛員的視聽覺認(rèn)知計(jì)算能力。,項(xiàng)目為什么能夠列為重大計(jì)劃？,提高汽車電子的國產(chǎn)化能力 減少交通事故，改善民生 成果輻射到各種特種車（尤其是殘疾人用車），改善性能,科學(xué)任務(wù)不同于工程任務(wù)，更不同于工程建設(shè)，不要求直接為GDP作出貢獻(xiàn)。,用科學(xué)任務(wù)帶動(dòng)基礎(chǔ)研究的好處,長期以來普遍認(rèn)為基礎(chǔ)研究宜散不宜聚；而當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的綜合性和多學(xué)科特點(diǎn)，又要求學(xué)科內(nèi)部、學(xué)科之間、甚至跨學(xué)科的交叉，這是一個(gè)大科學(xué)的時(shí)代，

16、要求能聚能散才行 用科學(xué)任務(wù)帶動(dòng)科學(xué)問題研究，可以有效改變難聚易散的現(xiàn)狀,（三） 選擇載體的指導(dǎo)思想,有限目標(biāo),一個(gè)特定載體，不可能反映網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的全部研究內(nèi)容，但所承載的科學(xué)問題應(yīng)該是國際上很活躍的學(xué)術(shù)前沿 當(dāng)科學(xué)問題變更時(shí)，載體有一定的可塑性 載體能夠反應(yīng)國家的戰(zhàn)略需求，有較好的普及性和被認(rèn)可性,穩(wěn)定支持,有較長期的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究基礎(chǔ) 有較好的科學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件 穩(wěn)定支持和長期資助,集成升華,具有匯聚網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究成果的便利性 研究成果能夠很快地指導(dǎo)迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問題,跨越發(fā)展,目的明確，標(biāo)志性水平明顯，可顯示，可比較 能夠在全球網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究中體現(xiàn)中國的學(xué)術(shù)水平和狀態(tài),當(dāng)前，什么樣的科學(xué)任務(wù)

17、既能滿足國家戰(zhàn)略急需，又能帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的研究呢？,科學(xué)任務(wù)的可行性和必要性論證，成為帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的前提。,（四） 科學(xué)任務(wù)的選擇和任務(wù)的形式化,科學(xué)任務(wù)：城市交通縮微模擬,對(duì)典型的城市區(qū)域、道路環(huán)境和特定時(shí)段，通過縮微模擬，說明自主駕駛車的數(shù)量、分布、動(dòng)力學(xué)行為和道路擁擠程度的關(guān)系，并論證成果的普遍性意義。,不要求發(fā)現(xiàn)解決城市交通擁堵的一個(gè)萬能數(shù)學(xué)公式，但縮微模擬研究有助于不同人從不同角度去研究解決城市交通問題。,為什么把城市交通縮微模擬作為網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的載體？,以城市交通為載體的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究有前期積累。 視聽覺認(rèn)知計(jì)算重大項(xiàng)目為縮微自主駕駛車的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 在解決城市交通擁堵問題上太

18、多的雜音，沒有找到其中最根本的科學(xué)問題。,北京市機(jī)動(dòng)車數(shù)量增長圖,2009.10,時(shí)間,數(shù)量（萬輛）,388,100,200,300,2007.05,2003.08,1997.02,1949,6年,2年,4年,48年,“交通擁堵問題，根本上說不僅是一個(gè)科學(xué)問題，而是一個(gè)社會(huì)問題、經(jīng)濟(jì)問題、歷史問題、文化問題，也可以說是土地利用問題、城市形態(tài)問題?！?“中國乃至全球出現(xiàn)的城市交通擁堵困境，是城市快速擴(kuò)張過程中各種因素?zé)o序競(jìng)爭(zhēng)、疊加的結(jié)果，是一個(gè)過渡的狀態(tài)，城市還遠(yuǎn)沒有進(jìn)入到一個(gè)節(jié)約、生態(tài)、暢通的穩(wěn)定態(tài)?！?“城市交通的屬性特征及其自身發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，是全世界認(rèn)為的科學(xué)之謎?！?悖論：“交通整治，

19、越治越堵”,擁堵,添車,擴(kuò)路,悖論：“交通整治，越治越堵”,城區(qū) 擁堵,投資 建路,擴(kuò)大 都市圈,人均日出行 距離增加,悖論：“交通整治，越治越堵”,交通 擁堵,打通微循環(huán) 多修支路,多修快車 道和干道,車輛 增加,悖論：“交通整治，越治越堵”,行車要 方便,步行難,道路要 改造,車輛 增加,悖論：“交通整治，越治越堵”,交通 擁擠,個(gè)體交通 需求增加,公交服務(wù) 水平下降,車輛 增加,悖論：“交通整治，越治越堵”,交通口 擁擠,吸引交 通流,改立交,擁擠交通 口轉(zhuǎn)移,悖論：“交通整治，越治越堵”,車輛 數(shù)量多,導(dǎo)致購買 “第二輛車”,按尾號(hào) 限行,車輛 數(shù)量更多,問題的形式化是本項(xiàng)目成敗之關(guān)鍵！,質(zhì)疑： 城市交通擁堵問題難以解決是因?yàn)闆]有 獲得足夠多的信息？,問題的形式化,忽略哪些次要因素？ 用最少的車輛種類模擬道路交通 用最主要的隨機(jī)分布模擬駕駛行為的初始狀態(tài) 把城市交通的地理邊界縮小為特定區(qū)域邊界，把陣發(fā)性、頻發(fā)性交通問題簡(jiǎn)化為研究特定時(shí)段的交通 重點(diǎn)研究車輛之間的交互作用、群體行為與動(dòng)力學(xué)性質(zhì),必須考慮的基本面：,需求：機(jī)動(dòng)車數(shù)量和駕駛行為 供應(yīng)：城市車道長度等道路設(shè)施 調(diào)節(jié)：城市交通管理機(jī)制和控制水平,并不是因素越多越