李德毅在青岛全国会议的大会报告-General

用科学任务带动网络科学研究的尝试——如何选择网络科学研究的载体二OO九年十月十六日李德毅复杂网络研究中若干问题的反思[e-mail].112008一年前我在北京大学的发言：用科学任务带动网络科学研究的尝试——如何选择网络科学研究的载体二OO九年十月十六日李德毅（一）网络科学十年研究思考TenYearsHistoryforNetSciWatts,Nature,1998Barabási,Science,1999PhysicsNetworkPhysicsAlbertBarabási(1967-,Hungary)RékaAlbert(Ph.D.in2001)StevenStrogatz(1959-,America)DuncanWatts(1971-,America)WS小世界模型(1998)BA无标度模型(1999)网络科学的兴起Atwenty-firstcenturyscienceIfhandledappropriately,dataaboutInternet-basedcommunicationandinteractivitycouldrevolutionizeourunderstandingofcollectivehumanbehavior.——DJWatts,NATURE,1February2007Iwanttomakesenseoutofthis,howdoIdoit?NodeActivityLocalEffectHeterogeneityPreferentialAttachmentinEvolutionChallenge:basic,butveryhardHowtounderstandnetworks?网络科学不是研究所有的网络，也不是纯拓扑学研究，要反映节点主体性和异构性、局域影响性、拓扑不均匀性和随时间演化过程中的偏好依附性的复杂网络，弄清网络拓扑、节点和边的属性与网络动力学行为之间的关系。NetworkScienceandEngineering(NetSE)ResearchAgendaAReportoftheNetworkScienceandEngineeringCouncil(V1.1)2009.9NetSECouncilIn2008,theComputingCommunityConsortium(CCC)intheComputingResearchAssociation(CRA)chargedtheNetworkScienceandEngineering(NetSE)CouncilwithdevelopingacomprehensiveresearchagendathatwouldsupportthedevelopmentofabetterInternet.Thisreportconsistsof–SynthesisChapterthatdescribesinmoredetailtheimperative,challenge,opportunityandelementsofaresearchagendatoimprovetheInternetanddeepenourunderstandingofsocio-technicalnetworksand–ThereportsofsixWorkshopsinOvercomingBarrierstoDisruptiveInnovationinNetworking;TheoryofNetworkedComputing;ScienceofNetworkDesign;Behavior,ComputationandNetworksinHumanSubjectExperimentation;NetworkDesignandEngineering;andNetworkDesignandSocietalValues.EllenW.ZeguraProfessorofGeorgiaInstituteofTechnologychairNetSECouncil:CharlieCatlett,ArgonneNationalLabsDavidClark,MITMikeDahlin,UniversityofTexas-AustinChipElliott,BBNTechnologiesandGPO(ex-officio)JoanFeigenbaum,YaleUniversityStephanieForrest,UniversityofNewMexicoMikeKearns,UniversityofPennsylvaniaEdLazowska,UniversityofWashingtonHelenNissenbaum,NewYorkUniversityLarryPeterson,PrincetonUniversityJenniferRexford,PrincetonUniversityScottShenker,UCBerkeley/ICSIJohnWroclawski,USC/ISIEllenZegura,GeorgiaInstituteofTechnologyNetSEProgramTheNetSECouncilkickedofftheireffortinJanuary2008withameetingatNSF.USNSFCISE(ComputerandInformationScienceandEngineering)hasissuedanewCross-DirectorateSolicitationwhichincludesNetworkScienceandEngineering(NetSE)asacross-cuttingresearchprograminAugust2008.2009年9月美国发表的NetSEResearchAgenda对网络科学研究现状的分析Akeybarriertomakingnear-termprogressisthelackofadequatesupportforexperimentalresearch.Thefieldofnetworkingresearchbeganasanexperimentaldiscipline,andmanyfundamentalnetworkinginsightshavecomefrombuildingandusingprototypesystems,aswellasmeasuringexistingsystems.Akeybarriertomakinglong-termprogressisthelackofaformalintellectualframeworkforunderstandingnetworking2009年9月发表的NetSEResearchAgenda建议NSF资助网络实验设施和实验方法持久研究Fundingagenciesshouldrebuildtheexperimentalcapabilitiesofnetworkingresearchers,throughfundingindividualsystemsbuildingefforts,providingadequateandpersistentsharedexperimentalinfrastructure,andsupportingresearchthatleadstocontinuedimprovementsinexperimentalmethodology.Experimentalworkisexpensiveandlong-term.网络科学研究形成的新理论和新方法，用什么样的实体去证实其有效性？在实验室做科研不能做“观光实验”，沿着别人设计好或者已经发现的“风景”路线走。自己所作的实验研究，需要有自己的思想去思考、去发现，寻找真正解决问题的办法。否则，在理论里试验，很苦闷，很没有意思。——崔琦2009年9月5日载体：承载网络科学研究常用的实体生命科学中的各种网络人类社会中的各种网络基于互联网的各种网络各种交通运输和通信网络网络科学研究的难点：载体的选择研究什么特定的科学问题？被选择的载体的大众性？研究效果的被认可性？如何简化载体的复杂因素？基础研究没有载体是不行的！选择载体常常比确定科学问题更难！（二）用科学任务带动科学问题研究基础科学研究的特点基础科学问题的解决通常需要长远的研究努力，甚至没有穷尽的时候基础科学问题待解决的程度（里程碑指标）难以预先明确确定和精确量化基础科学研究具有基础性、前瞻性、探索性和交叉性众所周知，基础研究和科学突破是应用研究或者技术创新的先导。但另一方面，技术发展也可以成为科学研究更为重要的源泉。在某些情况下科学存在于技术当中。当前，活跃的信息技术可以成为信息科学的先导，可以用科学任务带动科学问题的研究。用科学任务带动科学问题研究的先例南极科学考察探月、绕月、驻月工程NSFC提出的《试听觉认知计算》科学任务有明确的目的性！《视听觉认知计算》的科学任务在正常的环境下，标准的城市和城际公路上，从北京到天津/深圳，无人自主驾驶车，混迹在正常交通流中，表现出驾驶员的智能——驾驶员的视听觉认知计算能力。项目为什么能够列为重大计划？提高汽车电子的国产化能力减少交通事故，改善民生成果辐射到各种特种车（尤其是残疾人用车），改善性能科学任务不同于工程任务，更不同于工程建设，不要求直接为GDP作出贡献。用科学任务带动基础研究的好处长期以来普遍认为基础研究宜散不宜聚；而当前网络科学的综合性和多学科特点，又要求学科内部、学科之间、甚至跨学科的交叉，这是一个大科学的时代，要求能聚能散才行用科学任务带动科学问题研究，可以有效改变难聚易散的现状（三）选择载体的指导思想有限目标一个特定载体，不可能反映网络科学的全部研究内容，但所承载的科学问题应该是国际上很活跃的学术前沿当科学问题变更时，载体有一定的可塑性载体能够反应国家的战略需求，有较好的普及性和被认可性稳定支持有较长期的网络科学研究基础有较好的科学实验环境和条件稳定支持和长期资助集成升华具有汇聚网络科学研究成果的便利性研究成果能够很快地指导迫切需要解决的现实问题跨越发展目的明确，标志性水平明显，可显示，可比较能够在全球网络科学研究中体现中国的学术水平和状态当前，什么样的科学任务既能满足国家战略急需，又能带动网络科学的研究呢？科学任务的可行性和必要性论证，成为带动网络科学研究的前提。（四）科学任务的选择和任务的形式化科学任务：城市交通缩微模拟对典型的城市区域、道路环境和特定时段，通过缩微模拟，说明自主驾驶车的数量、分布、动力学行为和道路拥挤程度的关系，并论证成果的普遍性意义。不要求发现解决城市交通拥堵的一个万能数学公式，但缩微模拟研究有助于不同人从不同角度去研究解决城市交通问题。为什么把城市交通缩微模拟作为网络科学研究的载体？1.以城市交通为载体的网络科学研究有前期积累。2.《视听觉认知计算》重大项目为缩微自主驾驶车的实现奠定了基础。3.在解决城市交通拥堵问题上太多的杂音，没有找到其中最根本的科学问题。北京市机动车数量增长图2009.10时间数量（万辆）3881002003002007.052003.081997.0219496年2年4年48年“交通拥堵问题，根本上说不仅是一个科学问题，而是一个社会问题、经济问题、历史问题、文化问题，也可以说是土地利用问题、城市形态问题。”“中国乃至全球出现的城市交通拥堵困境，是城市快速扩张过程中各种因素无序竞争、叠加的结果，是一个过渡的状态，城市还远没有进入到一个节约、生态、畅通的稳定态。”“城市交通的属性特征及其自身发展的内在规律，是全世界认为的科学之谜。”悖论：“交通整治，越治越堵”拥堵添车扩路悖论：“交通整治，越治越堵”城区拥堵投资建路扩大都市圈人均日出行距离增加悖论：“交通整治，越治越堵”交通拥堵打通微循环多修支路多修快车道和干道