1、用科學(xué)任務(wù)帶動網(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 毅用科學(xué)任務(wù)帶動網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的嘗試 如何選擇網(wǎng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究中若干問題的反思Deyi LileedeyiOct. 11 2008一年前我在北京大學(xué)的發(fā)言：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究中若干問題的反思Deyi Li一年前我在北京大學(xué)用科學(xué)任務(wù)帶動網(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 毅用科學(xué)任務(wù)帶動網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的嘗試 如何選擇網(wǎng)（一） 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)十年研究思考（一） 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)十年研究思考Ten Years History for NetSciWatts, Nature, 1998Barabsi,

2、 Science, 1999PhysicsNetworkPhysicsTen Years History for NetSciWa Albert Barabsi (1967- , Hungary)Rka Albert(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 Albert Barabsi (1967- , A twenty-first century science If handled appropriately

3、, data about Internet-based communication and interactivity could revolutionize our understanding of collective human behavior. D J Watts, NATURE, 1 February 2007A twenty-first century scienceI want to make sense out of this, how do I do it?I want to make sense out of Node ActivityLocal EffectHetero

4、geneityPreferential Attachment in EvolutionChallenge : basic, but very hardHow to understand networks? Node ActivityLocal EffectHeter 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)點主體性和異構(gòu)性、局域影響性、拓?fù)洳痪鶆蛐院碗S時間演化過程中的偏好依附性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，弄清網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?jié)點和邊的屬性與網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)行為之間的關(guān)系。 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Network Science and Engineering (NetSE) R

5、esearch AgendaA Report of the Network Science and Engineering Council (V1.1)2009.9Network Science and EngineerinNetSE Council In 2008, the Computing Community Consortium (CCC) in the Computing Research Association (CRA) charged the Network Science and Engineering (NetSE) Council with developing a co

6、mprehensive research agenda that would support the development of a better Internet. NetSE Council In 2008, the CThis 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 deepen our und

7、erstanding 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 Engineering; and Ne

8、twork Design and Societal Values.This report consists of Ellen W. ZeguraProfessor of Georgia Institute of Technology chair NetSE Council:Charlie Catlett, Argonne National LabsDavid Clark, MITMike Dahlin, University of Texas - AustinChip Elliott, BBN Technologies and GPO (ex-officio)Joan Feigenbaum,

9、Yale UniversityStephanie Forrest, University of New MexicoMike Kearns, University of PennsylvaniaEd Lazowska, University of WashingtonHelen Nissenbaum, New York UniversityLarry Peterson, Princeton UniversityJennifer Rexford, Princeton UniversityScott Shenker, UC Berkeley/ICSIJohn Wroclawski, USC/ISI

10、Ellen Zegura, Georgia Institute of TechnologyEllen W. ZeguraProfessor of GNetSE ProgramThe 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 Networ

11、k Science and Engineering (NetSE) as a cross-cutting research program in August 2008.NetSE ProgramThe NetSE Council用科學(xué)任務(wù)帶動課件2009年9月美國發(fā)表的NetSE Research Agenda 對網(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 resea

12、rch began as an experimental discipline, and many fundamental 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 networking2009年9月美國

13、發(fā)表的NetSE Research Age2009年9月發(fā)表的NetSE Research Agenda 建議NSF資助網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)施和實驗方法持久研究Funding agencies should rebuild the experimental capabilities of networking researchers, through funding individual systems building efforts, providing adequate and persistent shared experimental infrastructure, and supportin

14、g research that leads to continued improvements in experimental methodology. Experimental work is expensive and long-term.2009年9月發(fā)表的NetSE Research Agend 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究形成的新理論和新方法，用什么樣的實體去證實其有效性？ 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究形成的新理論和新方法，用什么樣的實體去證 在實驗室做科研不能做“觀光實驗”，沿著別人設(shè)計好或者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的“風(fēng)景”路線走。自己所作的實驗研究，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，

15、很苦悶，很沒有意思。 崔琦 2009年9月5日 在實驗室做科研不能做“觀光實驗”，沿著別人設(shè)計好或者載體：承載網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究常用的實體 生命科學(xué)中的各種網(wǎng)絡(luò) 人類社會中的各種網(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)載體：承載網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究常用的實體 生命科學(xué)中的各種網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的難點：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？ 如何簡化載體的復(fù)雜因素？網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的難點：載體的選擇 研究什么特定的科學(xué)問題？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！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?。ǘ?用科學(xué)任務(wù)帶動科

16、學(xué)問題研究（二） 用科學(xué)任務(wù)帶動科學(xué)問題研究基礎(chǔ)科學(xué)研究的特點 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、探索性和交叉性基礎(chǔ)科學(xué)研究的特點 基礎(chǔ)科學(xué)問題的解決通常需要長遠(yuǎn)的研究努力 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)帶動科學(xué)問題的研究。 眾所周知，基礎(chǔ)研究和科學(xué)突破是應(yīng)用研究或者技用科學(xué)任務(wù)帶動科學(xué)問題研究的先例

17、 南極科學(xué)考察 探月、繞月、駐月工程 NSFC提出的試聽覺認(rèn)知計算科學(xué)任務(wù)有明確的目的性！用科學(xué)任務(wù)帶動科學(xué)問題研究的先例 南極科學(xué)考察科學(xué)任務(wù)有明確視聽覺認(rèn)知計算的科學(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)知計算能力。視聽覺認(rèn)知計算的科學(xué)任務(wù)在正常的環(huán)境下，標(biāo)準(zhǔn)的城市和城際項目為什么能夠列為重大計劃？ 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），改善性能項目為什么能夠列為重大計劃？ 提高汽車電子的國產(chǎn)化能力科學(xué)任務(wù)不同于工程任務(wù)，更不同于工程建設(shè)，不

18、要求直接為GDP作出貢獻(xiàn)?？茖W(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用科學(xué)任務(wù)帶動基礎(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，又要求學(xué)科內(nèi)部、學(xué)科之間、甚至跨學(xué)科的交叉，這是一個大科學(xué)的時代，要求能聚能散才行用科學(xué)任務(wù)帶動科學(xué)問題研究，可以有效改變難聚易散的現(xiàn)狀用科學(xué)任務(wù)帶動基礎(chǔ)研究的好處 長期以來普遍認(rèn)為基礎(chǔ)研究宜散不（三） 選擇載體的指導(dǎo)思想用科學(xué)任務(wù)帶動課件有限目標(biāo)一個特定載體，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，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

19、的普及性和被認(rèn)可性有限目標(biāo)一個特定載體，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)實驗環(huán)境和條件 穩(wěn)定支持和長期資助穩(wěn)定支持 有較長期的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究基礎(chǔ)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)實問題集成升華具有匯聚網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究成果的便利性跨越發(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)跨越發(fā)展 目的明確，標(biāo)志性水平明顯，可顯示，可比較當(dāng)前，什么樣的科學(xué)任務(wù)既能滿足國家戰(zhàn)略急需，又能帶動網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的研究呢？當(dāng)前，什么樣的科學(xué)任務(wù)既能滿足國家戰(zhàn)略急需，又能帶動網(wǎng)絡(luò)科

20、學(xué)科學(xué)任務(wù)的可行性和必要性論證，成為帶動網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的前提?？茖W(xué)任務(wù)的可行性和必要性論證，成為帶動網(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（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 對典型的城市區(qū)域、道路環(huán)境和特定時段，通過縮微模擬，說明自主駕駛車的數(shù)量、分布、動力學(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?？茖W(xué)任務(wù)：城市交通縮微模擬 對典型的城市區(qū)域、道路環(huán)境和特 不要求發(fā)現(xiàn)解決城市交通擁堵的一個萬能數(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。 不要求發(fā)現(xiàn)解決城市交通擁堵的一個萬能數(shù)學(xué)公式，但縮微模擬為什么把城市交通縮微模

21、擬作為網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的載體？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)知計算重大項目為縮微自主駕駛車的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 在解決城市交通擁堵問題上太多的雜音，沒有找到其中最根本的科學(xué)問題。以城市交通為載體的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究有前期積累。 北京市機(jī)動車數(shù)量增長圖2009.10時間數(shù)量（萬輛）3881002003002007.052003.081997.0219496年2年4年48年北京市機(jī)動車數(shù)量增長圖2009.10時間數(shù)量（萬輛）3881“交通擁堵問題，根本上說不僅是一個科學(xué)問題，而是一個社會問題、經(jīng)濟(jì)問題、歷史問題、文化問題，也可以說是土地利用

22、問題、城市形態(tài)問題?！薄敖煌〒矶聠栴}，根本上說不僅是一個科學(xué)問題，而是一個社會問題“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序競爭、疊加的結(jié)果，是一個過渡的狀態(tài)，城市還遠(yuǎn)沒有進(jìn)入到一個節(jié)約、生態(tài)、暢通的穩(wěn)定態(tài)?！薄爸袊酥寥虺霈F(xiàn)的城市交通擁堵困境，是城市快速擴(kuò)張過程中各“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?！薄俺鞘薪煌ǖ膶傩蕴卣骷捌渥陨戆l(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，是全世界認(rèn)為的科悖論：“交通整治，越治越堵”擁堵添車擴(kuò)路悖論：“交通整治，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

23、治越堵”城區(qū)投資擴(kuò)大人均日出行悖論：“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”交通打通微循環(huán)多修快車車輛悖論：“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”行車要步行難道路要車輛悖論：“交通整治，越治越堵”交通擁擠個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”交通個體交通公交服務(wù)車輛悖論：“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”交通口吸引交改立交擁擠交通悖論：“交通整治，越治越堵”車輛數(shù)量多導(dǎo)致購買“第二輛車”按尾號限行車輛數(shù)量

24、更多悖論：“交通整治，越治越堵”車輛導(dǎo)致購買按尾號車輛問題的形式化是本項目成敗之關(guān)鍵！質(zhì)疑： 城市交通擁堵問題難以解決是因為沒有獲得足夠多的信息？問題的形式化是本項目成敗之關(guān)鍵！質(zhì)疑：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)性交通問題簡化為研究特定時段的交通重點研究車輛之間的交互作用、群體行為與動力學(xué)性質(zhì)問題的形式化 忽略哪些次要因素？必須考慮的基本面： 需求：機(jī)動車數(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 必須考慮的基本面： 需求：機(jī)動車數(shù)量和駕駛行為并不是因素越多越好！可以忽略的因素是什么？城市地理位置和地形特點城市交通的氣象環(huán)境城市功能定位和城市歷史、文化機(jī)動車的種類及差異性 并不是因素越多越好！可以忽略的因素是什么？城市地理位置和地形核心問題 選擇什么樣的城市