來源：中國科技網(wǎng)-科技日報
[導(dǎo)讀] 大數(shù)據(jù)理論的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)建模仿真學(xué)科帶來了挑戰(zhàn)。“仿真界應(yīng)該擁抱大數(shù)據(jù)。”中科院軟件研究所研究員曹建文稱，因?yàn)榇髷?shù)據(jù)的出現(xiàn)，對解決復(fù)雜系統(tǒng)模擬提供了一個非常好的基礎(chǔ)。
原標(biāo)題：仿真遭遇大數(shù)據(jù)是挑戰(zhàn)還是機(jī)遇
■將新聞進(jìn)行到底
全球信息總量每兩年就增長一倍左右，2011年全球被創(chuàng)建和被復(fù)制的數(shù)據(jù)總量有1.8ZB（相當(dāng)于18億個1TB的移動硬盤），預(yù)計到2020年全球所管理的數(shù)據(jù)將達(dá)到35ZB。
大數(shù)據(jù)時代翩然而至。隨著智能手機(jī)以及“可佩帶”計算設(shè)備的出現(xiàn)，我們的行為、位置，甚至身體生理數(shù)據(jù)等每一點(diǎn)變化都成了可被記錄和分析的數(shù)據(jù)。被譽(yù)為“大數(shù)據(jù)商業(yè)應(yīng)用第一人”的維克托•邁爾•舍恩伯格在《大數(shù)據(jù)時代》一書中指出，大數(shù)據(jù)時代最大的轉(zhuǎn)變就是放棄對因果關(guān)系的渴求，轉(zhuǎn)而關(guān)注相關(guān)關(guān)系。
近日，在中國科協(xié)舉辦的第81期新觀點(diǎn)新學(xué)說學(xué)術(shù)沙龍上，多位科學(xué)家圍繞大數(shù)據(jù)時代從“求因果”到“相關(guān)聯(lián)”的革命性轉(zhuǎn)變，以及大數(shù)據(jù)對仿真建模的挑戰(zhàn)與思考等話題展開觀點(diǎn)交鋒。
大數(shù)據(jù)顛覆思維慣例
美國航空航天局（NASA）為何能提前預(yù)知各種天文奇觀？如何才能準(zhǔn)確預(yù)測并對氣象災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警？未來城鎮(zhèn)化建設(shè)中，怎樣打造智能城市？這些問題背后，暗藏著大數(shù)據(jù)的身影和巨大價值。
何為大數(shù)據(jù)？大數(shù)據(jù)指的是所涉及的資料量規(guī)模巨大到無法透過目前主流軟件工具，在合理時間內(nèi)達(dá)到擷取、管理、處理，并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營決策更積極目的的資訊。目前公認(rèn)的大數(shù)據(jù)具有“4V”特性，即Volume（規(guī)模性）、Variety（多樣性）、Velocity（高速性）和Value（價值性）。
“大數(shù)據(jù)帶來了全新的思維和方式，我更注重它對思維的改變控制。”中國系統(tǒng)仿真學(xué)會副理事長、國防大學(xué)教授胡曉峰說，大數(shù)據(jù)的革命特性體現(xiàn)在從局部到全體、從單純到繁雜、從因果到關(guān)聯(lián)、從簡單到深入4個方面。
其中，大數(shù)據(jù)從因果到關(guān)聯(lián)這一特性備受爭議。“其最重要的思想是放棄對事情原委的追究，而代之以對相關(guān)性的接納，因此它更適合回答‘是什么’，而不是‘為什么’。”胡曉峰直言，海量數(shù)據(jù)的相互關(guān)系已經(jīng)可以產(chǎn)生新的發(fā)現(xiàn)，這完全顛覆了牛頓、愛因斯坦體系下因果關(guān)系的思想。如今，美國和歐盟已啟動如“大腦掃描計劃”“星球皮膚計劃”等相關(guān)研究計劃。
“如果只是輕信大數(shù)據(jù)告訴我們的一些東西，而這些東西還不告訴你為什么會這樣，這個世界將會變成怎樣？”解放軍理工大學(xué)指揮信息系統(tǒng)學(xué)院教授張宏軍認(rèn)為，大數(shù)據(jù)面臨的最嚴(yán)重問題，就是不能解決因果問題。
在國防大學(xué)信指部教授吳琳看來，因果關(guān)系的研究促進(jìn)了科學(xué)體系的建立，科學(xué)研究的目的之一就是要發(fā)現(xiàn)因果關(guān)系，“如果說大數(shù)據(jù)研究不在意因果關(guān)系，是不是我們整個科學(xué)的基礎(chǔ)要重新定義？”
從大數(shù)據(jù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，主要應(yīng)用體現(xiàn)在企業(yè)界和工業(yè)界。吳琳進(jìn)一步質(zhì)疑，對企業(yè)來說，只要有利潤就行了，可以只要現(xiàn)象不要理由。但是，對飛機(jī)的控制和病人的救治是否可以依賴不精確、不知因果的數(shù)據(jù)并做出相應(yīng)反饋？
“因果關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系分析應(yīng)互為補(bǔ)充。”中科院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院研究員呂金虎稱，大數(shù)據(jù)的價值在于數(shù)據(jù)之間的相互挪用和關(guān)聯(lián)，深度分析和挖掘就會產(chǎn)生新價值、新知識。
——挑戰(zhàn)——
現(xiàn)有仿真技術(shù)難處理大數(shù)據(jù)
大數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸、處理、應(yīng)用等問題，對各行業(yè)的文化、組織、管理、方法、技術(shù)等均提出了挑戰(zhàn)。美國科學(xué)院發(fā)表研究報告指出，計算機(jī)仿真技術(shù)已與理論和試驗(yàn)并列為進(jìn)行科學(xué)研究的第三支柱。仿真是從模型到數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)則是數(shù)據(jù)到模型。那么大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，又給仿真科學(xué)帶來怎樣的沖擊？
“大數(shù)據(jù)理論的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)建模仿真學(xué)科帶來了挑戰(zhàn)。很多問題需要我們認(rèn)真研究和討論，這些挑戰(zhàn)有可能會動搖或變革原仿真理論的基礎(chǔ)。”胡曉峰舉例說，美國一個大學(xué)生課外作業(yè)研究本拉登到底藏在哪里，做了一個模型出來并在網(wǎng)上到處搜集數(shù)據(jù)，最后抓到本拉登的地方和這位學(xué)生建立模型的距離，只相差100多公里，而他利用的方法叫做生物物理信息學(xué)。“這個模型是利用現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)搜索來完成的，這種試驗(yàn)結(jié)果越來越趨近于真實(shí)。”
專家們一致認(rèn)為，大數(shù)據(jù)對建模仿真的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在思維方式、科研方式和方法手段等方面，利用現(xiàn)有建模仿真技術(shù)處理大數(shù)據(jù)還存在問題。比如，傳統(tǒng)的仿真思維方式認(rèn)為仿真是基于模型的活動，其科研方式是根據(jù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)建立系統(tǒng)模型，進(jìn)而建立仿真系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)模型，最后再分析、處理模型運(yùn)行結(jié)果。“但傳統(tǒng)的仿真思維方式和科研方式，已不適應(yīng)處理大數(shù)據(jù)的需求。”中國工程院院士李伯虎坦言，現(xiàn)有的建模方法不能建立相應(yīng)的系統(tǒng)模型，并關(guān)聯(lián)和處理這些大數(shù)據(jù)；現(xiàn)有的仿真支撐方法手段不能適應(yīng)對分布、異構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)大數(shù)據(jù)感知、采集、挖掘、處理、應(yīng)用的需求；現(xiàn)有的仿真應(yīng)用工程技術(shù)對復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，還不能全面、充分、及時地用于各行業(yè)，并推動社會發(fā)展……
——機(jī)遇——
大數(shù)據(jù)為仿真應(yīng)用發(fā)展添翼
美國麻省理工學(xué)院教授艾瑞克認(rèn)為，大數(shù)據(jù)的影響就像4個世紀(jì)前人類發(fā)明了顯微鏡，把對自然界的觀察和測量水平推進(jìn)到“細(xì)胞”級別。2011年，英國《科學(xué)》雜志推出專刊圍繞“數(shù)據(jù)洪流”展開討論，將大數(shù)據(jù)深度分析看成未來研究重要突破點(diǎn)；奧巴馬政府2012年3月發(fā)布“大數(shù)據(jù)研究與發(fā)展倡議”，作為未來發(fā)展戰(zhàn)略……
李伯虎認(rèn)為，大數(shù)據(jù)對于作為科學(xué)研究第三種范式“計算科學(xué)”中重要組成部分的“仿真科學(xué)”來說，不僅僅是挑戰(zhàn)同樣還有機(jī)遇。
“仿真界應(yīng)該擁抱大數(shù)據(jù)。”中科院軟件研究所研究員曹建文稱，因?yàn)榇髷?shù)據(jù)的出現(xiàn)，對解決復(fù)雜系統(tǒng)模擬提供了一個非常好的基礎(chǔ)。
對此，上海大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院教授費(fèi)敏銳表示贊同，并推斷“大數(shù)據(jù)必將成為復(fù)雜系統(tǒng)仿真建模的一個新方法。”雖然大數(shù)據(jù)處于初步階段，但其在生命科學(xué)、社會科學(xué)等領(lǐng)域的作用將逐漸顯現(xiàn)。
“大數(shù)據(jù)可以為我們提供一個解釋不明現(xiàn)象的新穎視覺。是擴(kuò)充了仿真科學(xué)方法，還是獨(dú)創(chuàng)了新的科研范式？”在胡曉峰看來，大數(shù)據(jù)提供了一種繞開理論直接走向應(yīng)用的新途徑，挑戰(zhàn)了“觀察—假設(shè)—實(shí)驗(yàn)—應(yīng)用”的科研流程，找到了可以避開建模而直接獲得答案的方法。此外，大數(shù)據(jù)還帶來了許多值得研究的科學(xué)新問題，比如對預(yù)測問題的思考。
然而，大數(shù)據(jù)的真實(shí)價值有如潛伏在海洋中的冰山，我們看到的只是冰山一角，絕大部分都隱藏在表面之下。
“如果沒有梳理信息特征的新型分析工具，人們難以在大數(shù)據(jù)中檢測到有價值的信息。”中國電子集團(tuán)電子科學(xué)研究院研究員王積鵬說，大數(shù)據(jù)建設(shè)的智能化應(yīng)用是體系仿真的根本，包括數(shù)據(jù)的采集、整理、分析、評估和應(yīng)用，目前缺乏一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集整理。他建議：“推進(jìn)仿真工程研究，應(yīng)主要加強(qiáng)數(shù)據(jù)的存儲和認(rèn)知分析等技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，重點(diǎn)加強(qiáng)數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測分析應(yīng)用。”
“將大數(shù)據(jù)方法與仿真建模方法融合，將為仿真技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展帶來嶄新的機(jī)遇。”李伯虎院士說，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)提供了更為高效的研究模式和手段，將革新現(xiàn)有仿真的思維方式和科研模式，要建立從大數(shù)據(jù)獲取知識的理念；革新現(xiàn)有的建模方法學(xué)，從傳統(tǒng)的建模方法拓展到基于大數(shù)據(jù)的建模方法；革新現(xiàn)有的仿真支撐技術(shù)系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)和仿真應(yīng)用工程技術(shù)等。
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