大數(shù)據(jù)已成為媒體與大眾關(guān)注的新技術(shù)，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也預(yù)示著信息時代將進入一個新階段，但人們對大數(shù)據(jù)的認識有一個不斷加深的過程。首先從“信息時代新階段”、數(shù)據(jù)文化和認識論的高度闡述了對大數(shù)據(jù)的理解；接著通過對驅(qū)動效益和大成智慧的解釋，探討了如何正確認識大數(shù)據(jù)的價值和效益，并從復(fù)雜性的角度分析了大數(shù)據(jù)研究和應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)；最后對發(fā)展大數(shù)據(jù)應(yīng)避免的誤區(qū)提出幾點看法。

1 大數(shù)據(jù)興起預(yù)示“信息時代”進入新階段

1.1 看待大數(shù)據(jù)要有歷史性的眼光

信息時代是相對于農(nóng)業(yè)和工業(yè)時代而言的一段相當長的時間。不同時代的生產(chǎn)要素和社會發(fā)展驅(qū)動力有明顯差別。信息時代的標志性技術(shù)發(fā)明是數(shù)字計算機、集成電路、光纖通信和互聯(lián)網(wǎng)（萬維網(wǎng)）。盡管媒體上大量出現(xiàn)“大數(shù)據(jù)時代”的說法，但大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)目前還沒有出現(xiàn)與上述劃時代的技術(shù)發(fā)明可媲美的技術(shù)突破，難以構(gòu)成一個超越信息時代的新時代。信息時代可以分成若干階段，大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的應(yīng)用標志著信息社會將進入一個新階段。

考察分析100年以上的歷史長河可以發(fā)現(xiàn)，信息時代與工業(yè)時代的發(fā)展規(guī)律有許多相似之處。電氣化時代與信息時代生產(chǎn)率的提高過程驚人地相似。都是經(jīng)過20~30年擴散儲備之后才有明顯提高，分界線分別是1915年和1995年[1]。筆者猜想，信息技術(shù)經(jīng)過幾十年的擴散儲備后，21世紀的前30年可能是信息技術(shù)提高生產(chǎn)率的黃金時期。

1.2 從“信息時代新階段”的高度認識“大數(shù)據(jù)”

中國已開始進入信息時代，但許多人的思想還停留在工業(yè)時代。經(jīng)濟和科技工作中出現(xiàn)的許多問題，其根源是對時代的認識不到位。18-19世紀中國落后挨打，根源是滿清政府沒有認識到時代變了，我們不能重犯歷史性的錯誤。

中央提出中國進入經(jīng)濟“新常態(tài)”以后，媒體上有很多討論，但多數(shù)是為經(jīng)濟增速降低做解釋，很少有從時代改變的角度論述“新常態(tài)”的文章。筆者認為，經(jīng)濟新常態(tài)意味著中國進入了以信息化帶動新型工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的新階段，是經(jīng)濟和社會管理的躍遷，不是權(quán)宜之計，更不是倒退。

大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)構(gòu)成的IT架構(gòu)“第三平臺”是信息社會進入新階段的標志，對整個經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型有引領(lǐng)和帶動作用。媒體上經(jīng)常出現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)+、創(chuàng)客、“第二次機器革命”、“工業(yè)4.0”等都與大數(shù)據(jù)和云計算有關(guān)。大數(shù)據(jù)和云計算是新常態(tài)下提高生產(chǎn)率的新杠桿，所謂創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展就是主要依靠信息技術(shù)促進生產(chǎn)率的提高。

1.3 大數(shù)據(jù)可能是中國信息產(chǎn)業(yè)從跟蹤走向引領(lǐng)的突破口

中國的大數(shù)據(jù)企業(yè)已經(jīng)有相當好的基礎(chǔ)。全球十大互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)企業(yè)中國占有4席（阿里巴巴、騰訊、百度和京東），其他6個Top10 互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)企業(yè)全部是美國企業(yè)，歐洲和日本沒有互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進入Top10。這說明中國企業(yè)在基于大數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)業(yè)務(wù)上已處于世界前列。在發(fā)展大數(shù)據(jù)技術(shù)上，我國有可能改變過去30年技術(shù)受制于人的局面，在大數(shù)據(jù)應(yīng)用上中國有可能在全世界起到引領(lǐng)作用。

但是，企業(yè)的規(guī)模走在世界前列并不表示我國在大數(shù)據(jù)技術(shù)上領(lǐng)先。實際上，國際上目前流行的大數(shù)據(jù)主流技術(shù)沒有一項是我國開創(chuàng)的。開源社區(qū)和眾包是發(fā)展大數(shù)據(jù)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的重要途徑，但我們對開源社區(qū)的貢獻很小，在全球近萬名社區(qū)核心志愿者中，我國可能不到200名。我們要吸取過去基礎(chǔ)研究為企業(yè)提供核心技術(shù)不夠的教訓，加強大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)研究和前瞻技術(shù)研究，努力攻克大數(shù)據(jù)核心和關(guān)鍵技術(shù)。

2 理解大數(shù)據(jù)需要上升到文化和認識論的高度

2.1 數(shù)據(jù)文化是一種先進文化

數(shù)據(jù)文化的本質(zhì)是尊重客觀世界的實事求是精神，數(shù)據(jù)就是事實。重視數(shù)據(jù)就是強調(diào)用事實說話、按理性思維的科學精神。中國人的傳統(tǒng)習慣是定性思維而不是定量思維。目前許多城市在開展政府數(shù)據(jù)開放共享工作，但是發(fā)現(xiàn)多數(shù)老百姓對政府要開放的數(shù)據(jù)并不感興趣。要讓大數(shù)據(jù)走上健康的發(fā)展軌道，首先要大力弘揚數(shù)據(jù)文化。本文講的數(shù)據(jù)文化不只是大數(shù)據(jù)用于文藝、出版等文化產(chǎn)業(yè)，而是指全民的數(shù)據(jù)意識。全社會應(yīng)認識到：信息化的核心是數(shù)據(jù)，只有政府和大眾都關(guān)注數(shù)據(jù)時，才能真正理解信息化的實質(zhì)；數(shù)據(jù)是一種新的生產(chǎn)要素，大數(shù)據(jù)的利用可以改變資本和土地等傳統(tǒng)要素在經(jīng)濟中的權(quán)重。

有人將“上帝與數(shù)據(jù)共舞”歸納為美國文化的特點之一，說的是美國人既有對神的誠意，又有通過數(shù)據(jù)求真的理性。美國從鍍金時代到進步主義時期完成了數(shù)據(jù)文化的思維轉(zhuǎn)變，南北戰(zhàn)爭之后人口普查的方法被應(yīng)用到很多領(lǐng)域，形成了數(shù)據(jù)預(yù)測分析的思維方式。近百年來美國和西方各國的現(xiàn)代化與數(shù)據(jù)文化的傳播滲透有密切關(guān)系，我國要實現(xiàn)現(xiàn)代化也必須強調(diào)數(shù)據(jù)文化。

提高數(shù)據(jù)意識的關(guān)鍵是要理解大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略意義。數(shù)據(jù)是與物質(zhì)、能源一樣重要的戰(zhàn)略資源，數(shù)據(jù)的采集和分析涉及每一個行業(yè)，是帶有全局性和戰(zhàn)略性的技術(shù)。從硬技術(shù)到軟技術(shù)的轉(zhuǎn)變是當今全球性的技術(shù)發(fā)展趨勢，而從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)價值的技術(shù)正是最有活力的軟技術(shù)，數(shù)據(jù)技術(shù)與數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的落后將使我們像錯過工業(yè)革命機會一樣延誤一個時代。

2.2 理解大數(shù)據(jù)需要有正確的認識論

歷史上科學研究是從邏輯演繹開始的，歐幾里得幾何的所有定理可從幾條公理推導出來。從伽利略和牛頓開始，科學研究更加重視自然觀察和實驗觀察，在觀察基礎(chǔ)上通過歸納方法提煉出科學理論，“科學始于觀察”成為科學研究和認識論的主流。經(jīng)驗論和唯理論這兩大流派都對科學的發(fā)展做出過重大貢獻，但也暴露出明顯的問題，甚至走入極端。理性主義走向極端就成為康德所批判的獨斷主義，經(jīng)驗主義走入極端就變成懷疑論和不可知論[2]。

20世紀30年代，德國哲學家波普爾提出了被后人稱為“證偽主義”的認識論觀點，他認為科學理論不能用歸納法證實，只能被試驗發(fā)現(xiàn)的反例“證偽”，因而他否定科學始于觀察，提出“科學始于問題”的著名觀點[3]。證偽主義有其局限性，如果嚴格遵守證偽法則，萬有引力定律、原子論等重要理論都可能被早期的所謂反例扼殺。但“科學始于問題”的觀點對當前大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展有指導意義。

大數(shù)據(jù)的興起引發(fā)了新的科學研究模式：“科學始于數(shù)據(jù)”。從認識論的角度看，大數(shù)據(jù)分析方法與“科學始于觀察”的經(jīng)驗論較為接近，但我們要牢記歷史的教訓，避免滑入否定理論作用的經(jīng)驗主義泥坑。在強調(diào)“相關(guān)性”的時候不要懷疑“因果性”的存在；在宣稱大數(shù)據(jù)的客觀性、中立性的時候，不要忘了不管數(shù)據(jù)的規(guī)模如何，大數(shù)據(jù)總會受制于自身的局限性和人的偏見。不要相信這樣的預(yù)言：“采用大數(shù)據(jù)挖掘，你不需要對數(shù)據(jù)提出任何問題，數(shù)據(jù)就會自動產(chǎn)生知識”。面對像大海一樣的巨量數(shù)據(jù)，從事數(shù)據(jù)挖掘的科技人員最大的困惑是，我們想撈的“針”是什么？這海里究竟有沒有“針”？也就是說，我們需要知道要解決的問題是什么。從這個意義上講，“科學始于數(shù)據(jù)”與“科學始于問題”應(yīng)有機地結(jié)合起來。

對“原因”的追求是科學發(fā)展的永恒動力。但是，原因是追求不完的，人類在有限的時間內(nèi)不可能找到“終極真理”。在科學的探索途中，人們往往用“這是客觀規(guī)律”解釋世界，并不立即追問為什么有這樣的客觀規(guī)律。也就是說，傳統(tǒng)科學并非只追尋因果性，也可以用客觀規(guī)律作為結(jié)論。大數(shù)據(jù)研究的結(jié)果多半是一些新的知識或新的模型，這些知識和模型也可以用來預(yù)測未來，可以認為是一類局部性的客觀規(guī)律?？茖W史上通過小數(shù)據(jù)模型發(fā)現(xiàn)一般性規(guī)律的例子不少，比如開普勒歸納的天體運動規(guī)律等；而大數(shù)據(jù)模型多半是發(fā)現(xiàn)一些特殊性的規(guī)律。物理學中的定律一般具有必然性，但大數(shù)據(jù)模型不一定具有必然性，也不一定具有可演繹性。大數(shù)據(jù)研究的對象往往是人的心理和社會，在知識階梯上位于較高層，其自然邊界是模糊的，但有更多的實踐特征。大數(shù)據(jù)研究者更重視知行合一，相信實踐論。大數(shù)據(jù)認識論有許多與傳統(tǒng)認識論不同的特點，我們不能因其特點不同就否定大數(shù)據(jù)方法的科學性。大數(shù)據(jù)研究挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認識論對因果性的偏愛，用數(shù)據(jù)規(guī)律補充了單一的因果規(guī)律，實現(xiàn)了唯理論和經(jīng)驗論的數(shù)據(jù)化統(tǒng)一，一種全新的大數(shù)據(jù)認識論正在形成。

3 正確認識大數(shù)據(jù)的價值和效益

3.1 大數(shù)據(jù)的價值主要體現(xiàn)為它的驅(qū)動效應(yīng)

人們總是期望從大數(shù)據(jù)中挖掘出意想不到的“大價值”。實際上大數(shù)據(jù)的價值主要體現(xiàn)在它的驅(qū)動效應(yīng)，即帶動有關(guān)的科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高各行各業(yè)通過數(shù)據(jù)分析解決困難問題和增值的能力。大數(shù)據(jù)對經(jīng)濟的貢獻并不完全反映在大數(shù)據(jù)公司的直接收入上，應(yīng)考慮對其他行業(yè)效率和質(zhì)量提高的貢獻。大數(shù)據(jù)是典型的通用技術(shù)，理解通用技術(shù)要采用“蜜蜂模型”：蜜蜂的效益主要不是自己釀的蜂蜜，而是蜜蜂傳粉對農(nóng)業(yè)的貢獻。

電子計算機的創(chuàng)始人之一馮·諾依曼曾指出：“在每一門科學中，當通過研究那些與終極目標相比頗為樸實的問題，發(fā)展出一些可以不斷加以推廣的方法時，這門學科就得到了巨大的進展。”我們不必天天期盼奇跡出現(xiàn)，多做一些“頗為樸實”的事情，實際的進步就在扎扎實實的努力之中。媒體喜歡宣傳一些令人驚奇的大數(shù)據(jù)成功案例，對這些案例我們應(yīng)保持清醒的頭腦。據(jù)Intel中國研究院首席工程師吳甘沙在一次報告中透露，所謂“啤酒加尿布”的數(shù)據(jù)挖掘經(jīng)典案例，其實是Teradata公司一位經(jīng)理編出來的“故事”，歷史上并沒有發(fā)生過[4]。即使有這個案例，也不說明大數(shù)據(jù)分析本身有什么神奇，大數(shù)據(jù)中看起來毫不相關(guān)的兩件事同時或相繼出現(xiàn)的現(xiàn)象比比皆是，關(guān)鍵是人的分析推理找出為什么兩件事物同時或相繼出現(xiàn)，找對了理由才是新知識或新發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，相關(guān)性本身并沒有多大價值。

有一個家喻戶曉的寓言可以從一個角度說明大數(shù)據(jù)的價值：一位老農(nóng)民臨終前告訴他的3個兒子，他在他家的地中埋藏了一罐金子，但沒有講埋在哪里。

他的兒子們把他家所有的地都深挖了一遍，沒有挖到金子，但由于深挖了土地，從此莊稼收成特別好。數(shù)據(jù)收集、分析的能力提高了，即使沒有發(fā)現(xiàn)什么普適的規(guī)律或令人完全想不到的新知識，大數(shù)據(jù)的價值也已逐步體現(xiàn)。

3.2 大數(shù)據(jù)的力量來自“大成智慧”

每一種數(shù)據(jù)來源都有一定的局限性和片面性，只有融合、集成各方面的原始數(shù)據(jù)，才能反映事物的全貌。事物的本質(zhì)和規(guī)律隱藏在各種原始數(shù)據(jù)的相互關(guān)聯(lián)之中。不同的數(shù)據(jù)可能描述同一實體，但角度不同。對同一個問題，不同的數(shù)據(jù)能提供互補信息，可對問題有更深入的理解。因此在大數(shù)據(jù)分析中，匯集盡量多種來源的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。

數(shù)據(jù)科學是數(shù)學（統(tǒng)計、代數(shù)、拓撲等）、計算機科學、基礎(chǔ)科學和各種應(yīng)用科學融合的科學，類似錢學森先生提出的“大成智慧學”[5]。錢老指出：“必集大成，才能得智慧”。大數(shù)據(jù)能不能出智慧，關(guān)鍵在于對多種數(shù)據(jù)源的集成和融合。IEEE計算機學會最近發(fā)布了2014年的計算機技術(shù)發(fā)展趨勢預(yù)測報告，重點強調(diào)“無縫智慧（seamless intelligence）”。發(fā)展大數(shù)據(jù)的目標就是要獲得協(xié)同融合的“無縫智慧”。單靠一種數(shù)據(jù)源，即使數(shù)據(jù)規(guī)模很大，也可能出現(xiàn)“瞎子摸象”一樣的片面性。數(shù)據(jù)的開放共享不是錦上添花的工作，而是決定大數(shù)據(jù)成敗的必要前提。

大數(shù)據(jù)研究和應(yīng)用要改變過去各部門和各學科相互分割、獨立發(fā)展的傳統(tǒng)思路，重點不是支持單項技術(shù)和單個方法的發(fā)展，而是強調(diào)不同部門、不同學科的協(xié)作。數(shù)據(jù)科學不是垂直的“煙囪”，而是像環(huán)境、能源科學一樣的橫向集成科學。

3.3 大數(shù)據(jù)遠景燦爛，但近期不能期望太高

交流電問世時主要用作照明，根本想象不到今天無處不在的應(yīng)用。大數(shù)據(jù)技術(shù)也一樣，將來一定會產(chǎn)生許多現(xiàn)在想不到的應(yīng)用。我們不必擔心大數(shù)據(jù)的未來，但近期要非常務(wù)實地工作。人們往往對近期的發(fā)展估計過高，而對長期的發(fā)展估計不足。Gartner公司預(yù)測，大數(shù)據(jù)技術(shù)要在5~10年后才會成為較普遍采用的主流技術(shù)，對發(fā)展大數(shù)據(jù)技術(shù)要有足夠的耐心。

大數(shù)據(jù)與其他信息技術(shù)一樣，在一段時間內(nèi)遵循指數(shù)發(fā)展規(guī)律。指數(shù)發(fā)展的特點是，從一段歷史時期衡量（至少30年），前期發(fā)展比較慢，經(jīng)過相當長時間（可能需要20年以上）的積累，會出現(xiàn)一個拐點，過了拐點以后，就會出現(xiàn)爆炸式的增長。但任何技術(shù)都不會永遠保持“指數(shù)性”增長，一般而言，高技術(shù)發(fā)展遵循Gartner公司描述的技術(shù)成熟度曲線（hype cycle），最后可能進入良性發(fā)展的穩(wěn)定狀態(tài)或者走向消亡。

需要采用大數(shù)據(jù)技術(shù)來解決的問題往往都是十分復(fù)雜的問題，比如社會計算、生命科學、腦科學等，這些問題絕不是幾代人的努力就可以解決的。宇宙經(jīng)過百億年的演化，才出現(xiàn)生物和人類，其復(fù)雜和巧妙堪稱絕倫，不要指望在我們這一代人手中就能徹底揭開其奧妙。展望數(shù)百萬年甚至更長遠的未來，大數(shù)據(jù)技術(shù)只是科學技術(shù)發(fā)展長河中的一朵浪花，對10~20年大數(shù)據(jù)研究可能取得的科學成就不能抱有不切實際的幻想。

4 從復(fù)雜性的角度看大數(shù)據(jù)研究和應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

大數(shù)據(jù)技術(shù)和人類探索復(fù)雜性的努力有密切關(guān)系。20世紀70年代，新三論（耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、突變論）的興起對幾百年來貫穿科學技術(shù)研究的還原論發(fā)起了挑戰(zhàn)。1984年蓋爾曼等3位諾貝爾獎得主成立以研究復(fù)雜性為主的圣菲研究所，提出超越還原論的口號，在科技界掀起了一場復(fù)雜性科學運動。雖然雷聲很大，但30年來并未取得預(yù)期的效果，其原因之一可能是當時還沒有出現(xiàn)解決復(fù)雜性的技術(shù)。

集成電路、計算機與通信技術(shù)的發(fā)展大大增強了人類研究和處理復(fù)雜問題的能力。大數(shù)據(jù)技術(shù)將復(fù)雜性科學的新思想發(fā)揚光大，可能使復(fù)雜性科學得以落地。復(fù)雜性科學是大數(shù)據(jù)技術(shù)的科學基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)方法可以看作復(fù)雜性科學的技術(shù)實現(xiàn)。大數(shù)據(jù)方法為還原論與整體論的辯證統(tǒng)一提供了技術(shù)實現(xiàn)途徑。大數(shù)據(jù)研究要從復(fù)雜性研究中吸取營養(yǎng)，從事數(shù)據(jù)科學研究的學者不但要了解20世紀的“新三論”，可能還要學習與超循環(huán)、混沌、分形和元胞自動機等理論有關(guān)的知識，擴大自己的視野，加深對大數(shù)據(jù)機理的理解。

大數(shù)據(jù)技術(shù)還不成熟，面對海量、異構(gòu)、動態(tài)變化的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)難以應(yīng)對，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的效率較低，成本和能耗較大，而且難以擴展。這些挑戰(zhàn)大多來自數(shù)據(jù)本身的復(fù)雜性、計算的復(fù)雜性和信息系統(tǒng)的復(fù)雜性。

4.1 數(shù)據(jù)復(fù)雜性引起的挑戰(zhàn)

圖文檢索、主題發(fā)現(xiàn)、語義分析、情感分析等數(shù)據(jù)分析工作十分困難，其原因是大數(shù)據(jù)涉及復(fù)雜的類型、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的模式，數(shù)據(jù)本身具有很高的復(fù)雜性。目前，人們對大數(shù)據(jù)背后的物理意義缺乏理解，對數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律認識不足，對大數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和計算復(fù)雜性的內(nèi)在聯(lián)系也缺乏深刻理解，領(lǐng)域知識的缺乏制約了人們對大數(shù)據(jù)模型的發(fā)現(xiàn)和高效計算方法的設(shè)計。形式化或定量化地描述大數(shù)據(jù)復(fù)雜性的本質(zhì)特征及度量指標，需要深入研究數(shù)據(jù)復(fù)雜性的內(nèi)在機理。人腦的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在千萬億級的樹突和軸突的鏈接，大數(shù)據(jù)的復(fù)雜性主要也體現(xiàn)在數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)聯(lián)。理解數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)的奧秘可能是揭示微觀到宏觀“涌現(xiàn)”規(guī)律的突破口。大數(shù)據(jù)復(fù)雜性規(guī)律的研究有助于理解大數(shù)據(jù)復(fù)雜模式的本質(zhì)特征和生成機理，從而簡化大數(shù)據(jù)的表征，獲取更好的知識抽象。為此，需要建立多模態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系下的數(shù)據(jù)分布理論和模型，理清數(shù)據(jù)復(fù)雜度和計算復(fù)雜度之間的內(nèi)在聯(lián)系，奠定大數(shù)據(jù)計算的理論基礎(chǔ)。

4.2 計算復(fù)雜性引起的挑戰(zhàn)

大數(shù)據(jù)計算不能像處理小樣本數(shù)據(jù)集那樣做全局數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和迭代計算，在分析大數(shù)據(jù)時，需要重新審視和研究它的可計算性、計算復(fù)雜性和求解算法。大數(shù)據(jù)樣本量巨大，內(nèi)在關(guān)聯(lián)密切而復(fù)雜，價值密度分布極不均衡，這些特征對建立大數(shù)據(jù)計算范式提出了挑戰(zhàn)。對于PB級的數(shù)據(jù)，即使只有線性復(fù)雜性的計算也難以實現(xiàn)，而且，由于數(shù)據(jù)分布的稀疏性，可能做了許多無效計算。

傳統(tǒng)的計算復(fù)雜度是指某個問題求解時需要的時間空間與問題規(guī)模的函數(shù)關(guān)系，所謂具有多項式復(fù)雜性的算法是指當問題的規(guī)模增大時，計算時間和空間的增長速度在可容忍的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)科學計算關(guān)注的重點是，針對給定規(guī)模的問題，如何“算得快”。而在大數(shù)據(jù)應(yīng)用中，尤其是流式計算中，往往對數(shù)據(jù)處理和分析的時間、空間有明確限制，比如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)如果回應(yīng)時間超過幾秒甚至幾毫秒，就會丟失許多用戶。大數(shù)據(jù)應(yīng)用本質(zhì)上是在給定的時間、空間限制下，如何“算得多”。從“算得快”到“算得多”，考慮計算復(fù)雜性的思維邏輯有很大的轉(zhuǎn)變。所謂“算得多”并不是計算的數(shù)據(jù)量越大越好，需要探索從足夠多的數(shù)據(jù)，到剛剛好的數(shù)據(jù)，再到有價值的數(shù)據(jù)的按需約簡方法。

基于大數(shù)據(jù)求解困難問題的一條思路是放棄通用解，針對特殊的限制條件求具體問題的解。人類的認知問題一般都是NP難問題，但只要數(shù)據(jù)充分多，在限制條件下可以找到十分滿意的解，近幾年自動駕駛汽車取得重大進展就是很好的案例。為了降低計算量，需要研究基于自舉和采樣的局部計算和近似方法，提出不依賴于全量數(shù)據(jù)的新型算法理論，研究適應(yīng)大數(shù)據(jù)的非確定性算法等理論。

4.3 系統(tǒng)復(fù)雜性引起的挑戰(zhàn)

大數(shù)據(jù)對計算機系統(tǒng)的運行效率和能耗提出了苛刻要求，大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的效能評價與優(yōu)化問題具有挑戰(zhàn)性，不但要求理清大數(shù)據(jù)的計算復(fù)雜性與系統(tǒng)效率、能耗間的關(guān)系，還要綜合度量系統(tǒng)的吞吐率、并行處理能力、作業(yè)計算精度、作業(yè)單位能耗等多種效能因素。針對大數(shù)據(jù)的價值稀疏性和訪問弱局部性的特點，需要研究大數(shù)據(jù)的分布式存儲和處理架構(gòu)。

大數(shù)據(jù)應(yīng)用涉及幾乎所有的領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢是能在長尾應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)稀疏而珍貴的價值，但一種優(yōu)化的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很難適應(yīng)各種不同的需求，碎片化的應(yīng)用大大增加了信息系統(tǒng)的復(fù)雜性，像昆蟲種類一樣多（500多萬種）的大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如何形成手機一樣的巨大市場，這就是所謂“昆蟲綱悖論”[6]。為了化解計算機系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要研究異構(gòu)計算系統(tǒng)和可塑計算技術(shù)。

大數(shù)據(jù)應(yīng)用中，計算機系統(tǒng)的負載發(fā)生了本質(zhì)性變化，計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要革命性的重構(gòu)。信息系統(tǒng)需要從數(shù)據(jù)圍著處理器轉(zhuǎn)改變?yōu)樘幚砟芰鴶?shù)據(jù)轉(zhuǎn)，關(guān)注的重點不是數(shù)據(jù)加工，而是數(shù)據(jù)的搬運；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的出發(fā)點要從重視單任務(wù)的完成時間轉(zhuǎn)變到提高系統(tǒng)吞吐率和并行處理能力，并發(fā)執(zhí)行的規(guī)模要提高到10億級以上。構(gòu)建以數(shù)據(jù)為中心的計算系統(tǒng)的基本思路是從根本上消除不必要的數(shù)據(jù)流動，必要的數(shù)據(jù)搬運也應(yīng)由“大象搬木頭”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;螞蟻搬大米”。

5 發(fā)展大數(shù)據(jù)應(yīng)避免的誤區(qū)

5.1 不要一味追求“數(shù)據(jù)規(guī)模大”

大數(shù)據(jù)主要難點不是數(shù)據(jù)量大，而是數(shù)據(jù)類型多樣、要求及時回應(yīng)和原始數(shù)據(jù)真假難辨?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)庫軟件解決不了非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，要重視數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)格式的標準化和數(shù)據(jù)的互操作。采集的數(shù)據(jù)往往質(zhì)量不高是大數(shù)據(jù)的特點之一，但盡可能提高原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量仍然值得重視。腦科學研究的最大問題就是采集的數(shù)據(jù)可信度差，基于可信度很差的數(shù)據(jù)難以分析出有價值的結(jié)果。

一味追求數(shù)據(jù)規(guī)模大不僅會造成浪費，而且效果未必很好。多個來源的小數(shù)據(jù)的集成融合可能挖掘出單一來源大數(shù)據(jù)得不到的大價值。應(yīng)多在數(shù)據(jù)的融合技術(shù)上下功夫，重視數(shù)據(jù)的開放與共享。所謂數(shù)據(jù)規(guī)模大與應(yīng)用領(lǐng)域有密切關(guān)系，有些領(lǐng)域幾個PB的數(shù)據(jù)未必算大，有些領(lǐng)域可能幾十TB已經(jīng)是很大的規(guī)模。

發(fā)展大數(shù)據(jù)不能無止境地追求“更大、更多、更快”，要走低成本、低能耗、惠及大眾、公正法治的良性發(fā)展道路，要像現(xiàn)在治理環(huán)境污染一樣，及早關(guān)注大數(shù)據(jù)可能帶來的“污染”和侵犯隱私等各種弊端。

5.2 不要“技術(shù)驅(qū)動”，要“應(yīng)用為先”

新的信息技術(shù)層出不窮，信息領(lǐng)域不斷冒出新概念、新名詞，估計繼“大數(shù)據(jù)”以后，“認知計算”、“可穿戴設(shè)備”、“機器人”等新技術(shù)又會進入炒作高峰。我們習慣于跟隨國外的熱潮，往往不自覺地跟著技術(shù)潮流走，最容易走上“技術(shù)驅(qū)動”的道路。實際上發(fā)展信息技術(shù)的目的是為人服務(wù)，檢驗一切技術(shù)的唯一標準是應(yīng)用。我國發(fā)展大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)一定要堅持“應(yīng)用為先”的發(fā)展戰(zhàn)略，堅持應(yīng)用牽引的技術(shù)路線。技術(shù)有限，應(yīng)用無限。各地發(fā)展云計算和大數(shù)據(jù)，一定要通過政策和各種措施調(diào)動應(yīng)用部門和創(chuàng)新企業(yè)的積極性，通過跨界的組合創(chuàng)新開拓新的應(yīng)用，從應(yīng)用中找出路。

5.3 不能拋棄“小數(shù)據(jù)”方法

流行的“大數(shù)據(jù)”定義是：無法通過目前主流軟件工具在合理時間內(nèi)采集、存儲、處理的數(shù)據(jù)集。這是用不能勝任的技術(shù)定義問題，可能導致認識的誤區(qū)。按照這種定義，人們可能只會重視目前解決不了的問題，如同走路的人想踩著自己身前的影子。其實，目前各行各業(yè)碰到的數(shù)據(jù)處理多數(shù)還是“小數(shù)據(jù)”問題。我們應(yīng)重視實際碰到的問題，不管是大數(shù)據(jù)還是小數(shù)據(jù)。

統(tǒng)計學家們花了200多年，總結(jié)出認知數(shù)據(jù)過程中的種種陷阱，這些陷阱不會隨著數(shù)據(jù)量的增大而自動填平。大數(shù)據(jù)中有大量的小數(shù)據(jù)問題，大數(shù)據(jù)采集同樣會犯小數(shù)據(jù)采集一樣的統(tǒng)計偏差。Google公司的流感預(yù)測這兩年失靈，就是由于搜索推薦等人為的干預(yù)造成統(tǒng)計誤差。

大數(shù)據(jù)界流行一種看法：大數(shù)據(jù)不需要分析因果關(guān)系、不需要采樣、不需要精確數(shù)據(jù)。這種觀念不能絕對化，實際工作中要邏輯演繹和歸納相結(jié)合、白盒與黑盒研究相結(jié)合、大數(shù)據(jù)方法與小數(shù)據(jù)方法相結(jié)合。

5.4 要高度關(guān)注構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺的成本

目前全國各地都在建設(shè)大數(shù)據(jù)中心，呂梁山下都建立了容量達2 PB以上的數(shù)據(jù)處理中心，許多城市公安部門要求存儲3個月以上的高清監(jiān)控錄像。這些系統(tǒng)的成本都非常高。數(shù)據(jù)挖掘的價值是用成本換來的，不能不計成本，盲目建設(shè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。什么數(shù)據(jù)需要保存，要保存多少時間，應(yīng)當根據(jù)可能的價值和所需的成本來決定。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)技術(shù)還在研究之中，美國的E級超級計算機系統(tǒng)要求能耗降低1 000倍，計劃到2024年才能研制出來，用現(xiàn)在的技術(shù)構(gòu)建的巨型系統(tǒng)能耗極高。

我們不要攀比大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模，而是要比實際應(yīng)用效果，比完成同樣的事消耗更少的資源和能量。先抓老百姓最需要的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，因地制宜發(fā)展大數(shù)據(jù)。發(fā)展大數(shù)據(jù)與實現(xiàn)信息化的策略一樣：目標要遠大、起步要精準、發(fā)展要快速。

作者，李國杰，男，博士，中國工程院院士?，F(xiàn)任中國科學院計算技術(shù)所首席科學家，曙光信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司董事長，中國計算機學會名譽理事長，國家信息化專家咨詢委員會信息技術(shù)與新興產(chǎn)業(yè)專委會副主任，中國科學院學位委員會副主席，中國科學院大學計算機與控制學院院長，中國科學技術(shù)大學計算機科學與技術(shù)學院院長等。

以下為《對大數(shù)據(jù)的再認識》報告PPT全文：