用科学任务带动网络科学研究的尝试市公开课获奖课件省名师优质课赛课一等奖课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考!,用科学任务带动,网络科学研究尝试,怎样选择网络科学研究载体,十月十六日,李 德 毅,1/66,复杂网络研究中若干问题反思,Deyi Li,leedeyi,Oct.,11,一年前我在北京大学讲话：,2/66,用科学任务带动网络科学研究尝试,怎样选择网络科学研究载体,十月十六日,李 德 毅,3/66,（一）网络科学十年研究思索,4/66,Ten Years History for NetSci,Watts,Nature,1998,Barabsi,Science,1999,Physics,Network,Physics,5/66,Albert Barabsi(1967-,Hungary),Rka Albert,(Ph.D.in),Steven Strogatz,(1959-,America),Duncan,W,atts,(1971-,America),WS,小世界模型,(1998),BA,无标度模型,(1999),网络科学兴起,6/66,A twenty-first century science,If handled appropriately,data about Internet-based communication and interactivity could revolutionize our understanding of collective human behavior.,D J Watts,NATURE,1 February,7/66,I want to make sense out of this,how do I do it?,8/66,Node Activity,L,ocal,E,ffect,Heterogeneity,P,referential,Attachment in Evolution,Challenge:basic,but very hard,How to understand networks?,9/66,网络科学不是研究全部网络，也不是纯拓扑学研究，要反应,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偏好依附性,复杂网络，搞清网络拓扑、节点和边属性与网络动力学行为之间关系。,10/66,Network Science and Engineering(NetSE)Research Agenda,A Report of the Network Science and Engineering Council(V1.1),.9,11/66,NetSE Council,In,the Computing Community Consortium(,CCC,)in the Computing Research Association(,CRA,)charged the Network Science and Engineering(,NetSE,)Council with developing a comprehensive research agenda that would support the development of,a better Internet,.,12/66,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 deepen 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 Engineering;and Network Design and Societal Values.,13/66,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 University,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/ISI,Ellen Zegura,Georgia Institute of Technology,14/66,NetSE Program,The NetSE Council kicked off their effort in January 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 Engineering(,NetSE,)as a cross-cutting research program in August.,15/66,16/66,9月美国发表NetSE Research Agenda 对网络科学研究现实状况分析,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 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 networking,17/66,9月发表NetSE Research Agenda 提议NSF资助网络试验设施和试验方法持久研究,Funding agencies,should rebuild the experimental capabilities of networking researchers,through funding individual systems building efforts,providing,adequate and persistent shared experimental infrastructure,and supporting research that leads to continued improvements in experimental methodology.Experimental work is expensive and long-term.,18/66,网络科学研究形成新理论和新方法，用什么样实体去证实其有效性？,19/66,在试验室做科研不能做“观光试验”，沿着他人设计好或者已经发觉“风景”路线走。自己所作试验研究，需要有自己思想去思索、去发觉，寻找真正处理问题方法。不然，在理论里试验，很苦闷，很没有意思。崔琦 9月5日,20/66,载体：承载网络科学研究惯用实体,生命科学中各种网络,人类社会中各种网络,基于互联网各种网络,各种交通运输和通信网络,21/66,网络科学研究难点：载体选择,研究什么特定科学问题？,被选择载体大众性？,研究效果被认可性？,怎样简化载体复杂原因？,22/66,基础研究没有载体是不行！,选择载体经常比确定科学问题更难！,23/66,（二）用科学任务带动科学问题研究,24/66,基础科学研究特点,基础科学问题处理通常需要久远研究努力，甚至没有穷尽时候,基础科学问题待处理程度（里程碑指标）难以预先明确确定和准确量化,基础科学研究含有基础性、前瞻性、探索性和交叉性,25/66,众所周知，基础研究和科学突破是应用研究或者技术创新先导。但其次，技术发展也可以成为科学研究更为重要源泉。在某些情况下科学存在于技术当中。当前，活跃信息技术可以成为信息科学先导，可以用科学任务带动科学问题研究。,26/66,用科学任务带动科学问题研究先例,南极科学考查,探月、绕月、驻月工程,NSFC,提出,试听觉认知计算,科学任务有明确目标性！,27/66,视听觉认知计算,科学任务,在正常环境下，标准城市和城际公路上，从北京到天津,/,深圳，无人自主驾驶车，混迹在正常交通流中，表现出驾驶员智能,驾驶员视听觉认知计算能力。,28/66,项目为何能够列为重大计划？,提升汽车电子国产化能力,降低交通事故，改进民生,结果辐射到各种特种车（尤其是残疾人用车），改进性能,29/66,科学任务不一样于工程任务，更不一样于工程建设，不要求直接为,GDP,作出贡献。,30/66,用科学任务带动基础研究好处,长久以来普遍认为基础研究,宜散不宜聚,；而当前网络科学综合性和多学科特点，又要求学科内部、学科之间、甚至跨学科交叉，这是一个大科学时代，要求,能聚能散,才行,用科学任务带动科学问题研究，能够有效改变,难聚易散,现实状况,31/66,（三）选择载体指导思想,32/66,有限目标,一个特定载体，不可能反应网络科学全部研究内容，但所承载科学问题应该是国际上很活跃学术前沿,当科学问题变更时，载体有一定可塑性,载体能够反应国家战略需求，有很好普及性和被认可性,33/66,稳定支持,有较长久网络科学研究基础,有很好科学试验环境和条件,稳定支持和长久资助,34/66,集成升华,含有汇聚网络科学研究结果便利性,研究结果能够很快地指导迫切需要处理现实问题,35/66,跨越发展,目标明确，标志性水平显著，可显示，可比较,能够在全球网络科学研究中表达中国学术水平和状态,36/66,当前，什么样科学任务既能满足国家战略急需，又能带动网络科学研究呢？,37/66,科学任务可行性和必要性论证，成为带动网络科学研究前提。,38/66,（四）科学任务选择和任务形式化,39/66,科学任务：城市交通缩微模拟,对经典城市区域、道路环境和特定时段，经过缩微模拟，说明自主驾驶车数量、分布、动力学行为和道路拥挤程度关系，并论证结果普遍性意义。,40/66,不要求发觉处理城市交通拥堵一个万能数学公式，但缩微模拟研究有利于不一样人从不一样角度去研究处理城市交通问题。,41/66,为何把城市交通缩微模拟作为网络科学研究载体？,42/66,以城市交通为载体网络科学研究有前期积累。,视听觉认知计算,重大项目为缩微自主驾驶车实现奠定了基础。,在处理城市交通拥堵问题上太多杂音，没有找到其中最根本科学问题。,43/66,北京市机动车数量增加图,.10,时间,数量（万辆）,388,100,200,300,.05,.08,1997.02,1949,6,年,2,年,4,年,48,年,44/66,“交通拥堵问题，根本上说不但是一个科学问题，而是一个社会问题、经济问题、历史问题、文化问题，也能够说是土地利用问题、城市形态问题。”,45/66,“中国乃至全球出现城市交通拥堵困境，是城市快速扩张过程中各种原因无序竞争、叠加结果，是一个过渡状态，城市还远没有进入到一个节约、生态、通畅稳定态。”,46/66,“城市交通属性特征及其本身发展内在规律，是全世界认为科学之谜。”,47/66,悖论：“交通整改，越治越堵”,拥堵,添车,扩路,48/66,悖论：“交通整改，越治越堵”,城区,拥堵,投资,建路,扩大,城市圈,人均日出行,距离增加,49/66,悖论：“交通整改，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,车辆,增加,50/66,悖论：“交通整改，越治越堵”,行车要,方便,步行难,道路要,改造,车辆,增加,51/66,悖论：“交通整改，越治越堵”,交通,拥挤,个体交通,需求增加,公交服务,水平下降,车辆,增加,52/66,悖论：“交通整改，越治越堵”,交通口,拥挤,吸引交,通流,改立交,拥挤交通,口转移,53/66,悖论：“交通整改，越治越堵”,车辆,数量多,造成购置,“第二辆车”,按尾号,限行,车辆,数量更多,54/66,问题形式化是本项目成败之关键！,质疑：,城市交通拥堵问题难以处理是因为没有,取得足够多信息？,55/66,问题形式化,忽略,哪些次要原因？,用,最少车辆种类,模拟道路交通,用,最主要,随机分布模拟驾驶行为初始状态,把城市交通地理边界,缩小,为特定区域边界，把阵发性、频发性交通问题简化为研究,特定时段,交通,重点研究车辆之间,交互作用、群体行为与动力学性质,56/66,必须考虑基本面：,需求：,机动车数量和驾驶行为,供给：,城市车道长度等道路设施,调整：,城市交通管理机制和控制水平,57/66,并不是原因越多越好！能够忽略原因是什么？,城市地理位置和地形特点,城市交通气象环境,城市功效定位和城市历史、文化,机动车种类及差异性,58/66,关键问题,选择什么样城市交通区域缩微,确定遥控车、自主车初始行为分布,机动车之间相互作用,城市交通映射为复杂网络时，节点代表什么？边（相互作用）代表什么？怎样反应节点和边属性？它们和机动车群体动力学行为是什么关系？,59/66,自思：,本任务尤其是在早期，不是拼特定区域道路复杂性！,本任务尤其是在早期，不是拼自主车数量！,当特定区域较大、机动自主车数量较多，城市交通缩微模拟会很壮观！,60/66,科学任务完成形态,模拟演示：,M,辆微型自主车和,N,辆微型遥控车，按照一定驾驶行为分布，在缩微了,K,种特定道路环境下类人行驶，再现并比较城市交通情况。演示现象可再现、可控制、可比较。,61/66,城市交通问题三个基本面（需求、供给、调整）在演化中发生冲突并协调，特定区域、特定时段适度交通拥挤可能是城市繁荣不可或缺伴生物，能够经过缩微模拟得到印证。,自思：,62/66,到，经过城市交通缩微模拟科学任务，带动我国网络科学研究，以此成为中国与全世界网络科学学术研究交流进入点！,63/66,结论：用科学任务带动网络科学研究,网络科学研究必须有适当载体,城市交通缩微模拟作为载体有迫切性,关键在科学任务形式化，突出需求、供给和调整三个步骤,64/66,有很多人跟我讲，在中国极难做事，不过他们没有了解到，假如在美国做一样事情话，也一样难。,姚期智,65/66,Email:,leedeyi,Homepage:,