科學(xué)大數(shù)據(jù)——國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的基石
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科學(xué)大數(shù)據(jù)的思考
隨著數(shù)據(jù)積累和計(jì)算能力的提升，直接從大數(shù)據(jù)中獲取知識(shí)已經(jīng)成為可能。2013?年?9?月，筆者及團(tuán)隊(duì)提出“科學(xué)大數(shù)據(jù)”概念，并于?2014?年?1月以“科學(xué)大數(shù)據(jù)與數(shù)字地球”為題發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》。我們認(rèn)為，科學(xué)大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、商業(yè)大數(shù)據(jù)等存在本質(zhì)屬性和特點(diǎn)上的區(qū)別，具有自己獨(dú)特的科學(xué)內(nèi)涵和特點(diǎn)。
整體看來(lái)，科學(xué)大數(shù)據(jù)具有如下外部特征：從數(shù)據(jù)內(nèi)容來(lái)講，科學(xué)大數(shù)據(jù)一般表征自然客觀對(duì)象和變化過(guò)程；從數(shù)據(jù)體量來(lái)講，科學(xué)大數(shù)據(jù)在不同學(xué)科中存在較大的差異；從數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速率來(lái)講，科學(xué)大數(shù)據(jù)依學(xué)科不同其數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速率也變化較大；從數(shù)據(jù)獲取手段來(lái)講，科學(xué)大數(shù)據(jù)一般來(lái)自觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)的記錄以及后續(xù)加工；從數(shù)據(jù)分析手段來(lái)講，科學(xué)大數(shù)據(jù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)一般需要借助科學(xué)原理模型。
通過(guò)歸納科學(xué)大數(shù)據(jù)的外部特征，其內(nèi)部特征也變得相對(duì)清晰，主要概括為：數(shù)據(jù)內(nèi)容的不可重復(fù)性。正如哲學(xué)家赫拉克利特的名言“人不能兩次踏進(jìn)同一條河流”，對(duì)于一般自然與物理的客觀過(guò)程的觀測(cè)具有一定的不可重復(fù)性。數(shù)據(jù)的高度不確定性。由于采用的直接或非直接觀測(cè)方式、采樣手段和記錄技術(shù)，往往引入系統(tǒng)觀測(cè)誤差及數(shù)據(jù)記錄誤差。數(shù)據(jù)的高維特性。由于觀測(cè)對(duì)象和采樣方法本身的時(shí)間、空間屬性以及觀測(cè)傳感器的多通道特征，科學(xué)大數(shù)據(jù)往往具有時(shí)空連續(xù)性和譜段多維性，導(dǎo)致維數(shù)災(zāi)難。數(shù)據(jù)分析的高度計(jì)算復(fù)雜性。數(shù)據(jù)的高度不確定性、高維特性，以及與科學(xué)數(shù)據(jù)分析相伴隨的原理模型的復(fù)雜性，導(dǎo)致了科學(xué)數(shù)據(jù)處理分析的計(jì)算復(fù)雜性。總之，科學(xué)大數(shù)據(jù)具有不同于一般大數(shù)據(jù)的特征，其內(nèi)在機(jī)理及如何應(yīng)用于知識(shí)發(fā)現(xiàn)需深入研究。
2014?年?6?月，在我們的倡議和主持下，“國(guó)際科學(xué)計(jì)劃大數(shù)據(jù)研討會(huì)：挑戰(zhàn)與機(jī)遇”在北京召開(kāi)。該會(huì)議由國(guó)際科學(xué)和技術(shù)數(shù)據(jù)委員會(huì)（CODATA）主辦，7?個(gè)國(guó)際組織共同主辦。會(huì)議發(fā)表的聲明強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究要加強(qiáng)對(duì)大數(shù)據(jù)的理解，通過(guò)發(fā)展與大數(shù)據(jù)有關(guān)的研究、政策和框架來(lái)強(qiáng)化國(guó)際大數(shù)據(jù)科學(xué)合作，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。盡管這在當(dāng)時(shí)只是一個(gè)起點(diǎn)，但這份聲明是人們關(guān)注大數(shù)據(jù)潛力邁出的實(shí)質(zhì)性一步。聲明要點(diǎn)包括：響應(yīng)大數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)際科學(xué)計(jì)劃的重要性；開(kāi)發(fā)大數(shù)據(jù)為社會(huì)服務(wù)的潛力；通過(guò)國(guó)際合作來(lái)增進(jìn)對(duì)大數(shù)據(jù)的理解；通過(guò)全球研究基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)大數(shù)據(jù)的普及；探索和應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)管理工作帶來(lái)的挑戰(zhàn)；鼓勵(lì)大數(shù)據(jù)科學(xué)能力建設(shè)；促進(jìn)政策制定，最大限度地利用大數(shù)據(jù)。
自那時(shí)起，我們主辦或共同主辦了一系列關(guān)于科學(xué)大數(shù)據(jù)的會(huì)議，其中包括“科學(xué)大數(shù)據(jù)前沿香山科學(xué)會(huì)議”“中國(guó)科學(xué)院學(xué)部空間地球大數(shù)據(jù)科學(xué)與技術(shù)前沿論壇”“自然科學(xué)與人文科學(xué)大數(shù)據(jù)前沿探索圓桌會(huì)議”“地球大數(shù)據(jù)香山科學(xué)會(huì)議”等。有關(guān)部門和單位相續(xù)組織召開(kāi)了不同的與科學(xué)大數(shù)據(jù)有關(guān)的會(huì)議，進(jìn)行深入研討。
特別重要的是，在中國(guó)科學(xué)院的組織下，我們提出發(fā)展“科學(xué)大數(shù)據(jù)”的建議，上報(bào)后受到政府的重視。2015?年《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要的通知》中把科學(xué)大數(shù)據(jù)作為綱要的一部分，提出“發(fā)展科學(xué)大數(shù)據(jù)：積極推動(dòng)由國(guó)家公共財(cái)政支持的公益性科研活動(dòng)獲取和產(chǎn)生的科學(xué)數(shù)據(jù)逐步開(kāi)放共享，構(gòu)建科學(xué)大數(shù)據(jù)國(guó)家重大基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)家重要科技數(shù)據(jù)的權(quán)威匯集、長(zhǎng)期保存、集成管理和全面共享。面向經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，發(fā)展科學(xué)大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)中心，支持解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全重大問(wèn)題”。
科學(xué)大數(shù)據(jù)是國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的有機(jī)組成，這使得深入開(kāi)展科學(xué)大數(shù)據(jù)的研究具備了良好的政策支撐和理論基礎(chǔ)。科學(xué)大數(shù)據(jù)是國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的基石，科技界和科學(xué)家肩負(fù)重大的使命——推進(jìn)科學(xué)大數(shù)據(jù)的全面系統(tǒng)發(fā)展。