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大数据学习:大数据的发展前景有多被看好

大数据的出现以及其相关技术在近几年的迅速突破使得大数据在改变人类生产生活方式中逐渐承担重要角色,美国政府甚至将其称为“未来的石油”,可见大数据的重要性。目前大数据

大数据的出现以及其相关技术在近几年的迅速突破使得大数据在改变人类生产生活方式中逐渐承担重要角色,美国政府甚至将其称为“未来的石油”,可见大数据的重要性。目前大数据的膨胀式发展已经改变了人类的思维方式,“一切皆可数据化”的思维已经出现,并且必然会在以后的科学研究中占据主导地位。同时大数据在人类生产方式上的应用将会加速工业4.0的到来,而大数据在人类生活方式上的应用也会助阵CPS系统价值的展现。为此,本部分将从改变思维方式、改变生产方式以及生活方式的三个角度阐述大数据的发展趋势,并分析其发展所面临的挑战。

1) 改变思维方式在2007年,图灵奖的获得者Jim Gary提出了科学的第四范式———“数据密集型科学”,之前的三种科学范式分别为实验科学、理论科学以及计算科学,第四范式的提出标志着数据对于科学研究的重要性的提升,其实质是科学研究将从以计算为中心向以数据为中心转变,即数据思维的到来。 “数据密集型科学”一经提出就得到了领域内研究学者的广泛关注,如微软在2009年10月发布了《e-science科学研究的第四种范式》,其对Jim Gary的观点进行了应用扩展,首次全面描述了快速兴起的数据密集型科学的研究,并将一个完整的 科学研究分为四个部分,分别是数据收集、数据整 理、数据分析以及数据可视化,其强调大量收集的数据需要有效分析才能实现其价值,e-science提供了一种新的科学思维,即各种工具的使用都应用于解决科学研究中海量数据问题,由此可见大数据的发展已改变了科学研究的思维方式,为了促进大数据的认知以及发展,微软研究院已经于2012年10月23日发布《第四范式: 数据密集型的科学发现》中文版。大数据的发展不仅改变了科学思维,也必然会 引起企业以及政府、个人的思维方式的变革,维克托·尔耶·舍恩伯格在《大数据时代: 生活、工作与思维的大变革》中指出对于大数据时代,应放弃对因果关心的渴求,而更关注相关关系,正如其在 福布斯·静安南京路论坛上的演讲所述: “在大数据时代,人们每天醒来,要想的事情就是这么多大数据可以用来做什么,其价值可以体现在哪些方面,而且是否可以找到一个别人从未涉及的事情使 得思路以及想法成为重要的资产”。由此可见,大数据时代必然会引起思维的转变,而且思维的转变越快,越能在如今竞争激烈的社会中抢占先机。

2) 改变生存方式 在21世纪,信息技术突飞猛进的今天,物联网、嵌入式技术、传感技术等的发展,为人类更全面地感知客观存在的物理世界提供了基础; 而互联网、云计算等信息技术的发展更是改变了人类通信 与管理信息的方式。随着技术的发展以及工具的更新换代,人类也提出了更高的生存需求,美国国 家科学基金委员会在2006年提出了CPS的概念; 2007年,不同机构及研究学者对其进行了定义,包 括LEE,Baheli,Sastry以及Krogh等,强调计算元素以及物理元素,实体与虚拟网络的关系,并注重通信、计算以及控制能力,尽管不同定义的描述不同,但是都明确了CPS的内涵:Cyber与Physical的深度融合后形成的智能系统,CPS的含义如图4所示。
大数据学习:大数据的发展前景有多被看好
图4信息物理系统运行Fig.4 the operation for CPS图4中,最外面一层是物理实体,其代表我们生活的物理世界; 中间一层为感知层,包括了传感器等具有采集功能的设备; 第三层为计算机等具有计算功能的设备,其负责实现对采集数据的分析以及可视化呈现; 最里面一层为决策层( 具有决策能 力的人或者其他事物) ,其通过感知以及分析结果做出决策,并作用于物理实体。CPS的运行图体现了在感知基础上,“人”、“机”、“物”的深层融合。CPS系统的有效工作将改变人类的生存方式,如其可应用于无人机、自主导航的汽车等以实现物理实体的自主工作,医疗领域中可应用于自动手术,物联网领域中可实现生活中的智能家居以及智慧城 市等。上述CPS的成功实现,最重要的基础就是 系统中收集的大量数据的有效分析以及处理,其是决策支持的重要来源。即如果没有大数据的积累以及分析,那么CPS系统也就无从谈起。由此可见,大数据的产生以及有效分析是CPS的重要资源和基础,结合其他技术的发展,将为改变人类生存方式提供重要动力。

3) 改变生产方式目前已经先后经历了三次工业革命,包括1760~1840年因为蒸汽动力的发明产生了生产制造的机械化,开创了“蒸汽时代”; 1840~1950年因为电的发明开创了“电气时代”,使得生产得以批 量化;1950年至今,电子技术和计算机等信息技术 的发展开创了“信息时代”,使得产品更为丰富,功能性更强; 而随着科技的进一步发展,科技的进步也必定引起生产方式的变革。为此,德国提出了 “工业4.0”,即第四次工业革命,以智能制造为主 导实现生产制造人机一体化,“工业4.0”的提出预示着革命性的生产方式的诞生,而实现“工业4.0” 的基础就是大数据的分析以及CPS的推广,其标志着生产制造业必须转向以数据分析为中心。由此可见,大数据的发展将在生产方式改变中起到关键作用。四次工业革命演化如图 5所示。
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图5四次工业革命演化Fig.5 The four times evolutions for industrial revolution工业4.0计划是在2013年举办的 Hannover工业博览会中,由德国“工业4.0工作组”在《保障德国制造业的未来: 关于实施“工业4.0”战略的建议》中正式提出,其强调了以物联网和制造业服务化的第四次工业革命,虽然第四次工业革命是否到来还存在很大争议,但是目前很多国家已经投入了大量资金以及精力来推进“工业4.0”的进程。成功的典范是特斯拉以及西门子,特斯拉将自己的核心定位于大型可移动的智能终端,通过互联网将汽车设计为包含软件、硬件以及内容和服务的体验工具,将互联网思维引入制造业; 而西门子的电子车间更是将“工业4.0”付诸实践的典型代表,其建立了一个紧密结合的技术网络,通过技术整合形成更智能、高效的整体,使生产线的可靠性达到99%,追溯性达到100%。 “工业4.0”将要达到的目标是通过物联网系统实现智能工厂,即每件产品、零部件都会包含大量的信息,包括何时生产、可以用多久、是否需要替换等,通过非人为干预的智能方式实现自主处理。由此可见,大数据将在改变生产方式中扮演重要角色,由大数据到决策的实现将加速工业4.0时代的到来。

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