开放科学平台：大国科技竞争的关键变量
作者：苏中 阿里研究院资深技术专家
当代 科技 发展对数据和算力提出了极高要求。在传统基础技术研究领域，科研院所、高校的科研团队普遍缺乏这方面的能力支撑。为了应对这一变化，近十年来，“开放科学平台”在欧美逐渐盛行，为科研社区提供包含开放数据及相关分析工具、开放算力平台、开放源代码的各种支持。在科学技术的大国竞争时代，“开放科学平台”逐渐成为推动 科技 发展的关键变量。中国在这个领域需要加大投入，从而实现科学范式转变阶段基础科学平台建设的跟跑、并跑直到领跑。
1
科学进步背后的规律：从“Paradigm Shift”到“第四范式”
科学进步的轨迹是什么样的？
早期，人们普遍认为，科学发展是循序渐进的，科学家不断涌现，将已有科学理论向前推进从而推动科学发现越来越接近真理。
1962年，美国学者托马斯·库恩在《科学革命的结构》一书中提出，以物理学 历史 发展为例，科学发展存在有规律的不连续性。书中说，科学由一系列交替的“正常科学阶段”和“科学革命”阶段组成。在科学革命阶段，伴随着概念层的突破，已有的理论框架被新科学范式全面颠覆并重构，例如从牛顿力学到量子力学的转变。
库恩创造了“范式转变（Paradigm Shift）”这一科学哲学新概念。在库恩定义的范式转变理论中，科学发现遵循的是另一条五个阶段的循环路径：
1. “前范式阶段”： 几个不相容和不完整的理论，并逐渐收敛到一种被科学界普遍接受主导范式
2. “正常科学阶段”： 在主导范式的背景下不断解决科学难题，推进科学进步
3. “危机阶段”： 主导范式能未解决的异常现象，会在较长时期内不断累积，最终导致主导范式的信任危机
4. “范式转变阶段”： 主导范式出现重大失败后，科研基本假设被重新审视，进入新范式建立阶段
5. “新范式阶段”： 科学革命后，新范式主导地位确立
库恩开创了一门名为科学史或科学 社会 学的新学科。 社会 学家和 历史 学家开始把科学看成一种普通的亚文化。范式转变推动科学发展已成广泛共识。
库恩之后，计算机领域的学界泰斗、数据库领域的传奇科学家吉姆·格雷把科学技术发展史总结为四个范式阶段：
1. 第一范式：经验（empirical）证据。 数千年文明史中，人类绝大多数技术发展源于对自然现象观察和实验总结。相比于宗教或神学中不允许被质疑的教条来说，基于观察和实验的经验范式是科学技术发展中人类迈出的一大步。
2. 第二范式：理论（theoretical）科学。 相比于依赖观察和实验的第一范式可以做到“知其然”，第二范式的科学理论需要做到“知其所以然”，对自然界某些规律做出背后原理性的解释。因此，理论必须满足进一步的要求，如可证伪的预测能力、多个独立来源的一致性等。
3. 第三范式：计算（computational）科学。 随着计算机的运算能力越来越强大，它逐渐被用于科学研究领域。同前两个范式不同，计算科学中诞生了一种崭新的技术工具：计算模型与系统模拟。这一工具利用计算机的计算能力、基于大规模并行的计算机体系结构、通过设计算法并编制程序来模拟复杂过程，在大气环流、核反应过程、病毒感染过程。在经济学、心理学、认知科学等缺乏简单、直观分析解决方案的领域获得广泛采用。
4. 第四范式：数据科学（Data exploration）。 从基因测序仪、深空望远镜到覆盖全球的社交媒体，人类 社会 已经被深度数字化。每天在我们生活的数字地球里每天都会产生海量的数据。据估计到 2025 年，全球每天将新产生463 EB 的数据，相当于212,765,957 张 DVD，这些DVD叠在一起有30个珠穆朗玛峰那么高。在这样一个数据爆炸的时代，基于数据的技术革命也正在发生，数据科学成为技术发展的最前沿。以数据为中心的计算平台、数据加工、处理与分享工具、算法与模型库等一系列科学研究方式构成了技术发展的第四范式。
2
“开放科学平台”：更好应对第四范式的挑战
在第四范式主导的 科技 时代，研究团队除了研读技术最前沿研究论文，同时也需要这些论文涉及的实验数据集，以便复现实验结果。巨量数据和庞大计算需求给创新带来了新的挑战。传统科学交流仅限于论文和有限的公开数据集，为了促进新范式时代技术发展的持续性，加速科研团队的合作共享，欧美开始兴起了“开放科学”运动：
arXiv: 美国物理学博士保罗·金斯帕格1991在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室创建了分享arXiv存储库，帮助全球科研团队分享研究论文预印本的全文数字版本。2008年，arXiv突破了50万篇文章的里程碑；2014年底达到100万篇；今天， arXiv每月从全球科研社区获得超过15000篇投稿。一些出版商还免费授予arXiv作者存档同行评审后印本的权限。arXiv也鼓励了更多科研机构，如美国国家医学图书馆仿照arXiv建立了医学领域的PubMed中央存储库。
Papers with Code： 相比arXiv，Papers with Code在开放获取领域则更进一步。这个平台不仅分享论文，还鼓励科研团队分享论文工作所对应的代码和数据集。平台同时提供了相关评测环境，可以对提交的算法代码在公共数据集合上做技术排名。Papers with Code不仅创建一个包含论文、代码和数据集的开放集合，同时也提供了技术评估方法的免费开放平台，显著促进了相关领域科研团队技术分享与协作，加速 科技 创新进程。
NASA开源科学计划： 为了降低太空科学 探索 门槛，让更多的科研团队可以参加美国国家航空航天局的科学研究，NASA 提出了开源科学计划 (OSSI)。OSSI的目标是在十年内建立一个开放科学社区，参与的科研团队承诺在研发过程中开放和共享相关软件、数据以及知识（包含算法、论文、文档以及相关辅助信息），并充分利用协作工具和云计算在内的技术工具提高NASA科学进步的速度和质量。
3
大国 科技 博弈：开放科学平台的重要性
在第四范式时代，爆炸式增长的数据在 科技 研发工作中扮演了极其重要的角色，它也给经历这一次范式转变中各个学科，尤其是非计算机领域的科研团队带来全新挑战，涉及数据与模型的获取与分享、计算模型与系统模拟的规模膨胀、大规模人工合成数据构造、多模态数据处理与分析的工具、数据抽取、转换、加载、数据可视化与交互、人工智能工具集与算力平台等领域。
今天，新一轮大国竞争很大程度上 体现为支撑 科技 发展的生态系统以及创新体系之间的竞争，开放科学平台已成为促进 科技 研发重要的基础能力之一。 以第四范式驱动的新一代创新体系在欧美已经有先发优势，从政府主导的科研项目到学术界的实践已有十年经验。我国需要在这个领域认识到不足，加速构建独立自主的开放科学平台，从而实现科学范式转变阶段 科技 发展的跟跑、并跑直到领跑。
参考文献：
1.https://www.theguardian.com/books/2012/jul/03/structure-scientific-revolutions-kuhn-review
2.https://www.britannica.com/biography/Thomas-S-Kuhn
3.https://amturing.acm.org/award_winners/gray_3649936.cfm
4.https://www.microsoft.com/en-us/research/publication/fourth-paradigm-data-intensive-scientific-discovery/
5.https://en.wikipedia.org/wiki/Metaphysics_(Aristotle)
6.https://www.weforum.org/agenda/2019/04/how-much-data-is-generated-each-day-cf4bddf29f/
7.https://www.skatelescope.org/8https://arxiv.org/help/stats/2021_by_area
END
绛旓細绗竴,鍔犲揩绉戞妧鍙戝睍,鏄叏闈㈠弬涓庡浗闄绔炰簤骞惰耽寰椾富鍔ㄧ殑杩垏瑕佹眰銆傛垜鍥借櫧鐒跺凡鎴愪负绉戞妧澶у浗,浣嗚繕涓嶆槸绉戞妧寮哄浗,涓庡彂杈惧浗瀹剁浉姣旇繕鏈夎緝澶у樊璺,绉戞妧鍙戝睍杩樹笉鑳藉緢濂芥弧瓒崇粡娴庣ぞ浼氬彂灞曢渶姹傘傛讳綋涓婄湅,鎴戝浗鑷富鍒涙柊鑳藉姏涓嶅己,浜т笟鎶鏈按骞冲亸浣,鍩虹鍜屽墠娌跨爺绌舵瘮杈冭杽寮,绉戞妧浣撳埗鍚岀粡娴庡拰绉戞妧鍙戝睍涓嶇浉閫傚簲銆傛垜鍥藉彂灞曚竴鐩撮潰涓寸潃鍙戣揪鍥藉鍦...
绛旓細鍙伴樁鏄氳繃鍏ㄧぞ浼氱爺鍙戠粡璐规姇鍏ュぇ骞呭闀匡紝浜烘墠鑷富鍩瑰吇鑳藉姏涓嶆柇澧炲己锛屽疄鐜扮鎶鍒涙柊涓诲姏鍐涢槦浼嶅缓璁惧彇寰楅噸瑕佽繘灞曞拰椤跺皷绉戝瀹堕泦鑱氭按骞虫槑鏄炬彁楂樸傚姞澶ф姇鍏ユ槸澶у浗绉戞妧鐮斿彂绔炰簤鐨閲嶈鎸囨爣銆傝繎骞存潵澶у鏁扮粡娴庡悎浣滀笌鍙戝睍缁勭粐鎴愬憳鍥界殑鐮旂┒涓庤瘯楠屽彂灞曪紙R&D锛夋姇鍏ュ己搴︽櫘閬嶆湁鎵澧為暱锛屾垜鍥借繛缁5骞碦&D鎶曞叆澧為暱鍦ㄤ袱浣嶆暟浠ヤ笂锛屼綅灞...
绛旓細杩欎篃鏄浜屾涓栫晫澶ф垬60骞翠互鏉ヤ笘鐣屾病鏈夌垎鍙戝ぇ瑙勬ā鎴樹簤澶勪簬鎬讳綋鍜屽钩鐘舵佺殑閲嶈鍘熷洜銆 3 缁撹 鎬昏岃█涔,鏂版妧鏈潻鍛界殑杩呯寷鍙戝睍,涓嶄粎鎺ㄥ姩浜嗕汉绫荤ぞ浼氱敓浜у拰绀句細鐢熸椿鍙戠敓浜嗗法澶х殑鍙橀潻,瀵逛笘鐣屾斂娌汇佺粡娴庛佸啗浜嬫湁鐫閲嶅ぇ鐨勫奖鍝,鑰屼笖瀵瑰浗闄呭叧绯荤殑鍙戝睍鍜屾紨鍙樹骇鐢熺潃鏇翠负娣卞埢鑰屽箍娉涚殑褰卞搷銆21涓栫邯鏄绉戞妧绔炰簤鏇村姞婵鐑堢殑鏃朵唬,鍝釜鍥藉...
绛旓細鏀归潻寮鏀浠ユ潵,鎴戝浗鐨绉戞妧浜嬩笟钃媰鍙戝睍,绉戞妧瀹炲姏鎸佺画澧炲己,鍩虹鐮旂┒鍜屽師濮嬪垱鏂板緱鍒板姞寮,鍒涙柊鍨嬪浗瀹跺缓璁捐繘灞曡壇濂,鑷富鍒涙柊鑳藉姏绋虫鎻愰珮,鍙栧緱浜嗕竴绯诲垪涓句笘鐬╃洰鐨勭鐮旀垚鏋,鏈夊姏鍦版帹杩涗簡楂樻妧鏈骇涓氬彂灞曞拰鍥介檯绔炰簤鍔涚殑鎻愰珮銆 涓銆佺鎶鎶曞叆涓嶆柇澧炲姞,绉戞妧闃熶紞涓嶆柇澹ぇ 鏀归潻寮鏀句互鏉,涓虹‘淇濆浗瀹剁鎶鍙戝睍鎴樼暐鍜屽悇椤圭鎶鍙戝睍璁″垝鐨勯『鍒...
绛旓細涓浗娌规皵璧勬簮绠＄悊姝ｅ湪涓嶆柇娣卞寲,浠婂悗瑕佸姞澶ф嫑鏍囧姏搴,鍔犲己鍖哄潡绠＄悊,閫愭寤虹珛鍖哄潡閫鍑烘満鍒,鐩殑鏄繘涓姝ュ紩鍏绔炰簤鏈哄埗,淇濋殰鍏钩鍏,浣胯祫婧愬緱鍒板厖鍒嗐佸悎鐞嗗埄鐢ㄣ備箤...浜 绉瀬鍙備笌鏈夊叧鍥介檯缁勭粐鐨勬椿鍔,浣挎垜閮ㄧ殑绉戞妧璧板悜涓栫晫 2005骞1鏈12鏃,鐢卞浗闄呭湴璐绉戝鑱斿悎浼氥佸浗闄呭湴鐞嗚仈鍚堜細銆佽仈鍚堝浗鏁欑鏂囩粍缁囧叡鍚屾敮鎸,涓浗鍦拌川瀛︿細鍜屼腑鍥...
绛旓細闅忕潃缁忔祹鍏ㄧ悆鍖栬繘绋嬪姞蹇紝璧勬湰銆佷俊鎭佹妧鏈拰浜烘墠绛夎绱犲湪鍏ㄧ悆鑼冨洿鍐呯殑娴佸姩涓庨厤缃洿鍔犳櫘閬嶏紝绉戞妧绔炰簤鏃ョ泭鎴愪负鍥藉闂绔炰簤鐨鐒︾偣锛岀鎶鍒涙柊鑳藉姏鐗瑰埆鏄嚜涓诲垱鏂拌兘鍔涙垚涓哄浗瀹剁珵浜夊姏鐨勫喅瀹氭у洜绱犮備负姝わ紝涓栫晫涓婅澶氬浗瀹堕兘鎶婄鎶鎶曡祫浣滀负鎴樼暐鎬ф姇璧勶紝澶у箙搴﹀鍔犵鎶鎶曞叆锛岃秴鍓嶉儴缃插拰鍙戝睍鎴樼暐鎶鏈強浜т笟銆傚湪鏂扮殑鍥介檯绔炰簤...
绛旓細浜哄伐鏅鸿兘浣滀负鏂颁竴杞绉戞妧闈╁懡鐨勯氱敤鎶鏈紝灏嗗缁忔祹浣撶郴浜х敓閲嶈鑰屾繁杩滅殑褰卞搷锛屽淇冭繘缁忔祹楂樿川閲忓彂灞曞叿鏈夐噸瑕佹剰涔夈傜洰鍓嶏紝浜哄伐鏅鸿兘浜т笟鍙戝睍鐨勫熀纭鐩稿钖勫急銆傛暟鎹畨鍏ㄣ侀亾寰枫佹敹鍏ュ垎閰嶃佹妧鏈场娌拰鍖哄煙绌洪棿绛変篃闈复鐫涓ュ郴鎸戞垬銆傝繖浜涙寫鎴樹笉浠呭寘鎷汉宸ユ櫤鑳芥湰韬殑缂洪櫡锛岃繕鍖呮嫭浜哄伐鏅鸿兘鍙戝睍甯︽潵鐨勭ぞ浼氬拰缁忔祹闂銆傛彁鍓嶈鍒...
绛旓細涓夋槸绠＄悊涓嶅悓 鍥藉瀹為獙瀹や緷鎵樹竴绾ф硶浜哄崟浣嶅缓璁撅紝鏄叿鏈夌浉瀵圭嫭绔嬬殑浜轰簨鏉冦佽储鍔℃潈鐨勭鐮斿疄浣撱傚浗瀹跺疄楠屽杩愯涓庣爺绌剁粡璐逛互鍥藉鎶曞叆涓轰富銆傚疄琛屽疄楠屽涓讳换璐熻矗鍒讹紝浠ュ洿缁曢噸澶绉戞妧闂缁勬垚鐨勮嫢骞绉戝鐮旂┒鍗曞厓鍜屽叕鍏辨妧鏈敮鎾骞冲彴涓哄熀鏈粍缁囩粨鏋勩傚疄琛屽浗闄呮帴杞ㄧ殑瀛︽湳绠＄悊鍒跺害锛屼互绔炰簤鍜屾祦鍔ㄤ负鏍稿績鐨勪汉浜嬬鐞嗗埗搴﹀強绉戝...
绛旓細绉戞妧杩涙宸茬粡鎴愪负鎺ㄨ繘鎴戝浗缁忔祹鍜岀ぞ浼氬彂灞曚互鍙婃彁楂樻垜鍥界患鍚堝浗鍔涘拰鍥介檯绔炰簤鑳藉姏鐨勫叧閿洜绱犮傜壒鍒槸绉戞妧浣撳埗鏀归潻浠ユ潵锛屾垜鍥界殑绉戞妧浜嬩笟鐨勫彂灞曠獊椋炵寷杩涖傛讳綋璇存潵鍛堢幇鍑虹鎶鍒涙柊鑳藉姏鎻愰珮锛岀鎶浜哄姏璧勬簮闆勫帤锛岀鎶璧勯噾鏉ユ簮澶氬厓鍖栵紝姘戠敓绉戞妧浜т笟鍏磋捣杩欐牱鐨勭幇鐘跺拰鍙戝睍瓒嬪娍銆備粠涓彲浠ュ彂鐜帮紝瑕佹敞鎰忎骇鍝佽繘鍙ｄ緷璧栧害楂樼殑闂鍜...
绛旓細浠モ滄柊鍨嬩妇鍥戒綋鍒+甯傚満绔炰簤鈥濇瀯寤烘垜鍥绉戞妧鍒涙柊鐢熸佷綋绯 涓鏄瀯寤哄悇灏卞叾浣嶇殑绉戞妧鍒涙柊浣撶郴銆傛瀯寤衡滃浗瀹堕槦+鍦版柟闃+浼佷笟闃熲濈殑鍏ㄩ摼鏉″垱鏂扮綉缁溿傚簲鐢卞浗瀹朵富瀵煎熀纭鐮旂┒锛屽缓璁句竴鎵逛竴娴佺殑绉戠爺闄㈡墍銆佸ぇ瀛﹀拰鍏叡鎶鏈湇鍔骞冲彴锛屽姞澶ч暱鏈熸寔缁姇鍏ワ紝闆嗕腑鍔涢噺鍦ㄥ熀纭搴旂敤鐮旂┒鍙婂叧閿牳蹇冩妧鏈笂鍙栧緱瀹炶川鎬х獊鐮淬傚悇绾у湴鏂规斂搴滃湪...
