從第1臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世到現(xiàn)在已經(jīng)60年了,盡管計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)繼續(xù)保持高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，但是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)不能再采用以往一樣的方式發(fā)展，需要革命性的突破。如果一直順著過(guò)去形成的慣性發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)的路子可能會(huì)越走越窄。我們需要靜下心來(lái)，認(rèn)真進(jìn)行反思，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以便將來(lái)更快更好地發(fā)展。

一、計(jì)算機(jī)科學(xué)的迷途

1．計(jì)算機(jī)科學(xué)不應(yīng)以把解決方案搞復(fù)雜為榮
    普遍認(rèn)為，計(jì)算機(jī)科學(xué)是“算法的科學(xué)”。美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（ACM）對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)有如下的定義：Computer Science as the "systematic study of algorithmic processes that describe and transform information: their theory, analysis, design, efficiency, implementation and application"。算法研究應(yīng)該是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要內(nèi)容，但是從某些意義上講，計(jì)算機(jī)科學(xué)“成也算法，敗也算法”。計(jì)算機(jī)科學(xué)有兩個(gè)基礎(chǔ)：可計(jì)算性和計(jì)算復(fù)雜性?？上В壳皩W(xué)習(xí)可計(jì)算性的主要興趣在證明某些問(wèn)題不可計(jì)算；學(xué)習(xí)計(jì)算復(fù)雜性的主要興趣在證明NP困難問(wèn)題。在其他學(xué)科中很少見到科學(xué)家對(duì)不可解或?qū)嶋H上幾乎不可解的問(wèn)題有這么大的興趣。電子工程科學(xué)真正幫助了電路設(shè)計(jì)，如芯片設(shè)計(jì)的EDA工具在集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中功不可沒(méi)。但計(jì)算機(jī)科學(xué)并沒(méi)有大大減輕編軟件的困難，軟件設(shè)計(jì)理論的確需要革命性的突破。
     上世紀(jì)70年代有一本書《計(jì)算機(jī)和不可解性（Computers and Intractability）》，作者是M. R. Garey和D. S. Johnson，很多學(xué)校都采用作為本科高年級(jí)或研究生教材，影響很大。這本書的扉頁(yè)上有一張漫畫，漫畫中一個(gè)人說(shuō)：這個(gè)問(wèn)題我不能解決，但是你也不能解決，因?yàn)樗荖P完全問(wèn)題。說(shuō)話那個(gè)人表現(xiàn)出十分得意的樣子。這幅漫畫影響了計(jì)算機(jī)界幾十年，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的人對(duì)解決不了實(shí)際需要攻克的困難問(wèn)題一般不會(huì)有任何內(nèi)疚，因?yàn)檫@是大家都解決不了的NP問(wèn)題。這種導(dǎo)向?qū)τ?jì)算機(jī)科學(xué)已產(chǎn)生了不好的影響。我們真正需要的不是發(fā)現(xiàn)一些理論上復(fù)雜的問(wèn)題，而是要在用戶滿意的前提下盡可能有效地解決實(shí)際存在的復(fù)雜問(wèn)題。計(jì)算機(jī)科學(xué)不應(yīng)以把解決方案搞復(fù)雜為榮，盡可能用簡(jiǎn)單方法處理復(fù)雜問(wèn)題是信息技術(shù)的生存之道。

2．應(yīng)當(dāng)重視確定可有效求解的問(wèn)題邊界
     我們做的研究工作多數(shù)是改進(jìn)前人的算法或理論模型，至于沿著已開辟的方向究竟還有多大改進(jìn)的余地卻很少考慮，很可能這一方向已到了可有效求解的問(wèn)題邊界，而另一方向有很廣闊的改進(jìn)空間我們反而沒(méi)有觸及。15年前，美國(guó)紐約大學(xué)的施瓦茨（Schwartz）教授在智能中心做過(guò)一個(gè)報(bào)告。他說(shuō)，數(shù)學(xué)上已知的（knowable）問(wèn)題邊界極不規(guī)則（如圖1所示）。就像油田開采一樣，在某個(gè)位置鉆井有油，偏離一點(diǎn)就沒(méi)有油。問(wèn)題的可解性也很類似，某個(gè)問(wèn)題在某些條件下是易解的，但是如果條件稍微改變一點(diǎn)點(diǎn)就很難解甚至不可解了。確定可有效求解的問(wèn)題邊界，應(yīng)該是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要內(nèi)容。

圖1  數(shù)學(xué)上已知的問(wèn)題邊界極不規(guī)則
3．并行處理不是萬(wàn)能藥
      并行計(jì)算的成功與逐步普及容易使人產(chǎn)生錯(cuò)覺，只要是單機(jī)難以解決的問(wèn)題就想求助于并行計(jì)算機(jī)，但并行計(jì)算并不是萬(wàn)能藥。計(jì)算機(jī)算法大致上可分成三類：（1）線性或幾乎是線性復(fù)雜性的算法，如分類（sorting）、商務(wù)處理等；（2）多項(xiàng)式或較低的指數(shù)復(fù)雜性算法，如矩陣運(yùn)算等；（3）指數(shù)復(fù)雜性算法，如各種模式轉(zhuǎn)換、規(guī)劃（planning）等。第一類算法一般可用微機(jī)或服務(wù)器實(shí)現(xiàn)；第二類算法和問(wèn)題規(guī)模大或有實(shí)時(shí)要求的第一類算法需要并行計(jì)算機(jī)。已知的第二類算法幾乎都是科學(xué)計(jì)算。超級(jí)計(jì)算對(duì)第三類算法幫助不大，加速100萬(wàn)倍也只能稍稍擴(kuò)大求解問(wèn)題規(guī)模，需要尋找新的思路。線性提高并行處理能力不可能對(duì)付指數(shù)增長(zhǎng)的組合爆炸問(wèn)題（NP問(wèn)題）。解決人工智能等問(wèn)題的非確定算法（如搜索算法）在并行處理中，會(huì)出現(xiàn)加速比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)處理機(jī)數(shù)的異?，F(xiàn)象（好的異常），但我的博士論文《組合搜索的并行處理（Parallel Processing for Combinatorial Search）》已經(jīng)證明，好的異常和壞的異常（并行不如串行）要么都存在，要么都不存在。除非能開發(fā)出指數(shù)增長(zhǎng)的并行處理能力，否則用生物計(jì)算機(jī)的所謂海量并行也不可能有效地解決組合爆炸問(wèn)題。解決人工智能等組合爆炸問(wèn)題的根本出路在于對(duì)所求解問(wèn)題本身的深入理解。

二、計(jì)算機(jī)科學(xué)不僅要研究復(fù)雜性，還要研究“簡(jiǎn)單性”

1．復(fù)雜性與簡(jiǎn)單性
      大多數(shù)理論計(jì)算機(jī)科學(xué)家熱衷于發(fā)現(xiàn)人為的難題，而不是尋求有效的方法解決實(shí)際問(wèn)題。我們不僅需要刻畫問(wèn)題困難程度的“復(fù)雜性理論”，計(jì)算機(jī)科學(xué)可能更需要建立“簡(jiǎn)單性理論”，即如何發(fā)現(xiàn)最簡(jiǎn)單的方法去解決實(shí)際問(wèn)題。由于易解問(wèn)題的邊界極不規(guī)則，我們特別需要一種理論指導(dǎo)算法設(shè)計(jì)者選擇努力的方向，需要知道往某一方向努力理論上還有多大的改進(jìn)空間。
例如，熱力學(xué)中有一個(gè)著名的卡諾循環(huán)（Carnot Cycle），其理論表述很簡(jiǎn)單：
卡諾效率（Carnot Efficiency） = 1 – Tc/Th
Tc和Th分別代表熱機(jī)工作環(huán)境的低溫和高溫。這一極簡(jiǎn)單的定律對(duì)熱機(jī)的設(shè)計(jì)起到非常大的作用。但是，在計(jì)算機(jī)科學(xué)里似乎從未見過(guò)這樣簡(jiǎn)潔的對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義的公式。

2．駕馭復(fù)雜性是信息技術(shù)創(chuàng)新的基本問(wèn)題
    人工智能領(lǐng)域權(quán)威學(xué)者布魯克斯（Brooks）說(shuō)過(guò)：“復(fù)雜性是致命的敵人?！毕到y(tǒng)復(fù)雜性研究已成為21世紀(jì)最重要的科學(xué)內(nèi)容，但計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的科研人員對(duì)這一最活躍的領(lǐng)域似乎關(guān)注不夠。在錢學(xué)森等老科學(xué)家的倡導(dǎo)下，我國(guó)學(xué)者在復(fù)雜巨系統(tǒng)和定性定量相結(jié)合的研究上已取得不少成果，有些成果應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)家有重要借鑒意義。信息技術(shù)發(fā)展的歷史證明：信息技術(shù)發(fā)展遵循簡(jiǎn)單性法則，過(guò)于復(fù)雜的技術(shù)往往被淘汰或變成脫離主流的技術(shù)，如Ada語(yǔ)言、數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)、B-ISDN（寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)等?；ヂ?lián)網(wǎng)成功的原因之一在于KISS原則（Keep It Simple and Stupid）。我們應(yīng)認(rèn)真總結(jié)計(jì)算機(jī)的發(fā)展史，從中發(fā)現(xiàn)駕馭復(fù)雜性的規(guī)律，為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新導(dǎo)航。

三、計(jì)算機(jī)科學(xué)要為技術(shù)實(shí)現(xiàn)“化難為易”提供科學(xué)指南
      以往的計(jì)算機(jī)科學(xué)為技術(shù)實(shí)現(xiàn)“化難為易”已經(jīng)提供了一些科學(xué)指南，但是做得還不夠。作為一門具有指導(dǎo)意義的科學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)該做得更好一些。在“化難為易”方面，下面幾個(gè)問(wèn)題值得我們深思。

1．降低問(wèn)題復(fù)雜性的關(guān)鍵是選擇合適的問(wèn)題表述
      我剛從美國(guó)回國(guó)工作時(shí)，有感于國(guó)內(nèi)不重視不同于“計(jì)算方法”的算法研究，曾呼吁過(guò)國(guó)內(nèi)要大力開展真正的算法研究，現(xiàn)在我感到要強(qiáng)調(diào)問(wèn)題的另一面。一類問(wèn)題的復(fù)雜性取決于它的問(wèn)題表述（問(wèn)題復(fù)雜性可能是計(jì)算機(jī)科學(xué)中很少有的不變量），只要問(wèn)題表述沒(méi)有改變，解決某一類問(wèn)題的算法復(fù)雜性的下限就不可能改變。我們花了很多功夫優(yōu)化算法，但卻很少花功夫?qū)ふ液线m的問(wèn)題表述，可能是撿了芝麻丟了西瓜。有些所謂NP困難問(wèn)題并不反映實(shí)際問(wèn)題的本質(zhì)“簡(jiǎn)單性”，比如識(shí)別人臉對(duì)人腦而言可能就是一個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題。我們不應(yīng)研究人如何“繞過(guò)”了指數(shù)爆炸，而是要研究我們采用的人臉識(shí)別表述方法如何把我們引入了指數(shù)爆炸的歧路，我們需要做的事情是選擇對(duì)人臉數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單描述的模式。

2．改變問(wèn)題分解的途徑可大幅度提高問(wèn)題求解效率。
      我在美國(guó)做博士論文研究時(shí)，常常采用把一個(gè)問(wèn)題分解成許多子問(wèn)題的途徑來(lái)解決復(fù)雜問(wèn)題，這是計(jì)算機(jī)科學(xué)里最常用的Divide and Conquer方法。最近我的導(dǎo)師Benjamin Wan教授告訴我，對(duì)有些問(wèn)題，他現(xiàn)在采用分解限制條件的辦法比傳統(tǒng)的子問(wèn)題分解，求解效率可高出上千倍。有些實(shí)際問(wèn)題，像機(jī)場(chǎng)的實(shí)時(shí)調(diào)度，可能有上千種限制條件。傳統(tǒng)的求解方法是通過(guò)問(wèn)題分解去縮小問(wèn)題規(guī)模，如先分解到部門一級(jí)再綜合。這樣分解后的每一個(gè)子問(wèn)題的復(fù)雜性并沒(méi)有減少。但如果對(duì)限制條件進(jìn)行分解，分解后的每個(gè)小問(wèn)題只包含很少的限制，這樣的小問(wèn)題就極其簡(jiǎn)單，實(shí)際的求解效率可大大提高。

3．虛擬化是化繁為簡(jiǎn)的關(guān)鍵技術(shù)
      一部計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史可看作計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷虛擬化的歷史。上世紀(jì)70年代，IBM 370首先使用虛擬計(jì)算機(jī)概念。1992年布特勒·蘭普森在獲得圖靈獎(jiǎng)時(shí)引用別人的話說(shuō)過(guò)：“計(jì)算機(jī)科學(xué)中的任何問(wèn)題都可以通過(guò)另外一個(gè)層次解決?！庇?jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不可能完全做到先提出完美的頂層設(shè)計(jì)再按既定的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)往往是在競(jìng)爭(zhēng)中形成的。為了解決發(fā)展過(guò)程中互操作和兼容等問(wèn)題，常常通過(guò)虛擬機(jī)的思路在更高的層次隱藏下一層的技術(shù)細(xì)節(jié)。我們要把虛擬機(jī)的思想理論化，使之成為計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要內(nèi)容。

四、計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)重點(diǎn)突破技術(shù)發(fā)展的限制

1．一味提高速度不是明智的選擇。
      這些年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展得益于摩爾（Moore）定律，所以不少人言必稱摩爾定律。其實(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也受害于摩爾定律。CPU和計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，確實(shí)緩解了某些過(guò)去不容易解決的困難，但也掩蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一些基本矛盾，許多問(wèn)題都指望通過(guò)計(jì)算機(jī)性能提高來(lái)解決?，F(xiàn)在，芯片和計(jì)算機(jī)性能的提高已遇到功耗、可靠性和成本三面高墻，計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)重點(diǎn)突破這些技術(shù)發(fā)展的限制。例如，像現(xiàn)在這樣無(wú)限制地?cái)U(kuò)大芯片面積和集成度，一個(gè)芯片里集成幾億甚至幾十億個(gè)晶體管，造成功耗很大，成本不斷增加，可靠性降低。近來(lái)許多專家都指出，一味地從提高芯片和計(jì)算機(jī)的速度上找出路不是一個(gè)明智的選擇。
     芯片器件的復(fù)雜性每年增長(zhǎng)68％，到2018年單芯片內(nèi)晶體管數(shù)預(yù)計(jì)將超過(guò)140億個(gè)，而芯片設(shè)計(jì)能力（每個(gè)人月設(shè)計(jì)的晶體管數(shù)）每年只增長(zhǎng)21％（CPU內(nèi)大量的芯片面積只能用來(lái)做增值不高的緩存）。集成電路產(chǎn)業(yè)的瓶頸在芯片設(shè)計(jì)，若不能有效掌控芯片的復(fù)雜性，即使有了10納米的新工藝，潛在的芯片能力也發(fā)揮不出來(lái)。怎樣才能把芯片所能提供的能力盡量發(fā)掘出來(lái)，需要在計(jì)算機(jī)科學(xué)上有所突破。

2．吸取工業(yè)化進(jìn)程的教訓(xùn)
      我們應(yīng)該從過(guò)去工業(yè)化的進(jìn)程中吸取教訓(xùn)。幾十年前，不管是化工還是鋼鐵，我們的前輩在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的過(guò)程中，并沒(méi)有認(rèn)識(shí)到他們的做法有什么不對(duì)?，F(xiàn)在，到了我們這一代，我們發(fā)現(xiàn)有很多不合理的地方：沒(méi)有給我們留下一個(gè)美好的環(huán)境，污染嚴(yán)重，浪費(fèi)資源等等。我擔(dān)心再過(guò)50年，我們的后人說(shuō)，21世紀(jì)初有那么一批很蠢的計(jì)算機(jī)科學(xué)家，他們搞的信息化造成很多問(wèn)題，浪費(fèi)了很多資源，對(duì)人類文明也是一種浪費(fèi)。我想，與其將來(lái)被別人批判，還不如我們自己批判自己，走一條更加符合人類社會(huì)發(fā)展規(guī)律的道路。我們需要反思：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)是不是也走了一些彎路，是否應(yīng)該探索革命性的突破？

五、計(jì)算機(jī)科學(xué)要尋求大的突破。
     計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)到了相對(duì)成熟的階段，如何繼續(xù)向前發(fā)展是每一位計(jì)算機(jī)科學(xué)家需要認(rèn)真思考的問(wèn)題。我們需要擺脫過(guò)去已經(jīng)取得的成就的拖累，提出新的發(fā)展思路。
1．重新發(fā)明網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)
     最近，美國(guó)國(guó)家自然基金會(huì)（NSF）在計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域提出了新的研究方向，如投入3億美金的GENI項(xiàng)目，值得我們注意。美國(guó)NSF網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的主管官員趙偉教授告訴我，他的基本思想是要reinvention, 一個(gè)是要發(fā)明新的網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)是要發(fā)明新的操作系統(tǒng)。他們認(rèn)為，改進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該是思科等公司的事，NSF不必為大公司賺錢操心。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到10Tbps時(shí)，分組交換可能已不能有效地工作?，F(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)只相當(dāng)于郵政系統(tǒng)，NSF應(yīng)致力于發(fā)明相當(dāng)Express快件系統(tǒng)的新網(wǎng)絡(luò)。在操作系統(tǒng)方面，NSF不應(yīng)再支持研究Unix或Linux，而是要?jiǎng)?chuàng)造新的操作系統(tǒng)。
     NSF的科研布局使我想起了美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的“不為”原則：“不做只要努力一定能成功的課題”，即要做沒(méi)有成功把握的研究。我國(guó)863計(jì)劃中有不少工程性很強(qiáng)的項(xiàng)目，要求一定成功是無(wú)可非議的。但即使是基金和973項(xiàng)目中，帶有reinvention 性質(zhì)的項(xiàng)目也不多。今后，我們需要做一些目前還不能保證成功的研究。

2．內(nèi)容處理已成為必須突破的核心技術(shù)
      當(dāng)前，內(nèi)容處理已成為網(wǎng)絡(luò)瀏覽檢索、軟件集成（Web服務(wù)）、網(wǎng)格等計(jì)算機(jī)應(yīng)用的瓶頸，語(yǔ)義處理也是下一代操作系統(tǒng)的核心技術(shù)。形形色色的軟件技術(shù)最終都卡在語(yǔ)義上，語(yǔ)義處理已成為需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。人工智能、模式識(shí)別等技術(shù)已有相當(dāng)進(jìn)展，但內(nèi)容處理還處于重大技術(shù)突破的前夜，究竟什么時(shí)候能真正取得突破性的進(jìn)展現(xiàn)在還難以預(yù)見。
      馮·諾依曼的最大貢獻(xiàn)是提出了在單臺(tái)計(jì)算機(jī)上把程序視同為數(shù)據(jù)的程序存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)模型，而語(yǔ)義研究的目標(biāo)是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)將程序視同為數(shù)據(jù)。目前的瀏覽器已能做到不區(qū)分本地和遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)，將來(lái)可能實(shí)現(xiàn)的基于語(yǔ)義的操作系統(tǒng)應(yīng)做到不區(qū)分本地和遠(yuǎn)程的程序。也就是說(shuō)，我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)廣義的馮·諾依曼計(jì)算機(jī)，即聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)真正變成一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在全球網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)程序等同于數(shù)據(jù)。這是計(jì)算機(jī)科學(xué)家夢(mèng)寐以求的理想，我們要持之以恒地追求。

六、計(jì)算機(jī)科學(xué)要成為提高辦事效率與質(zhì)量的“事理學(xué)”

1．計(jì)算機(jī)科學(xué)本質(zhì)上是“事理學(xué)”
      相對(duì)于研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)原理的物理學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)本質(zhì)上是研究做事效率和成本的“事理學(xué)”。所謂做事包括科學(xué)工程計(jì)算、事務(wù)處理、信息服務(wù)等各種人類想做的事情。辦事就要講求章法、講求系統(tǒng)、講求組織，不僅僅是算法。蓋一幢大樓，包括土木、水電、供暖等各種子系統(tǒng)，建筑公司可以做到相互配合井井有條；但編制大型軟件失敗的項(xiàng)目比比皆是，原因多半出在各部件和子系統(tǒng)無(wú)法協(xié)調(diào)配合。我們應(yīng)不應(yīng)該反思：計(jì)算機(jī)科學(xué)究竟缺了些什么？這里面可能有些根本性的規(guī)律我們沒(méi)有掌握，怎么把一個(gè)事情做成功、做好，不僅僅是一個(gè)算法優(yōu)化問(wèn)題。

2．關(guān)注服務(wù)科學(xué)
      最近，IBM公司提出一個(gè)新的目標(biāo)，叫做服務(wù)科學(xué)（Service Sciences）。專家們認(rèn)為，服務(wù)科學(xué)可以將計(jì)算機(jī)科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、產(chǎn)業(yè)工程、數(shù)學(xué)、管理學(xué)、決策學(xué)、社會(huì)學(xué)和法律學(xué)在既定領(lǐng)域內(nèi)融合在一起，創(chuàng)建新的技能和市場(chǎng)來(lái)提供高價(jià)值的服務(wù)。促進(jìn)技術(shù)和商務(wù)更緊密結(jié)合需要新的技能和技能組合，這些技能和應(yīng)用方法必須從大學(xué)起開始教授，創(chuàng)建“服務(wù)科學(xué)”學(xué)科的想法從此誕生。
      在美國(guó)，整個(gè)服務(wù)行業(yè)創(chuàng)造的價(jià)值已占全部GDP的70%以上，服務(wù)也需要科學(xué)做指導(dǎo)。IBM提出的服務(wù)科學(xué)全稱是SSME，即服務(wù)科學(xué)、管理和工程，將服務(wù)看成科學(xué)、管理和工程的結(jié)合，把計(jì)算機(jī)和商務(wù)緊密聯(lián)系起來(lái)了。美國(guó)很多學(xué)校已經(jīng)開設(shè)了服務(wù)科學(xué)課程，將來(lái)培養(yǎng)出來(lái)的就是美國(guó)的行業(yè)工程師。若干年前，當(dāng)有人從計(jì)算機(jī)硬件軟件中提煉出計(jì)算機(jī)科學(xué)時(shí)，不少人奚落嘲笑；現(xiàn)在服務(wù)科學(xué)剛剛出現(xiàn)地平線上，我們不應(yīng)當(dāng)挑剔它的幼稚，要以敏銳的洞察力捕捉先機(jī)。

七、計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)成為跨領(lǐng)域的二元或多元科學(xué)

1．尋找被打斷的“溝通鏈條”
      近代科學(xué)學(xué)科劃分過(guò)細(xì)、條塊分割，反而模糊了人們對(duì)事物的總體性、全局性的認(rèn)識(shí)。德國(guó)著名的物理學(xué)家普朗克認(rèn)為：“科學(xué)是內(nèi)在的整體，它被分解為單獨(dú)的部分不是取決于事物本身，而是取決于人類認(rèn)識(shí)能力的局限性。實(shí)際上存在從物理到化學(xué)，通過(guò)生物學(xué)和人類學(xué)到社會(huì)學(xué)的連續(xù)的鏈條，這是任何一處都不能被打斷的鏈條”。早在100多年前，馬克思在《經(jīng)濟(jì)學(xué)--哲學(xué)手稿》中曾預(yù)言：“自然科學(xué)往后將會(huì)把關(guān)于人類的科學(xué)總括在自己下面，正如同關(guān)于人類的科學(xué)把自然科學(xué)總括在自己下面一樣，它將成為一個(gè)科學(xué)?！泵鎸?duì)著越來(lái)越復(fù)雜的問(wèn)題，許多研究者開始探索從整體出發(fā)的研究方法，試圖尋找那條被打斷的“溝通鏈條”。

2．形成跨領(lǐng)域的二元或多元計(jì)算機(jī)科學(xué)
      計(jì)算機(jī)科學(xué)需要強(qiáng)調(diào)與自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)的交叉，應(yīng)該成為跨領(lǐng)域的二元或多元科學(xué)。將計(jì)算機(jī)學(xué)科分成科學(xué)與工程已不合時(shí)宜，南加州大學(xué)不再按照體系結(jié)構(gòu)作分界線區(qū)分計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算機(jī)工程，而是按分析與綜合分類的新框架做區(qū)分，以分析為主的叫科學(xué)，以綜合為主的叫工程，計(jì)算機(jī)科學(xué)主要內(nèi)容是跨學(xué)科的分析，計(jì)算機(jī)工程主要從事面向系統(tǒng)的綜合。計(jì)算機(jī)科學(xué)要大大加強(qiáng)與物理學(xué)、生命科學(xué)及社會(huì)科學(xué)的交叉研究，形成計(jì)算物理學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、社會(huì)計(jì)算等新學(xué)科，還可以形成“計(jì)算機(jī)+生命+物理”、“計(jì)算機(jī)+生命+社會(huì)”等三元交叉科學(xué)。這些交叉學(xué)科不僅僅是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用擴(kuò)展，而是我們需要高度重視的計(jì)算機(jī)科學(xué)的未來(lái)主流方向。
      要做好這些交叉學(xué)科研究，必須加強(qiáng)以超級(jí)計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)模擬與仿真。我們不能認(rèn)為在Computer+X的交叉學(xué)科中，計(jì)算機(jī)只不過(guò)是一個(gè)工具。實(shí)際上這是若干新的科學(xué)，它既不是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)，也不是原來(lái)的X學(xué)，而是把這兩方面或幾方面融合起來(lái)的新科學(xué)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)未來(lái)人類社會(huì)也將有重大影響。計(jì)算機(jī)科學(xué)家不但要和其他領(lǐng)域的自然科學(xué)家合作，還需要和社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、新聞傳播等方面的社會(huì)科學(xué)家更密切地合作?？傊窈笥?jì)算機(jī)科學(xué)的研究，不能完全像過(guò)去一樣走越分越細(xì)的以歸約還原為主的道路，應(yīng)當(dāng)考慮走一條強(qiáng)調(diào)綜合集成的新道路。

八、對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科教育的反思
      和美國(guó)NSF信息學(xué)部主任趙偉教授的一次對(duì)話引起我一些反思，趙偉教授認(rèn)為，美國(guó)學(xué)科教育的發(fā)展有不同模式，有些封閉保守，有些開放包容。美國(guó)較好的學(xué)科教育發(fā)展模式可能是醫(yī)學(xué)院和法學(xué)院，所有相關(guān)的知識(shí)都吸納在本學(xué)院里，其他的學(xué)院一般不教醫(yī)學(xué)和法律課程。工程學(xué)科也有較好的吸納性，其他學(xué)院一般不會(huì)開設(shè)電路設(shè)計(jì)課。但計(jì)算機(jī)學(xué)科是發(fā)散的學(xué)科，其他學(xué)院可開設(shè)各種與計(jì)算機(jī)有關(guān)的課程。計(jì)算機(jī)科學(xué)會(huì)不會(huì)像數(shù)學(xué)一樣把相關(guān)的知識(shí)都推出去，只剩下很少的內(nèi)容？計(jì)算機(jī)學(xué)院將來(lái)教什么課？
我國(guó)一些計(jì)算機(jī)教育專家也發(fā)現(xiàn)了同樣的問(wèn)題，他們擔(dān)心計(jì)算機(jī)科學(xué)將逐步變成與現(xiàn)在數(shù)學(xué)差不多成為一門公共課。其實(shí)，如上所述，計(jì)算機(jī)科學(xué)方興未艾，還有許多計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)該重視的內(nèi)容尚沒(méi)有我們進(jìn)入我們的視野，尤其是計(jì)算機(jī)科學(xué)與自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)的交叉將會(huì)大大充實(shí)計(jì)算機(jī)科學(xué)的內(nèi)涵。我們真應(yīng)當(dāng)好好梳理一下，不要懵懵懂懂把計(jì)算機(jī)科學(xué)引入了很窄的死胡同。

致謝
本文有些觀點(diǎn)是在與美國(guó)NSF信息學(xué)部主任趙偉教授及其他學(xué)者討論中形成的，在此一并表示感謝。

2005年12月發(fā)表于《中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊》