圖靈獎得主John Hopcroft：95%研究自己的熱愛+5%探索陌生領(lǐng)域=優(yōu)異的基礎(chǔ)研究者

編者按：12月11日，微軟亞洲研究院舉辦了2021理論學(xué)術(shù)研討會，邀請了來自學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的理論研究專家共同探討大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的理論研究。會議期間，康奈爾大學(xué)教授、圖靈獎得主 John Hopcroft 博士針對“理論研究”和“科研教育”兩個話題，結(jié)合自身的感悟，為大家分享了理論研究的意義，為什么基礎(chǔ)研究很重要，以及大學(xué)教育究竟應(yīng)該教什么。John Hopcroft 博士指出，我們需要花點時間去追求自己真正熱愛的，去追求自己真正感興趣的，然后還要花費5%的時間去探索自己并不熟悉的領(lǐng)域。希望即將走向或者正在進(jìn)行計算機科學(xué)研究的你，能夠在 John 的演講中收獲滿滿！

康奈爾大學(xué)教授、圖靈獎得主 John Hopcroft 博士

以下為 John Hopcroft 博士演講的精彩內(nèi)容整理。

為什么基礎(chǔ)研究很重要

今天，我想講的是關(guān)于產(chǎn)業(yè)界的學(xué)術(shù)研究，我相信有許多人可能沒太注意過這一點。首先，研究可以分為兩類，一類是基礎(chǔ)研究，一類是應(yīng)用研究。應(yīng)用研究是為了解決特定問題而做的研究；基礎(chǔ)研究則是因為好奇而做的研究，不需要考慮其應(yīng)用問題。評估基礎(chǔ)研究是非常困難的，因為大部分基礎(chǔ)研究都不會有回報。

那么，我想要問一個問題：為什么大學(xué)要雇傭研究人員？當(dāng)你雇傭一個教師時，他們可能有40年的職業(yè)生涯，而他們會在這40年里隨著研究領(lǐng)域的發(fā)展而不斷發(fā)展。但如果你雇傭一個研究人員，那么他會對自己所做的基礎(chǔ)研究具備一種求知欲，這種求知欲會讓他們不斷地對自己所在領(lǐng)域的前沿動態(tài)感到好奇，從而激發(fā)他們能夠不斷地創(chuàng)新，最后與研究領(lǐng)域共同發(fā)展，甚至是推動研究的邊界。而且當(dāng)有新鮮的事物發(fā)生時，他們所教授的課程也很可能會將最新動態(tài)納入其中，因此使得這門課程與時俱進(jìn)。我認(rèn)為，做基礎(chǔ)研究的人的基本天性就是對自己正在做的事情感到興奮，并將這種興奮帶到課堂上。所以，這就是大學(xué)為什么雇傭研究人員的原因。但是，為什么一個公司要雇傭基礎(chǔ)研究的研究人員呢？因為公司希望研究員們在提升公司自身技術(shù)儲備的基礎(chǔ)上，也能夠參加世界各地的國際會議，從而獲取全球最前沿的信息，并且將自身的技術(shù)、產(chǎn)品和理念推廣出去。

接下來，我想談?wù)動嬎銠C科學(xué)中理論研究的定義和意義。我剛開始做研究的時候，理論計算機科學(xué)所涉獵的很少，只包括像是有限自動機、上下文無關(guān)文法、可計算性、可判定性這類理論。那是因為這門學(xué)科剛開始的時候，只是由理論計算機科學(xué)和編程組成，并不存在算法領(lǐng)域。但是今天的計算機科學(xué)已經(jīng)煥然一新了。如果說這門學(xué)科最初關(guān)心的只是讓計算機變得有用，那么現(xiàn)在計算機不僅變得有用了，計算機科學(xué)也已經(jīng)徹底改變了。所以現(xiàn)在我們有了各種各樣的應(yīng)用，包括人工智能、大數(shù)據(jù)、密碼學(xué)等等。如今，理論計算機科學(xué)研究員是指那些對應(yīng)用程序背后的基本思想感興趣的人。他們想知道人工智能為什么能夠行得通，這與那些只想利用人工智能解決問題的人是截然不同的。

因此，我認(rèn)為像微軟亞洲研究院這樣的企業(yè)科研機構(gòu)需要專注于能夠幫助公司技術(shù)發(fā)展的特定領(lǐng)域。而這其中很關(guān)鍵的一環(huán)就是建立一個理論。如果你在研究一個特定的問題，那么你就必須花大部分的時間去嘗試解決這個問題。但如果你只是花費5%的時間，那么試問，我們能在這個領(lǐng)域提出一個新的理論么？當(dāng)然，你可能會發(fā)現(xiàn)其他解決問題的方法，并且可以更高效地來解決這個問題，但這僅僅解決了一個問題，并沒有針對相關(guān)問題進(jìn)行深入地探索。我必須承認(rèn)，公司通常不會雇傭很多基礎(chǔ)研究人員，因為公司更想要雇傭那些能夠解決問題的人。但有一個公司卻不一樣，那就是貝爾實驗室。這是一個特殊的例子，因為貝爾實驗室是由政府負(fù)責(zé)的，他們雇傭了那些只做自己感興趣方向的研究員們。不得不承認(rèn)，貝爾實驗室的研究成果很豐碩，而且其模式是大部分公司都難以復(fù)制。因為很多公司往往都只看重短期效益。但事實證明，只有目光長遠(yuǎn)，堅持做基礎(chǔ)研究，才能對學(xué)術(shù)界以及整個社會帶來更大的影響。

在現(xiàn)在的大學(xué)教育里基礎(chǔ)研究也是非常重要的。大學(xué)的使命是培養(yǎng)下一代的人才，但偶爾也會有教師發(fā)現(xiàn)一些具有重大影響的事物，從而創(chuàng)造了一個全新的科學(xué)領(lǐng)域，創(chuàng)造了數(shù)以百萬計的就業(yè)機會，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)增長。我認(rèn)為美國決定資助大學(xué)的基礎(chǔ)研究可能是他們做過的最好的財政投資之一。但其實這是很難評估的，因為大概有10萬名科研人員所做的研究并沒有辦法通過普通的評估方法去衡量。而且基礎(chǔ)研究不太可能在三年內(nèi)得到回報。那么，當(dāng)你的資金無法支撐30年的研究且只針對一小群人的話，你又當(dāng)如何衡量呢？

所以對于大學(xué)教師來說，衡量其教學(xué)質(zhì)量，是相對容易的。但另一個問題是，一位大學(xué)教師是否會有一份能讓自己成長，并始終在該領(lǐng)域前沿持續(xù)探索的事業(yè)?也就是說，即使沒有回報這個人是否會依舊為其事業(yè)熱血沸騰？要進(jìn)行這樣的衡量是困難的。目前，我獲準(zhǔn)對中國前50所大學(xué)的計算機科學(xué)教育進(jìn)行評估。我們的評估方法也很簡單，就是請學(xué)生們旁聽一場講座，看看老師有沒有讓學(xué)生參與進(jìn)授課中來，我們還測量了有多少學(xué)生在課堂上集中注意力。我們有一個專門的記分卡，里面記錄了我們需要評估的五項指標(biāo)。結(jié)果展現(xiàn)，這項調(diào)研對于提高教師的教學(xué)質(zhì)量是有建設(shè)性價值的。

花點時間看看其他領(lǐng)域

我認(rèn)為，有必要提一下向量空間模型這個詞。這個詞是由康奈爾大學(xué)的一位教師提出的，然而當(dāng)時我們并不認(rèn)為這會是一個非常有影響力的概念。但事實證明，那些你認(rèn)為可能不重要的事情往往會帶來全新的領(lǐng)域，因為這正是讓谷歌成功的技術(shù)，并創(chuàng)造了數(shù)百萬個工作崗位。這是個題外話。言歸正傳，我認(rèn)為有很多重要的事情需要思考。例如，如果我們訓(xùn)練一個人工智能網(wǎng)絡(luò)來識別貓，那么我們就需要成千上萬的圖片，但人類卻能從單一的圖像中學(xué)習(xí)并進(jìn)行識別。因此，我們要做的就是研究大腦是如何工作的，需要注意的是，大腦的組織結(jié)構(gòu)與計算機的組織結(jié)構(gòu)有本質(zhì)上的不同，大腦消耗的能量非常低。究竟是怎樣的結(jié)構(gòu)使得大腦能夠完成一些非常簡單的事情，而人工智能卻無法完成同等的任務(wù)呢？這就是目前我們的人工智能正在進(jìn)行的研究。與其關(guān)注別人在做什么，或者只專注于自己的研究，嘗試探索一個完全不同的領(lǐng)域可能是非常關(guān)鍵的。

我再講一個故事，我對大腦如何學(xué)習(xí)很感興趣，幾十年前有人告訴我，三歲看老。對于這個觀點當(dāng)時我只是聽了聽，因為我認(rèn)為這并沒有科學(xué)理論支撐。但最近我認(rèn)識了一個人，他再次證實了這個觀點，同時，當(dāng)我搜索這項研究時，還發(fā)現(xiàn)了大量有關(guān)大腦如何發(fā)育的研究。結(jié)果是，在人出生后的三年里大腦逐漸學(xué)會了如何學(xué)習(xí)。一個研究案例顯示，科研人員在美國的一個內(nèi)陸城市，為一組剛出生的孩子提供了三年穩(wěn)定的智力豐富的環(huán)境，但對另一組的孩子沒有提供。30年后，他們比較了兩者的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，那些擁有豐富智力環(huán)境的孩子往往有更小的幾率患有精神問題，并且擁有更高的教育水平，擁有高薪的工作等。

我上述提到的這些故事都是因為這些故事總是與其他事情相關(guān)。正如在計算機科學(xué)中，我們經(jīng)常使用代理，大多數(shù)情況下代理也確實給出了最優(yōu)解。那么問題來了，為什么某種代理能起作用呢？這需要我們從理論的層面給出答案。對我來說，這就像是一個智力豐富的環(huán)境研究問題。

但有一點我希望你們能明白，如果你想成功，你應(yīng)該專注于那些真正讓你興奮、使你感到好奇的研究。這也是我告訴學(xué)生的。因為我發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生主修計算機科學(xué)是因為他們的父母告訴他們這門專業(yè)能找到一份好工作。有一次，我和一個即將畢業(yè)的大四學(xué)生聊天。他說，“你知道嗎，我真的很討厭計算機科學(xué)，我更喜歡音樂?！彼裕視嬖V學(xué)生，你應(yīng)該選擇你喜歡的專業(yè)，因為你的職業(yè)生涯將是你生活中的一個重要部分，你應(yīng)該擁有激動人心的生活。大學(xué)的使命并不是培養(yǎng)一個人來找到一份好工作，而是教育學(xué)生擁有美好的生活。這就是為什么教育不應(yīng)該僅僅是一個狹窄的技術(shù)領(lǐng)域。這就是為什么我們堅持人文社會科學(xué)。想象一下，如果你在政府部門工作或者晉升到一家公司的管理層，但你所知道的只是狹窄的技術(shù)領(lǐng)域，那么你將因此受困。

花點時間想想你真正喜歡的是什么，或者你究竟對什么感到好奇！也許是量子通信和量子糾纏理論，也許是分布式計算，也許是大數(shù)據(jù)。計算機如今在醫(yī)學(xué)、金融業(yè)、制造業(yè)等等領(lǐng)域中都有應(yīng)用。這就是時至今日的計算機科學(xué)和密碼學(xué)，他們不僅提供了安全保障，還承擔(dān)了各式各樣的重要角色。但更重要的是，讓理論回歸產(chǎn)業(yè)界實驗室吧！