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数据科学研究与发展

已有 516 次阅读 2025-6-27 13:18 |个人分类:数据共享|系统分类:科研笔记

数据科技发展的科学史脉络,主要内容如下: 奠基时期(1960-1990年代):介绍统计学与数据库理论的融合、

早期知识发现探索,以及商业智能的萌芽,使用表格列举关键里程碑。 大数据时代(2000-2010年代初):分析分布式计算革命的技术突破、

数据科学学科的确立过程,以及国家战略层面的政策支持。 AI驱动时期(2010年代中期-2020年代初):描述深度学习带来的转折点、

数据架构的范式转变(湖仓一体),以及数据治理成为核心挑战的现状。 数智融合时期(2020年代至今):探讨数据资产化实践、云原生与智能运维融合、

大模型作为新范式,以及数据飞轮概念的业务闭环价值。 演进逻辑与未来方向:总结科学思想演变(从静态到动态预测、

从孤立到开放生态等)和未来趋势(多模态融合、安全与成本平衡等)。 接下来,我将开始撰写数据科技科学史正文部分。 数据科技发展简史:从统计学到数智融合的科学演进 1 奠基时期:统计学与数据管理的融合(1960-1990年代) 数据科学的核心基础在这一时期逐步形成,统计学方法与计算机技术

的结合催生了全新的数据处理范式,为后续发展奠定了理论根基。 1.1 统计学与计算技术的早期融合 统计计算化先驱探索:1962年,统计学家John Tukey敏锐意识到

计算机将彻底改变数据分析领域。他发现手工需要数天或数周完成的

数据处理工作,使用计算机仅需数小时即可完成。这促使他开始质疑

传统统计方法的局限性,并将研究重心转向探索性数据分析

(Exploratory Data Analysis),强调数据本身在指导研究方向上的

重要性5。1977年,他进一步在《探索性数据分析》论文中系统论证了

探索性分析与验证性分析应当并行发展的理念5。 数据科学概念正式提出:1974年,图灵奖得主Peter Naur在

《计算机方法论的简明调查》中首次明确提出“数据科学”(Data Science)概念,

将其定义为“基于数据处理的科学”,强调数据与其代表事物之间关系建立的

基础性价值。这一开创性定义为数据科学确立了跨学科属性——

既要为其他领域提供借鉴,又要建立独立的方法论体系17。 国际组织推动学科融合:1977年,国际统计计算协会(IASC)成立,

其使命宣言第一句话就明确了跨学科融合方向:“将传统统计方法、

现代计算机技术和各领域专业知识相结合,把数据转化为信息和知识”5。

这标志着数据处理开始从单纯的技术操作转向系统化的知识发现过程。 1.2 数据库理论与知识发现萌芽 关系型数据库诞生:1974年,IBM发明了SQL(结构化查询语言),

奠定了关系型数据库的理论基础,使结构化数据的存储和查询实现了标准化。

与此同时,TCP/IP协议的公布为未来互联网数据流通创造了网络基础17。 知识发现研究起步:1989年,首次组织了“在数据库中进行知识发现”的

国际研讨会,这一学术活动后来发展成为ACM的数据挖掘及知识发现专委会

(SIGKDD),为数据挖掘领域的学术研究建立了专门阵地5。1994年,

《商业周刊》封面故事“数据库营销”首次引发公众对商业数据收集的关注,

企业开始面临海量数据处理的技术挑战5。

1.3 商业智能的早期实践 这一阶段,企业开始探索数据在决策支持中的应用价值。

金融行业率先将数据分析技术应用于风险管理和投资决策;

电信运营商通过用户画像实现套餐精准营销;零售业则借助RFID技术

推动供应链数字化改造1。这些应用主要依赖关系型数据库

(如Oracle、DB2)和ETL技术(数据提取、转换、加载)构建数据仓库,

支持描述性分析和商业智能报表生成810。 然而,小数据时代的局限日益明显:处理对象以结构化数据为主,

对历史数据和线下数据依赖度高,难以应对非结构化数据和实时分析需求1。

正是这些局限性催生了后续大数据技术的突破性发展。 2 大数据时代:分布式计算与数据科学的兴起(2000-2010年代初) 互联网爆发性增长催生了海量异构数据,传统数据处理架构面临根本性挑战,

分布式计算框架的突破成为这一时期的核心标志。 2.1 分布式计算的技术革命 互联网催生新架构需求:2000年前后,随着Yahoo、Google、Facebook等

互联网巨头崛起,网站点击流、用户行为日志等新型数据源呈现指数级增长。

传统关系型数据库无法有效处理PB级非结构化数据,急需新的计算架构17。 MapReduce范式突破:2004年,Google发布MapReduce论文,

提出一种分布式并行计算框架,通过“分而治之”思想将任务拆解为

多个子任务并行处理,彻底改变了海量数据处理模式13。受此启发,

Doug Cutting开发了开源框架Hadoop(基于Nutch项目),

其0.1.0版本于2006年正式发布。Hadoop包含HDFS分布式文件系统和

MapReduce计算引擎,使用廉价的PC服务器集群即可搭建大规模数据处理平台,

大幅降低了企业大数据处理门槛35。 实时计算技术演进:随着移动互联网普及,流式数据处理需求激增。

2010年后,Storm、Spark、Flink等新一代计算框架相继出现。

特别是Spark引入内存计算和DAG执行引擎,将批处理速度提升10-100倍;

Flink则实现了真正的流批一体架构,能够处理毫秒级延迟的实时数据流18。 2.2 数据科学的学科确立与应用拓展 学科体系正式形成:2001年,William S. Cleveland制定“数据科学:

扩大统计技术领域行动计划”,首次系统规划了数据科学的学科架构,

为高校设定六个关键研究领域,推动政府和企业研究资源投入5。

2002年,国际科学理事会创办《数据科学期刊》,专注数据系统与互联网、

法律交叉问题研究5。 职业身份获得认可:2008年,LinkedIn的DJ Patil和Facebook的Jeff Hammerbacher

首次使用“数据科学家”作为正式职位名称,该术语迅速成为行业流行词5。

2011年,数据科学家岗位需求呈现爆发式增长(年增15,000%),

相关专业会议数量激增,标志着数据科学从学术研究走向企业实践5。 标志性应用场景落地:这一时期最具代表性的应用包括: 个性化推荐系统:康奈尔大学苏萌教授与导师合作研究推荐算法,

2009年回国创立百分点科技,成为国内最大的推荐引擎技术服务商,

服务2000多家电商和媒体17。 数据库营销优化:企业通过用户行为分析实现精准营销,

但面临数据孤岛和实时性挑战5。 金融风控模型:银行和支付机构利用大数据构建实时反欺诈系统1。 2.3 国家战略与数据要素意识觉醒 国家层面战略部署:2012年,美国政府推出《大数据研究和发展计划》,

将大数据技术提升为国家战略1。2015年,中国首次提出“国家大数据战略”,

发布《促进大数据发展行动纲要》,并在第二届世界互联网大会上倡导“数字中国”建设17。 数据要素价值确认:Patil和Davenport于2012年在《哈佛商业评论》发表

《数据科学家:21世纪最性感的职业》,使数据科学进入公众视野1。

企业开始意识到数据不仅是运营副产品,更是战略资产和生产要素,

为后续数据资产化奠定认知基础4。

3 AI驱动时期:深度学习与数据架构革新(2010年代中期-2020年代初)

深度学习技术的突破性进展重构了数据科学的技术体系,

数据架构随之向融合化、智能化方向演进,数据治理成为关键挑战。

3.1 深度学习带来的历史性转折
  • 算法突破引爆AI浪潮:2016年,AlphaGo击败围棋世界冠军李世石,

  • 展示了深度强化学习在复杂决策中的超越人类能力17

  • 2018年成为自然语言处理转折点:Google提出BERT预训练模型,

  • Facebook推出PyTorch深度学习框架,大幅降低了模型开发门槛19

  • 这些突破使AI项目数量呈指数级增长——仅Google内部,

  • 2015年应用AI的软件项目就从零星几个激增至超过2700个5

  • 技术融合加速创新:AI与大数据技术进入深度融合阶段

    • 自动化机器学习(AutoML):2018年Google发布的AutoML技术

    • 实现了模型选择与调参的自动化,使机器学习不再依赖高度专业的

    • 数据科学家1

    • 智能数据处理闭环:百分点科技2017年推出DeepMatrix 1.0系统,

    • 首次将大数据处理与AI决策能力结合,支持复杂业务问题的

    • 自动识别与实时决策17

    • 语音识别突破:2015年,Google Voice通过深度学习将识别

    • 准确率提升至49%,接近实用化门槛5

3.2 数据架构的范式转变
  • 从数据湖到湖仓一体:2011年,Pentaho CTO James Dixon

  • 数据湖采用非关系数据库(NoSQL)直接存储原始数据,

  • 避免传统数仓复杂的数据建模过程5。2020年后,湖仓一体

  • (Lakehouse)成为新趋势,融合数据湖的灵活性和数据仓库的

  • 管理能力,支持结构化非结构化数据统一处理,兼容Python、

  • R和高性能SQL等多种分析工具68

  • 云原生重构技术底座:容器化技术推动数据处理架构变革:

    • 2017年,Google迭代Kubernetes容器编排系统,

    • 解决分布式环境应用部署难题1

    • 云原生架构通过微服务DevOps实现数据处理系统的

    • 弹性伸缩与持续交付,华为2019年推出ModelArtsDataArts

    • 首次实现AI与大数据全生命周期治理6

    • 阿里云MaxCompute+PAI平台提供一站式云原生数据分析

    • 与AI开发环境,2021年进入Gartner魔力象限,

    • 标志中国技术获国际认可6

3.3 数据治理成为核心挑战

随着数据规模扩大和应用场景复杂化,数据孤岛

质量不一安全合规问题成为制约数据价值释放的瓶颈:

  • 孤岛效应凸显:企业因多系统、多来源数据形成“数据烟囱”,

  • 不同系统间数据格式与存储标准不统一,严重影响协同效率4

  • 治理技术突破隐私计算技术兴起,包括安全多方计算

  • 同态加密差分隐私等方法,在保证数据安全前提下实现跨机构

  • 数据协作2。百分点科技2021年推出的DeepMatrix 3.0

  • 强化数据治理自动化能力,通过搜索与可视化技术提升数据

  • 资产运营效率17

  • 可观测性技术进展:博睿数据等企业开发智能可观测平台

  • 通过统一平台整合异构数据,实现从被动排障主动预防的转变,

  • 如Bonree ONE平台采用实时湖仓一体化OLAP存储架构,

  • 提升数据写入实时性和分析效率4

4 数智融合时期:数据资产化与智能生态(2020年代至今)

数据要素市场化进程加速,云原生与AI大模型深度融合,

推动数据技术进入智能自治和业务闭环的新阶段。

4.1 数据资产化从理论走向实践
  • 国家战略引领要素市场化:2024年被公认为“数据要素元年”,

  • 数据要素×”战略全面实施,数据在法律和会计层面被确认为

  • 资本劳动力并列的生产要素4。国家发改委发布

  • 《关于促进数据产业高质量发展的指导意见》,

  • 明确培育数据采集、流通、开发利用等领域的技术创新型企业2

  • 企业级资产化实践:领先企业通过三种路径实现数据价值转化:

    • 数据变现:将脱敏数据产品化,通过交易平台实现直接收益

    • 数据服务化:以API形式开放数据能力,

    • 如中国航信构建民航数据智能平台,支撑航班调度与旅客信息处理6

    • 决策赋能:将数据深度融入产品设计、供应链管理等核心环节,

    • 如领克汽车通过数据飞轮实现业务实时调整,显著提升订单量10

  • 交易平台生态形成:全球涌现数据交换(Data Exchange)

  • 数据市场(Data Marketplaces)两类平台。

  • 微软Azure区块链存储和亚马逊Managed Blockchain服务,

  • 通过分布式账本技术保障交易透明安全2

4.2 云原生与智能运维深度融合
  • 云原生成为数据处理核心架构:2024年,云原生技术

  • 大数据领域渗透率超过60%,从IT向金融、制造、零售等多行业扩展4

  • 其核心价值在于:

    • 资源弹性:通过Kubernetes实现计算存储资源动态调度

    • 开发运维一体化:DevOps加速数据产品迭代速度

    • 混合环境支持:跨公有云、私有云和边缘计算的统一管理

  • 智能运维体系升级:云原生环境的复杂性催生新一代运维技术:

    • 混沌工程:通过故障注入实现系统自愈能力

    • 统一可观测平台:如博睿数据Bonree ONE平台,

    • 通过实时内存引擎提升数据写入效率,支持多源异构数据的联邦查询4

    • AIOps:将机器学习应用于日志分析、异常检测等场景,

    • Gartner预测2026年超80%企业将使用生成式API增强运维能力6

4.3 大模型作为新范式
  • LLM重构数据技术栈:大型语言模型(LLM)成为数据处理新范式:

    • 数据准备:自动化数据清洗与标注,解决AI训练数据瓶颈

    • 数据分析:自然语言交互降低数据查询门槛(如SQL生成)

    • 决策支持:通过RAG技术将企业数据接入大模型,提升推理准确性6

  • 多模态融合突破:大模型推动文本图像音视频跨模态理解,

  • 实现“以文搜图”、“图搜视频”等新型检索方式6

  • Databricks通过Unity Catalog整合多模态资产,收购MosaicML强化生成式AI能力6

4.4 数据飞轮:业务闭环新理念
  • 数据驱动业务闭环:区别于传统数据中台,数据飞轮强调业务与数据的双向驱动

    1. 业务运营产生多维度数据

    2. 数据分析形成业务洞察

    3. 洞察驱动业务优化

    4. 优化结果反馈新数据流810

  • 实时决策支撑:在电商领域,数据飞轮可将市场响应时间

  • 从“天级”缩短至“分钟级”,通过实时数据动态调整商品策略

  • 和营销计划10。领克汽车与火山引擎合作实践数据飞轮模式,订单转化率提升超30%

5 演进逻辑与未来方向 5.1 科学思想的根本性转变 从静态描述到动态预测:数据分析目标已从描述历史(商业智能报表)

转向预测未来(深度学习预测模型)和指导行动(强化学习决策),

实现从“后视镜”到“导航仪”的转变39。 从孤立系统到开放生态:早期封闭式数据仓库被开放架构取代,

现代数据平台通过API经济和隐私计算实现跨组织数据协作,

如可信数据空间技术促进产业链协同26。 从工具依赖到智能自治:AutoML和智能运维(AIOps)

技术推动系统向自优化演进。2025年,混沌工程应用将使平台具备动态

调整资源分配、自动调度算力的能力6。 5.2 未来趋势与挑战 多模态融合深化:跨文本、图像、音视频的统一表征学习成为重点,

解决医疗、工业等领域复杂场景理解问题69。中国航信等企业正构建领域

大模型,实现民航数据的多模态融合分析6。 安全与成本平衡:需同步突破两方向: 动态安全防护:智能识别数据异常访问,实时监测泄露风险6 算力成本优化:通过存算分离、跨集群调度降低硬件投入,

如Serverless架构实现资源按需分配6 数实深度融合:数据技术加速向物理世界渗透: 工业领域:通过实时数据分析预测设备故障,优化生产流程 城市治理:智慧城市数字底座整合交通、环境等多元数据17 科学研究:生物医药领域利用AI分析基因组与蛋白质结构 数据科技的演进本质上是人类认知能力的外化过程。

从Tukey的探索性数据分析到现代大模型,

每一次飞跃都扩展了我们理解世界和制定决策的边界。

未来数据科学将超越工具属性,

成为连接物理与数字世界的认知桥梁,

最终实现“数智共生”的新文明形态。**

3 AI驱动时期:深度学习与数据架构革新(2010年代中期-2020年代初) 深度学习技术的突破性进展重构了数据科学的技术体系,数据架构随之向融合化、智能化方向演进,数据治理成为关键挑战。 3.1 深度学习带来的历史性转折 算法突破引爆AI浪潮:2016年,AlphaGo击败围棋世界冠军李世石,展示了深度强化学习在复杂决策中的超越人类能力17。2018年成为自然语言处理转折点:Google提出BERT预训练模型,Facebook推出PyTorch深度学习框架,大幅降低了模型开发门槛19。这些突破使AI项目数量呈指数级增长——仅Google内部,2015年应用AI的软件项目就从零星几个激增至超过2700个5。 技术融合加速创新:AI与大数据技术进入深度融合阶段: 自动化机器学习(AutoML):2018年Google发布的AutoML技术实现了模型选择与调参的自动化,使机器学习不再依赖高度专业的数据科学家1。 智能数据处理闭环:百分点科技2017年推出DeepMatrix 1.0系统,首次将大数据处理与AI决策能力结合,支持复杂业务问题的自动识别与实时决策17。 语音识别突破:2015年,Google Voice通过深度学习将识别准确率提升至49%,接近实用化门槛5。 3.2 数据架构的范式转变 从数据湖到湖仓一体:2011年,Pentaho CTO James Dixon提出“数据湖”(Data Lake)概念,作为对传统数据仓库的革新。数据湖采用非关系数据库(NoSQL)直接存储原始数据,避免传统数仓复杂的数据建模过程5。2020年后,湖仓一体(Lakehouse)成为新趋势,融合数据湖的灵活性和数据仓库的管理能力,支持结构化与非结构化数据统一处理,兼容Python、R和高性能SQL等多种分析工具68。 云原生重构技术底座:容器化技术推动数据处理架构变革: 2017年,Google迭代Kubernetes容器编排系统,解决分布式环境应用部署难题1。 云原生架构通过微服务和DevOps实现数据处理系统的弹性伸缩与持续交付,华为2019年推出ModelArts和DataArts,首次实现AI与大数据全生命周期治理6。 阿里云MaxCompute+PAI平台提供一站式云原生数据分析与AI开发环境,2021年进入Gartner魔力象限,标志中国技术获国际认可6。 3.3 数据治理成为核心挑战 随着数据规模扩大和应用场景复杂化,数据孤岛、质量不一和安全合规问题成为制约数据价值释放的瓶颈: 孤岛效应凸显:企业因多系统、多来源数据形成“数据烟囱”,不同系统间数据格式与存储标准不统一,严重影响协同效率4。 治理技术突破:隐私计算技术兴起,包括安全多方计算、同态加密和差分隐私等方法,在保证数据安全前提下实现跨机构数据协作2。百分点科技2021年推出的DeepMatrix 3.0强化数据治理自动化能力,通过搜索与可视化技术提升数据资产运营效率17。 可观测性技术进展:博睿数据等企业开发智能可观测平台,通过统一平台整合异构数据,实现从被动排障到主动预防的转变,如Bonree ONE平台采用实时湖仓一体化OLAP存储架构,提升数据写入实时性和分析效率4。 4 数智融合时期:数据资产化与智能生态(2020年代至今) 数据要素市场化进程加速,云原生与AI大模型深度融合,推动数据技术进入智能自治和业务闭环的新阶段。 4.1 数据资产化从理论走向实践 国家战略引领要素市场化:2024年被公认为“数据要素元年”,“数据要素×”战略全面实施,数据在法律和会计层面被确认为与资本、劳动力并列的生产要素4。国家发改委发布《关于促进数据产业高质量发展的指导意见》,明确培育数据采集、流通、开发利用等领域的技术创新型企业2。 企业级资产化实践:领先企业通过三种路径实现数据价值转化: 数据变现:将脱敏数据产品化,通过交易平台实现直接收益 数据服务化:以API形式开放数据能力,如中国航信构建民航数据智能平台,支撑航班调度与旅客信息处理6 决策赋能:将数据深度融入产品设计、供应链管理等核心环节,如领克汽车通过数据飞轮实现业务实时调整,显著提升订单量10 交易平台生态形成:全球涌现数据交换(Data Exchange)与数据市场(Data Marketplaces)两类平台。微软Azure区块链存储和亚马逊Managed Blockchain服务,通过分布式账本技术保障交易透明安全2。 4.2 云原生与智能运维深度融合 云原生成为数据处理核心架构:2024年,云原生技术在大数据领域渗透率超过60%,从IT向金融、制造、零售等多行业扩展4。其核心价值在于: 资源弹性:通过Kubernetes实现计算存储资源动态调度 开发运维一体化:DevOps加速数据产品迭代速度 混合环境支持:跨公有云、私有云和边缘计算的统一管理 智能运维体系升级:云原生环境的复杂性催生新一代运维技术: 混沌工程:通过故障注入实现系统自愈能力 统一可观测平台:如博睿数据Bonree ONE平台,通过实时内存引擎提升数据写入效率,支持多源异构数据的联邦查询4 AIOps:将机器学习应用于日志分析、异常检测等场景,Gartner预测2026年超80%企业将使用生成式API增强运维能力6 4.3 大模型作为新范式 LLM重构数据技术栈:大型语言模型(LLM)成为数据处理新范式: 数据准备:自动化数据清洗与标注,解决AI训练数据瓶颈 数据分析:自然语言交互降低数据查询门槛(如SQL生成) 决策支持:通过RAG技术将企业数据接入大模型,提升推理准确性6 多模态融合突破:大模型推动文本、图像、音视频跨模态理解,实现“以文搜图”、“图搜视频”等新型检索方式6。Databricks通过Unity Catalog整合多模态资产,收购MosaicML强化生成式AI能力6。 4.4 数据飞轮:业务闭环新理念 数据驱动业务闭环:区别于传统数据中台,数据飞轮强调业务与数据的双向驱动: 业务运营产生多维度数据 数据分析形成业务洞察 洞察驱动业务优化 优化结果反馈新数据流810 实时决策支撑:在电商领域,数据飞轮可将市场响应时间从“天级”缩短至“分钟级”,通过实时数据动态调整商品策略和营销计划10。领克汽车与火山引擎合作实践数据飞轮模式,订单转化率提升超30%10。 表:数据技术架构演进对比 架构类型 数据仓库(1990s) 数据中台(2010s) 数据飞轮(2020s) 核心理念 集中存储,支持决策 整合资源,灵活支持 数据驱动,闭环反馈 技术特征 E



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