大数据到底要研究什么？

大数据到底要研究什么？（130308）

闵应骅



在信息科学领域，前几年国内物联网热。外行人一看就知道是要让所有东西都联上因特网。后来，又是云计算，说是要把计算放到云里去。云在哪里呢？反正在远处，也还可以理解。最近，在计算机软件领域，到处都在喊大数据。这有点不好理解。数据（data）是个不可数名词，怎么来大小了？我自己也一样，最近大致学习了一下，看大数据究竟要研究什么？提出来抛砖引玉吧！

何谓“大”数据？70年代若干兆字节（MB）就算大量数据了，以后是千兆字节（GB）、兆兆字节（TB），而现在已经到了PB级（1PB=1024TB），而高端数据仓库已达EB级（1EB=1024PB）。反正是千倍千倍的往上翻。想想，光是全世界各地装的摄像头有多少，每时每刻都在产生数据。唱歌、通话、录音产生多少数据。多少亿人上网、发微博，多少数据！有了因特网，这些数据就都在网上流通，而不是死在那里。票子不流通就没有价值，数据也一样。数据不利用也毫无价值。所以，的确每天都产生大量的数据，需要处理。所以有大数据，而且需要处理。这一点，没有疑义。

在计算机领域，早就有数据库分支，后来发展到数据仓库，也有人叫海量数据处理。现在又提出所谓“大数据”。有了因特网以后，数据的一个重要特征是互动性和动态性，就是说任何用户既可以下载，也可以上传，也可以实时对话。例如在线商务，政府的群众情绪分析，卫生部门的流行病疫情分析，社会科学家研究社会网络如何扩散社会呼声及如何有效处理。但是，这些都属于大数据技术的应用，虽然每一个都需要一个应用程序，但不属于大数据技术本身。可这些都要求支持大量数据的计算、搜索和存储。因此，大数据分析和管理成为当今计算领域最关键性的挑战。

有人认为，大数据主要是数理统计，对大量同类型数据进行统计分析。这属于数理统计学科，不属于计算学科。也有人认为，大数据主要是数据挖掘、机器学习。这倒有点靠谱。但是，数据挖掘、机器学习是另外两个学科领域。不能把数据挖掘、机器学习包括在大数据的研究范围之内。大数据是数据库发展而来的。

数据库要做的是数据的组织、存储和管理。关系数据库比较容易创建和存取，而且容易扩充。在数据库创建之后，一个新的数据种类能被添加而不需要修改所有的现有应用软件。并行数据库的SQL语言应运而生。但是，大数据来了以后，没有一个设备能存储这么大量的数据，它必须存储在许多的存储设备中。一个硬盘即使能存1TB，对于EB的数据也无济于事。而且，读写都很费时。串行地组织、管理、搜索这么大量的数据，用多么快的计算机都无能为力。因为超级计算机可以计算得很快，但与存储设备的输入输出快不了。所以，串行根本是不可取的，必须并行化。

当前的大数据基本都运行于网络化的计算机群（Cluster of computers）上，每一个都有自己的处理器、存储器和硬盘。数据分布在多个计算机机群上，通常采用哈希分块，或者按范围、随机分块，或者队列，其处理一般用并行基于哈希的分而治之的算法。这里，“分布”和“并行”成了两个关键词。不可想象，能有一个计算机来管理整个计算机机群。更新、搜索数据都必须是分布式的，而且不能串行，一个一个地来做。Google开发了一个谷歌文件系统（GFS），可以在成百上千的机群里进行基于字符串的文件搜索。用户可以并行地加入数据，也可以实时地把数据加入到某一类中（MapReduce）。Yahoo和其他Web公司，譬如Facebook，搞了一个谷歌大数据栈的开源软件，从而产生了现在很时髦的Hadoop平台及HDFS存储层。为了要实现在线事务处理（OLTP），容错不可少。由于上亿用户的同时使用，OLTP系统必须很快查找、更新用户资料，任务很多，要快、不能错、防攻击，而且还不能太贵。Google和 Amazon都开发了他们自己的系统。

今天，Hadoop和 HDFS已经成为大数据分析占有统治地位的平台了。数据分析不能停留在MapReduce水平，而是要更高层次的说明性语言，更容易表达、书写、找错。这样的语言大家都在搞。这样，问题就来了：我们是跟着这些大公司，跟踪和改进Hadoop，还是另辟蹊径。我们搞跟踪搞了几十年了，基本都用人家的，然后搞汉化。人家搞汉化甚至比我们还快。我们搞出来的东西常常没人家好用，市场就先入为主，被人家占领了。另外搞一个类似的东西，既抢不到市场，学术价值也不大。这时候，科学研究就见功力了。抓不住基础性问题，没有全新的想法，就很难出原始创新的成果。

归根结底，基础性问题是大数据的分布存储，并行处理。就像一个人有一个任务，需要许多人参与才能完成，而且他们互不相识，任何个人都完不成。应该怎么做？大家想想，也许能把这个问题说得更加确切一些。

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