技术研究（发明）的途径及其手段概述-1

这是王立福老师在2015年5月28日的讲座笔记。

本笔记的内容基本上涵盖了大部分PPT中的内容。由于内容比较抽象，我基本上一边听一边抄写PPT，以便通过写来加深自己的理解。

比较遗憾的事情是没有旁听王老师的软件工程课程。

对王老师的印象主要来自在校车上听他和翟老师聊天，同学和自己的综合考试、开题报告等，王老师对于定义的精益求精非常值得我们学习。

虽然我认为王老师讲的很重要，但重要性如何体现出来我也不是很清楚，希望慢慢通过实践加深自己的理解吧。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

王老师强调了离散数学的重要性，认为其是技术创新的基础。

推荐了一本关于数学起源的书，俄罗斯人写得，不清楚是不是这本《数学·人类智慧的源泉：数学的起源与发展》

这个是我自己搜到的一个链接，放到这里备份下 科大校长给数学系学弟学妹的忠告&本科数学参考书

提到了一个人，王攻本，北大。离散数学两个字，关系。

王老师推荐阅读UML英文版标准，他要求他的学生只看英文资料。

一、概述

学问，学问，就是学会问问题。

科学是发现，科学需要民主，主要靠的是形象思维，直觉和灵感。构造能力，逻辑思维。

技术是发明，技术需要市场，主要靠的是抽象能力。构造能力，逻辑思维。

本次演讲的内容主要有以下三部分，但因为时间所限，只谈及第一部分和第二部分的术语定义部分。

1）基本途径-人类解决问题的三步曲

通过2）—-实现（realize）—->1）

2）实现基本途径的基本手段（模型化/结构化）

术语定义：解析人类认识客观事物的基本构造方法：分类

知识构造：解析问题求解的逻辑以及知识构造方法

3）结束语及其进一步思考的问题

二、技术研究的基本途径是什么

技术是指针对某一具有普适意义的问题，应用所学的知识所给出的一种解决方案。

技术研究，主要是指针对某一具有普适意义的问题，给出一种有效解决方案的过程。

为了控制这一研究过程的复杂性，该过程往往涉及概念层面上的工作和实现（realize）层面上的工作。

这一过程（解决问题的三步曲-技术研究的基本途径）可概括为：

1）确定要解决的问题

2）给出该问题的若干种解决方案，并从中选择一个最优方案（给出、选择）

3）给出实现（realize）最优方案的算法、工具等

就系统/产品的开发-要解决的问题，其三步曲为：

需求分析–设计（体系结构、程序结构）–实现

定义问题–给出设计方案–给出实现方案的规程/算法

三、技术研究的基本手段是什么

3.1 技术形态分析

在IT领域和信息安全领域中，目前技术研究所形成的主要技术形态-技术（研究）成果主要包括：

1）模型-问题定义（描述）以及问题解决方案

主要为了解决一类特定问题

2）框架（framework）

主要为了解决一类相似问题

3）协议（protocol）

主要为了解决共性关联的实现问题

4）（设计、实现）算法、工具

主要为了解决实现层的问题

UML为了表达实现之间的关系，依赖、实现、泛化、关联

1）关于算法和工具

算法是指操作的一个有穷序列，以解决某一特定问题。本质上相当于一个映射。

由于问题解决方案往往是复杂的，主要用于三步曲的最后一步。

数据是客体的一种表示。

三种数据结构：顺序结构、选择结构、重复结构

在《程序设计》以及《算法设计与分析》中所谈及的数据类型、数据结构以及其上的操作，

–基本有能力表达大千世界的一切客体

–基本有能力表达涉及有关客体的一些算法-一类问题的解决方案

为了控制求解问题的复杂性，往往在解决问题的基本途径中引入第二步“给出一个问题的解决方案”。

好的问题求解思想-问题分离

一个假定的问题解决方案，在IT领域和信息安全领域中，往往称为体系结构

算法分析，目的是为了研究一个算法所具有的“后置条件”，如计算复杂性等。

分析，是指系统化地使用信息，对一个问题（如计算复杂性）的估算。

2）关于协议（protocol）

一般情况下，在问题解决方案中往往存在一系列的关联

关联是两个实体之间的一种结构关系（UML），更直白地说，关联是具有确定语义的一种关系。而关系，可以看成是笛卡尔积的子集。

在一个解决方案中存在多个同样关联（多次出现），并且在其他问题的方案中也存在这样的关联，那么，对于这些具有共性的关联，可不可以给出一种普适的解决（实现）方案？

由于关联的发生需要基于一些必要的动作和条件，因此可采用结构化手段，来规约这些必要的动作和条件。

协议是实现一类关联所需要的规程集（实现关联所必要的动作）和格式集（实现关联所必要的数据）。（ISO）

共性存在于个性之中–需要很好的抽象能力

协议解决的问题是关系发生的过程和条件，相当于数学中一个定理的证明。

子集、关系、关联，协议（实现关联）

3）关于框架（framework）

实现了的资产得到共享，形成一类相似问题的解决方案

从应用的角度，解决一类相似问题的一个通用的解决方案。

从构造的角度，解决一类相似问题的一个未完全实现的模板，或说是一种微体系结构。

4）模型

主要为了解决一类特定问题

变体

四种技术形态的一些变体，最佳实践，一般是算法或模型的一种变体（CMMI的过程域，ISO/IEC 27002）。目前人们认识到的一些最佳安全实践，每个实践本质上就是一个要实现的“安全算法”。

各种profile，是模型的一种变体。

小结

从以上技术形态的研究、分析中可以发现，在技术人员的眼中：

1）大千世界只有两种事物：

一类是客体/东西，往往可通过名词表达之；

一类是关系，往往可通过动词/地点副词表达之

2）在认识问题以及在给出问题解决方案中，它们：

–可形成一些不同抽象层；并且

–可通过每一层上的客体以及关系，形成一个新的客体，或形成上一个抽象层上的一个更大的客体。

3.2 关于技术研究的基本手段–结构化：术语定义

任何一个问题，若能以以上所提及的各种技术形态，给出其解决方案，就被认为是已结构化的问题。

不论是定义问题还是给出问题的解决方案，其基本手段是结构化/模型化。

结构是指由具有确定语义的实体及其确定语义的关系所组成的整体，就称为一个结构

通过已知事物（事实）和关系，为另一个（未知）事物施加一个结构的过程，称为结构化

术语定义是施加一个结构的过程-结构化，以安全（security）语义为例

-使用了大家明白的对策（管理上、运行上和技术上的措施）

-使用了大家明白的利用、产生、减少等关系，为信息安全这一事物施加了一个结构

定义一个事物是技术研究的基本功！

如何为大千世界的事物施加一个结构，使之成为一个新的已知事物（事实）和关系？

方法学

人们在认识客观世界中，最基本的构造（施加结构的）方法是：

分类

一般/特殊

整体/部分

不会分类的人一定不会解决问题！

现在的问题是，如何分类，并给出该类事物的定义-描述，使之成为一个已知事物。

就分类而言，其基本三要素为：

1）具有一定的知识

2）具有一定抽象能力

3）采用如下三种基本方法：达尔文分类方法，定义方法，原型方法

每个划分，对应一个等价关系

每个覆盖，对应一个相容关系

不科学的分类结果–覆盖

例子：评估（ISO/IEC 15443 信息安全保障框架），遵循一个标准，使用相应的方法，对交付件所进行的验证，以建立与标准的符合性并确定其保障。

为了实现对一个事物的科学严谨定义-分类，应：

1）基于确定的意图

形成定义该事物的后置条件：功能

2）基于意图所确定的角度

研究构成该事物的基本要素（内在特征）

研究与该事物相关的基本要素（外在（延）特征）

形成定义该事物的一个抽象层

3）通过这些基本要素为该事物施加一个结构–形成该事物的定义

访问控制为例

技术角度、管理角度

控制三要素：

-获取现场信息

-评估（与基准比较）

-若出现大的偏差，就进行调整

访问控制：按照安全策略，仅允许授权实体按一定规则使用该主机信息资源的过程。（技术）

基于业务需求和安全需求，确保只有授权主体按特定受限方式才能访问（管理）

1）定义可以从不同角度给出

技术，强调过程，以便采用技术途径实现之

管理，强调结果，以便实现管理，选择适当的技术手段

2）由于意图不同和看问题的角度不同，同一术语可有不同定义，因此在技术研究中不能随便相互引用

鉴别数据（IEEE 2006-2008）

用于验证一个所声称身份的信息

Authentication data: Information used to verify a claimed identity

（是）信息（内在特性）

（用于）验证（身份）（外延特性）

一个术语是通过其内在特性和外延特性定义的

只给出内在特性，而没有给出外延特性

第一种后果：破坏要表达的那个事物的语义

第二种后果：发生逻辑上的错误

外延特征是表达/给出一个事物语义的非常重要的因素，例如，经常所说的关联分析，其中捕获并使用的信息往往是该事物的外延特征！

如果没给出内在特性，而只给出外延特性

是一个术语定义成为一个“谜语”，而相应的术语就称为“谜底”。

云计算可用于IT服务的运营，是一种商业模式，提高服务水平。不能作为云计算的定义。

为了给出一个事物的定义，使用的是一种受限的自然语言，而不是使用了一种自然语言。这里的受限是指：

1）术语的含义被限定为字典中该词的某一特定的解释。

2）术语定义一定要给出外延特性，以限制该术语与其他术语的关系

这一受限，从语言角度，是技术研究中的术语集形成了认识问题或给出解决方案的一种特定的语言

其内在特征相当于规约了该事物的本质

其外延特征相当于规定了句法和文法

这一受限，从数学的角度，其内在特征相当于规约了该事物的构造，其外延特征相当于规约了一个f的输入和输出，以及前置条件和后置条件。

小结

1）定义的本质是分类，是人类认识客观世界的一种基本构造（施加结构）方法

2）定义一个事物，一定要基于确定的意图及其角度，它们是定义的后置条件–表明该事物的功能性

3）定义一个事物，需要（结构化能力）

a) 具有一定的知识

b) 具有一定抽象能力，以及

c) 构造能力

因此，术语定义是技术研究的基本功

4）定义一个事物，要给予确定的意图及其角度，给出其全部的/主要的、已知的内在特性和外延特性。

-这是对达尔文分类方法的补充

尽管如此，抽象出来的特性一般仍然是该事物的必要条件，往往不是充分必要条件。

-这是技术学科和数学学科之间的重大区别

5）定义一个术语，一般使用的是受限的自然语言。技术研究中所给出的全部定义，构成了描述这一技术的语言