cs50課：數(shù)據(jù)可視化與算法

郭嬌

校長強(qiáng)調(diào)了兩點(diǎn)：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室（i-lab）和慕課平臺（edx）。在介紹edx時，按照傳統(tǒng)，校長不忘“黑”一下競爭對手耶魯。她說在edx上的cs50（一門面向新生的計算機(jī)導(dǎo)論課程）如此受歡迎，連耶魯都決定把它列為大一課程。耶魯改變它對現(xiàn)代技術(shù)敬而遠(yuǎn)之的態(tài)度，還直接引進(jìn)哈佛的課程，這在兩校相愛相殺的200多年歷史上是前所未有的。在這背后的推動力量就是cs50、i-lab、edx所代表的顛覆高等教育的技術(shù)革命。它不僅體現(xiàn)在校園里新建的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、課程平臺、創(chuàng)業(yè)空間等，更影響到課程設(shè)計、專業(yè)設(shè)置等核心元素。提到的這些新生事物是否曇花一現(xiàn)？我們暫無結(jié)論。相比之下，課程、專業(yè)等方面發(fā)生的變化更值得關(guān)注。這種變化傳遞出來的關(guān)鍵信息究竟是什么？對選擇課程、專業(yè)及未來的職業(yè)方向有何啟示？

集體刷夜“黑客馬拉松”

這門讓哈佛與耶魯共同熱愛的cs50到底有何魅力？

2007年以前，選修這門課的學(xué)生從來沒突破過200人。即使臉書創(chuàng)始人扎克伯格回母校捧場，上座率也稀稀落落。但是從2007至2014年間，這門課的選修人數(shù)一路攀升，超過了800人，成為了哈佛最受歡迎的本科課程。從課程內(nèi)容來看，它覆蓋了算法、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)存儲等計算機(jī)科學(xué)的入門知識。據(jù)統(tǒng)計，選修這門課的78%學(xué)生都沒有計算機(jī)科學(xué)的背景知識，所以是一門計算機(jī)入門課程。從授課方式來看，教師David Malan年輕有活力，講解生動，會結(jié)合社會熱點(diǎn)，還有一支來自不同學(xué)科的“助教軍團(tuán)”。從課程設(shè)計來看，cs50強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)際動手編程能力與團(tuán)隊(duì)合作能力。在期末考試之前會集體刷夜“黑客馬拉松（cs50 Hackathon）”，從晚7點(diǎn)到早7點(diǎn)，學(xué)生們聚在一起，吃著披薩喝著可樂做項(xiàng)目，助教們也全程參與提供協(xié)助。最后一節(jié)課是開放日（cs50 fair），學(xué)生們展示做的手機(jī)APP、游戲、網(wǎng)站等。開放日就像哈佛新生的共同節(jié)日，他們邀請親朋，還有其他教授和企業(yè)代表出席。在哈佛新生里，不學(xué)cs50就成了少數(shù)派，尤其是不懂計算機(jī)科學(xué)還不學(xué)cs50，那就更罕見了。

為什么cs50大受歡迎？我認(rèn)為，驅(qū)動力來自計算機(jī)科學(xué)里算法和數(shù)據(jù)可視化這兩個領(lǐng)域的突破。這種突破讓某些過去不可能實(shí)現(xiàn)的研究變得不再遙遠(yuǎn)。

3月15日福斯特校長講話前，哈佛還派了兩位領(lǐng)軍教授來中國，與我們分享他們最前沿的研究成果。一位是生物化學(xué)與物理的雙科教授莊小威（本科畢業(yè)于中科大少年班，伯克利物理學(xué)博士，34歲成為哈佛正教授，40歲成為美國科學(xué)院院士，曾獲麥克阿瑟天才獎）。她在2006年首創(chuàng)STORM方法，實(shí)時揭示復(fù)雜的生物體中單個分子及其變化過程。傳統(tǒng)的方法通過熒光染色后，只能觀察到多個分子的共同運(yùn)動。莊小威的創(chuàng)新可以把單個分子分離出來成像，再把這些單個分子重新“縫”在一起，還原整個復(fù)雜的變化過程。這種創(chuàng)新推動了生物領(lǐng)域的很多重大研究，包括對老年癡呆等疑難病癥的研究。對分子進(jìn)行分離并重組，需要無數(shù)次的隨機(jī)實(shí)驗(yàn)，這離不開算法；對整個過程進(jìn)行全面觀測與動態(tài)展示，離不開可視化。

另一位教授Ali Malkawi加入哈佛設(shè)計學(xué)院之前曾在賓夕法尼亞大學(xué)任教多年。如果說莊小威的研究是微觀，聚焦單個分子及其變化過程，那么Ali的研究就是宏觀，致力于設(shè)計整個城市、國家甚至世界的可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)。他的研究興趣在于通過計算機(jī)模擬、高級可視化等技術(shù)來優(yōu)化與能源消耗相關(guān)的設(shè)計方案，小到一棟房屋，大到整個世界。以卡塔爾可持續(xù)評估系統(tǒng)為例，在五年的項(xiàng)目執(zhí)行期內(nèi)，這套評估標(biāo)準(zhǔn)被奧委會認(rèn)可并用于包括2022年卡塔爾世界杯在內(nèi)的多項(xiàng)國際比賽，還被卡塔爾當(dāng)?shù)氐拇髮W(xué)引入并開發(fā)成環(huán)境設(shè)計課程。未來Ali計劃把這套評估標(biāo)準(zhǔn)推廣到世界各國，形成全球可持續(xù)評估系統(tǒng)。在這套系統(tǒng)的設(shè)計、展示、模擬、評估各關(guān)鍵環(huán)節(jié)里，算法和數(shù)據(jù)可視化的重要性一再體現(xiàn)，例如通過可佩戴的模擬設(shè)備測試一棟房屋，在屏幕上會顯示出紅色的耗能最大的位置是屋頂。

各自分享后，兩名教授驚喜地發(fā)現(xiàn)了共同愛好——算法和數(shù)據(jù)可視化。400多名校友見證了他們的驚喜和默契。他們表示回哈佛后，會促進(jìn)各自負(fù)責(zé)的研究中心跨領(lǐng)域合作。

170個行業(yè)61種職業(yè)

對生物或能源環(huán)保都不感興趣，還用算法和數(shù)據(jù)可視化嗎？從若干關(guān)系人類未來的重大主題里，哈佛選擇了生物醫(yī)學(xué)與可持續(xù)發(fā)展來突出使命和優(yōu)勢。選擇這兩個領(lǐng)域有偶然性，但是以算法和可視化為代表的數(shù)據(jù)科學(xué)，將對我們的生活產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。數(shù)據(jù)科學(xué)，是對具有時效性與多樣性的海量數(shù)據(jù)（即大數(shù)據(jù)）進(jìn)行存儲、選擇、處理、分析與可視化的科學(xué)。2011年麥肯錫全球研究院發(fā)布《大數(shù)據(jù)：創(chuàng)新、競爭和生產(chǎn)力的下一個新領(lǐng)域》，預(yù)測數(shù)據(jù)革命將顛覆健康、零售、政府、制造等各大行業(yè)，并估計在2015年，美國共有170個行業(yè)的61種職業(yè)會因?yàn)檫@場數(shù)據(jù)革命而改變?？紤]在這些職業(yè)行業(yè)里就業(yè)，選修cs50這樣的課程，提高算法和數(shù)據(jù)可視化方面的能力，就成了一項(xiàng)面向未來的必備通行證。

數(shù)據(jù)革命給這些職業(yè)行業(yè)帶來了哪些變化？提出了什么新的能力需求？在麥肯錫報告里，這種能力需求以及對應(yīng)的職業(yè)行業(yè)被分為三類：深度分析師（deep analytical）、大數(shù)據(jù)高手（big data savvy）和技術(shù)支持人員（supporting technology）。深度分析師是在統(tǒng)計、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域接受過高級訓(xùn)練后能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的人，包括數(shù)學(xué)家、統(tǒng)計學(xué)家、精算師、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、行業(yè)工程師、流行病學(xué)家等。大數(shù)據(jù)高手是具有基本的統(tǒng)計和機(jī)器學(xué)習(xí)知識，包括經(jīng)理、工程師、生物科學(xué)家、社會學(xué)家、市場分析人員等。技術(shù)支持人員是數(shù)據(jù)庫管理人員和程序員等，包括計算機(jī)軟件工程師、系統(tǒng)工程師等。據(jù)麥肯錫預(yù)測，在2015年，美國對深度分析師的需求是14～19萬人，對大數(shù)據(jù)高手的需求是150萬。勞動力市場反饋信息也驗(yàn)證了這種需求，2014年美國最受歡迎的三種工作分別是應(yīng)用數(shù)學(xué)家、（已經(jīng)獲得終身教職的）大學(xué)教授和統(tǒng)計學(xué)家，難怪2012年10月的《哈佛商業(yè)評論》引用Google首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家Hal Varian對數(shù)據(jù)科學(xué)家的評價，說這是“未來十年最性感的職業(yè)”。

究竟怎樣才能成為一名數(shù)據(jù)科學(xué)家？除了數(shù)學(xué)、統(tǒng)計、計算機(jī)等傳統(tǒng)學(xué)科，還有哪些新的選擇？如果考慮出國留學(xué)，紐約大學(xué)2013年啟動了數(shù)據(jù)科學(xué)的碩士項(xiàng)目，每年招30人。如果考慮在國內(nèi)深造，清華2014年跟青島共建了數(shù)據(jù)科學(xué)研究院，由信息、公管、經(jīng)管、社科、交叉信息研究院、五道口金融學(xué)院等6個學(xué)院聯(lián)手推出，首次招生從清華內(nèi)部選出150個本科畢業(yè)生攻讀碩士，方向包括商務(wù)分析、社會數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)與國家治理等。如果考慮在線課程，Coursera上推出了約翰霍普金斯大學(xué)的數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)（data science track）的證書，為期4周，包括9門課程，費(fèi)用470美元。不需要證書的話，可以考慮零成本自學(xué)。想在教育領(lǐng)域里做一名數(shù)據(jù)科學(xué)家，可以在線學(xué)習(xí)哥倫比亞大學(xué)Ryan Baker教授在edx上的《教育、分析與學(xué)習(xí)》課程，熟悉他推薦的Rapidminer或其他常用的數(shù)據(jù)挖掘工具。

哈佛和耶魯?shù)男律歼x修計算機(jī)入門課程，紐約大學(xué)和清華大學(xué)都開設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)的碩士項(xiàng)目，edx和Coursera兩大慕課平臺都提供平價甚至免費(fèi)的數(shù)據(jù)科學(xué)課程，生物和能源環(huán)保等研究前沿領(lǐng)域的教授都需要精通算法和數(shù)據(jù)可視化的人才，麥肯錫報告估算在2015年美國需要上百萬的大數(shù)據(jù)高手，Google里的專家預(yù)測這種需求在未來十年會一直存在，那么我們還有什么理由不行動起來？

責(zé)任編輯：尹穎堯