大数据与数据科学 精品讲义PPT

大数据：机遇与挑战
动态：
对于上述挑战性问题，近年来科学界与产业界都开展了广泛的 探索与实践，取得一批令人振奋的结果。
以压缩感知为代表的处理高维数据 的稀疏性理论与方法（L1, L1/2, SCAD）
以卷积神经网络为代表的深度学习 算法(尤其对于图像大数据)
以经验级联贝叶斯(EHB)与正则化 贝叶斯方法为代表的结构发现方法 与推理方法
计算模式受拷问（异构环境下的多粒度 分布并行计算）
处理算法不可用（必须采用新计算模式 ，形成新方法论）
真伪更加难以判定（基础不牢，地动山 摇！）
独P立值同检分验布的被基破础坏被破坏
大件In数（fe定 样Srtea理 本ntic和 数cea中lT>lye心>sHt极维iynp限g数o(定）tShH理eIsT的is!)条.
以hadoop、spark、Petuum为代 表的分布式计算架构与编程模型
以排序与搜索、排序学习、参数服 务器等为基础的互联网应用
实现全球首部稀疏微波成像验证性原理样机 深度网络
公众要的是答案、不是数据！
大数据 大垃圾
大分析 大价值
大数据：机遇与挑战
挑战： 传统统计vs大数据方法
传统的统计方法
预期的大数据方法
目的
经典 统计 方法
抽样（独立同分 布）
n→∞（估计分布、 极限定理）
推断
目的
大数 据分 析方 法
大数据（自然产生 ，不满足独立同分 布）
直接分析（数据量 巨大、计算能力超 强使变得可能）
大数据技术需要多学科综合研究
数据获取与 数据管理
数据存储 与处理
数据分析 与理解
结合领域的 大数据应用
数
价
据
值
领域科学问题一： 大数据资源管理与公
共政策
领域科学问题二： 大数据高效获取、 存储、调用与处理
的信息技术
领域科学问题三 大数据分析与处理的 统计学与计算基础
领域科学问题四 大数据工程（结合领
）
经济社会活动的碎片化再现（真实
的大世界） 大价值！
解读各自领域的大数据正成为各行各业的基
本科学活动（人类基因组
解读DNA数
据是生命医学的基本科学活动）。
大数据 需要大智慧
大数据是需要新的处理思 维和技术的信息资产。
( Laney Douglas, Gartner. June, 来自百度文库012）
Big Data needs Big judgement !
推断
基础在哪？算法是什么？合理性在哪？
大数据：机遇与挑战
挑战一： 认识论上的困惑
数据特征的改变
中小规模、固定 尺寸、非时变、 单一结构、集中 存储
超大规模、分布存 储或数据源、流数 据、超高维、异构 等；
分析目标的改变
寻找统计规律， 因果分析为主
关联性分析，支 持智能决策
认识论上的困惑
样本等于母体？ 相关性能替代因果性？ 查询将替代推断？ 大数据可代替理论？
大数据：机遇与挑战
为什么突然变得如此有用？
数据量+计算能力
大数据的“大”
反映真实世界的 数据（碎片）其 量己达到可以从 一定程度上反映 其真实面貌的程
“大度”。是一个相对的概念
（量变 质变）
大数据：机遇与挑战
核心： 在大数据技术中，分析与处理是核心(MIT Technology Review, 2015)
融合 （互联网＋）
预处理 （对齐、配准、标准化等）
关键要素分析 （售电量影响因素分析等）
优化与控制 （电力调度等）
大数据：机遇与挑战
聚焦大数据分析与处理具有紧迫性
据IDC统计数据显示，中国目前拥有的数据量占全球的14%（己收集），但数 据利用率不到0.4%，大量的数据“沉睡”在各个角落，未发挥应有作用。
目录
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
大数据：机遇与挑战
大数据分析与处理中的关键科学问题 关于若干大数据科学问题的研究 结语
大数据：机遇与挑战
背景： 大数据与大数据时代
信息技术革命与经济社会活动的交融 大数据（数量巨大、种类繁多、增长极快 、价值稀疏的复杂数据）；
科学观测、实验过程的记录（理想的小世界
环境、气象、交通、 社会发展等大数据
交通流、医疗、商业、 环境、劳动力等数据
突发事件预测、关键 人群监测
医疗诊断方案
环境治理
城市智慧管理
大数据技术：有关如何收集、整理（存储）、解读和应用大数据的理论与方法
大数据：机遇与挑战
价值： 大数据具有重大的科学社会经济价值
大数据技术是一个 国家创新能力的核 心要素及核心竞争 力指标：它能帮助 人们从大数据中发 现新知识，创造新 价值，形成新理念， 因而是认知世界与 改造世界的能力 （即国家创新驱动 发展的一种能力）
对于一大类问题应用，P =
Goo0.g0l1e 导Flu致T1r1e%nd的s:误大报量率误；报
流感而爆P发=规0.模05。导(E致st2im9%at的in误g
hig报h 率10！0 out of 108 weeks)
— D. Laz—erR, e. tNaul.z, zToh,eSPtaatraisbtilecal of GEororoglres,FNlua: tTurarep,s2in01B4ig Data Analysis, Science, 2014
（从数据到模式、从模式到知识、 从知识到决策每一个阶段都需要猜 想、假设和理论的支撑）！
--- Financial times,2014 --- Science,2014
Big Data or Big Mistake？
大数据：机遇与挑战
挑战二： 方法论上的冲击
方法论上的冲击
分析基础被破坏（统计学基础、计算理 论基础、逻辑基础等）
( Shah, et al, Harvard Business Review, 2012 )
拥有大数据是时代特征、解读大数据是时代任务、应用大数据是时代机遇
大数据：机遇与挑战
重要性： 发展大数据技术是国家战略
大数据技术是解决众多国家重大现实需求问题的共性基础
社会媒体、人口流 动、居住交通数据
医疗、医保、健康、 影像等大数据
域的大数据应用)
数据是基础、平台是支撑、分析是核心、效益是根本
大数据：机遇与挑战
处理
分析
统计
查询
（电商、语音识别等） （google翻译、风险、信
用评估等）
发展趋势预测 （负荷预测等）
共性结构发现 （电力客户细分等）
排序 （网页排序、推荐系统等）
比对 （电商等）
关联性
模式识别
（设备交叉故障等） （设备故障诊断等）