科研：一些有用但是容易被忽视的基本原则（1）

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收藏 2012-05-09

我们做科研，经常需要判断和选择，包括课题，方向，技术路线等等，我们内心都希望自己的判断是对的，也都希望自己选择的路是正确的。但是非常遗憾的是，在大多数情况下，我们发现我们的判断和选择或多或少都有偏差。当然我们可以用我们年轻、知识和经验欠缺来给自己一个安心的理由，但是实际上这隐藏了另一个深层的问题，那就是我们的科研素养还有重要的缺陷。所谓的科研素养，我认为包含两个东西，一个就是科研需要的知识和逻辑能力，另一个就是关于科学的一些基本原则，或者也称为哲学。我没有系统的读过专门的科学哲学，但是也读过一些著名科学家和哲学家的书，结合我自己的不长不短的科研经验，我觉得我们在知识和逻辑方面的弱点要小，但是关于科学哲学的欠缺是严重的。下面我将列出一些基本的科学原则，或者小技巧，以供参考。

科学原则一、没有免费的午餐。这句话实际上就是大白话，但是却无比的正确。它的含义告诉我们不管我们追求什么样的目标，我们都要付出代价。相反，如果我们愿意付出代价，我们也可能得到一些意想不到的东西。举例如下，信号处理中，我们有测不准原理，那就是说，我们不能同时在时间和频率两个量的测量上达到足够的精度；在图像编码领域，我们为了追求灵活性和压缩效率，付出的代价是计算量和复杂度；在算法的硬件实现上，往往是面积和速度的博弈。在著名的小波分析理论中，有一个多尺度分析理论，这个理论在一开始定义的很严格。这种严格性使得包括样条在内都不能是小波；后面逐渐把多尺度分析的条件放宽，就得到了各种各样的小波，小波分析的局面也就因为把严格条件的放宽而得到了大大的发展和丰富。
这个原则在生活中对我们同样有效，我们在准备选择一个事情的时候，不能只看到好处，也要看到其弱点，看到将要付出的代价。卡内基的心理学强调先看到代价，并且接受代价，才能愉快的开始。我们很多人在生活中一味地想好事，而不去关心付出，失望和失败都是在所难免的。

科学原则二、真理掌握在少数人手中。尽管现代社会强调多数意见，但是对于科学，恰恰相反，真正正确的前进方向只掌握在少数人的手中。其原因在于，大多数人的科学素质并不高，缺少对未知道路的识别能力，大多数人判断的标准往往比较陈旧，用陈旧的东西判断未知的或者新生事物往往会犯经验主义和保守主义的错误。在科学研究中，大多数人喜欢并且投入的课题已经不会是真正有意义的前沿课题。当20世纪初，国际物理学家们为物理学的宏伟大厦赞叹的时候，没有人认为物理学还会有更大的本质进步。但是天空中飘着的（光电效应等）几朵乌云总让人不太放心，爱因斯坦不在主流中，但是他的道路似乎更加正确。记得武夷山老师有一篇文章，中间提到，著名科学家的判断中有个有意思的现象，那就是判断可行的，基本都可行，判断为否定的多数不靠谱。同样道理，大多数人都说好的题目，往往不是什么好题目，大多数人说不行的，实际上可能真的有机会。

科学原则三、存在即合理。这有点神秘主义的含义，但是在科学上，尤其是工程技术研究中，往往是非常重要的常识。我们经常会遇到很多看似可笑的实践需求，从数学上看，是不可能的，但是存在即合理，只要物理上有需要，就必然有其解决方案。数学尽管已经发展的很豪华，但是从多年做工程的经验来看，数学的应用还远远没有达到满足实践需求的阶段。比如图像去模糊技术，一开始只研究模糊机理已知的情况，并且是全局不变的，我们也称为反卷积，慢慢的可以做到不知道卷积核，称为盲目反卷积；现在则研究较多的是非卷积的模糊去除问题。自然有其固有的法则，存在的需求并不能用我们工具的弱点来否定，我们唯一能做的就是尊重自然，不断地开拓新方法，去解决实际问题。上周在天津开会，遇到了几个做医药研究的人，他们介绍了西药研究的最新动态，这里面的理念和中药的理念大体是吻合的。中药存在了几千年以上，其中的合理性已经不用证明，我们唯一能做的就是不断地揭示其中的奥秘。神秘化，或者直接否定都不是科学的。

科学原则四、亢龙有悔。易经的乾卦的上九爻说，亢龙有悔，是指事物发展到一定阶段，就走下坡路。这是必然的，没有永远旺盛的生命，也没有永恒不变的事物。课题更是如此，就我短短不到20年的科研经验，经历了几个热闹的学科。但是每一个学科都不会存在超过20年，大约也就15年左右的时间。随着信息流动的加速，课题的生命周期会越来越短。冯诺依曼在他的书（论数学在科学和社会中的作用）中，也强调学科发展具有阶段性的特点。我们要意识到我们从事的课题一定处于某个阶段，不是上升阶段，就是没落阶段。不管我们多么喜爱自己的方向和课题，但是该死亡的谁都拯救不了。小到一个人的发展，大到一个公司，国家，都有兴衰的过程。我们可以指望找到很多方法和理论去规避这些衰落，但是只能在量上，不能在质上有更好的作用。华罗庚在这个方面做的比较好，他很快地就能判断出哪个方向还能做下去，哪个方向不能做下去。IBM勇敢的抛弃了笔记本业务，并不是说笔记本将不存在，而是这个行业已经不是暴利的行业。如果我们不愿意去卖萝卜白菜，我们就需要寻找新的生长点。做科研，就需要不断地寻找属于自己的生长点。

科学原则五、条条大路通罗马。很多时候我们遇到一些课题，看到前人走通了一条路，就以为只有这一条路。实际证明，在所有的学科中，几乎不存在只有唯一一条路的情况，都出现了很多等效的解决方案，各有优势。这对我们思考问题的时候是有用的，我们不能沉湎于已有的方法和路线，不能抱残守缺，要相信一定有新的路线，新的方法。这是一种不需要证明的信心。我们在很多时候不能有新的想法，往往就是被现有的想法牵着鼻子走，并且没有信心去寻找新道路。实际上，等到别人做出了新的道路之后，我们再一次的沦落为看客。前不久，我的一个学生报告了一篇文献，和我的一个想法类似，虽然不是很完善，但是我依然比较不舒服。当学生的时候，看到自己的想法被人做出来，比较兴奋，说明自己的思路是正确的。但是现在只有生气，那就是自己慢了。不过路永远都有新的，只要还在路上，就不怕找不到属于自己的路。

（待续）

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2012.05.09