数据科学——它的内涵、方法、意义与发展

本书是有关数据科学内涵、方法、历史、意义及方法论、发展趋势、学科边界、核心科技问题、人才培养方案等方面的一部综合性论著。全书分7章。第1章阐述数据科学的产生背景，主要从人类社会、物理世界、信息空间三元世界理论出发，阐述大数据在信息化社会中的基础地位、作用与价值。第2章尝试用数据科学的语言来沟通不同学科，以统一的术语扼要阐述数学、统计学、计算机科学、人工智能等学科中所使用的数据科学概念及内涵。第3章严格定义数据科学，论证数据科学的内涵与演进历史，概述计算机科学、统计学、人工智能等学科相关的重大进展。第4章论述数据科学的研究方法论及与其他学科的关联与区别，探讨数据科学的发展趋势与规律。第5章论证数据科学亟待解决的重大科学技术问题，提出四大科学任务和十大技术方向。第6章讨论数据科学的学科发展，论证数据科学的主体研究方向、学科属性和知识结构，提出推动数据科学发展的若干战略建议。第7章聚焦数据科学的人才培养问题，分析数据科学人才应具备的知识、能力、素质要求，给出数据工程师、数据分析师、数据执行官等数据科学人才培养的建议方案。本书可作为科研和教育主管部门、企事业研发部门、信息产业与数字经济行业决策的参考书，也可作为数学、统计学、计算机科学、人工智能、管理科学等学科领域的数据科学研究者、信息产业从业者的研究参考书，可供大专院校数据科学相关专业学科建设和教学参考书，也可作为数据科学与大数据技术专业、大数据管理与应用专业、大数据技术与应用专业、人工智能专业等相关专业的"数据科学概论"教材使用。

前言
第1章 数据科学的产生背景 1
1.1 大数据促进了数据科学的形成 1
1.2 数据科学承载着大数据发展的未来 3
第2章 数据科学的相关概念与方法 7
2.1 与数据相关的概念与方法 7
2.1.1 结构化、非结构化与半结构化数据 10
2.1.2 数据价值链 10
2.2 与计算机科学相关的概念与方法 12
2.2.1 计算架构 13
2.2.2 系统软件 15
2.2.3 编程语言与执行环境 15
2.2.4 大数据平台软件 16
2.2.5 数据处理算法 17
2.3 与统计学相关的概念与方法 18
2.3.1 统计描述 18
2.3.2 统计建模 21
2.3.3 统计推断 25
2.4 与机器学习相关的概念与方法 30
2.4.1 机器学习范式 31
2.4.2 机器学习算法 36
2.4.3 近代人工智能方法 49
第3章 数据科学的内涵及演进 57
3.1 数据科学的定义 57
3.2 数据科学与其他学科的关联与区别 60
3.3 促进数据科学形成的重大进展 63
3.3.1 计算机科学相关的重大进展 63
3.3.2 统计学相关的重大进展 66
3.3.3 人工智能相关的重大进展 71
3.4 数据科学概念的形成与演进 77
第4章 数据科学的方法论与发展趋势 80
4.1 数据科学方法论 80
4.2 数据科学方法论与其他学科方法论的比较 84
4.2.1 与数学方法论的关联与区别 84
4.2.2 与统计学方法论的关联与区别 85
4.2.3 与计算机科学方法论的关联与区别 88
4.2.4 与人工智能方法论的关联与区别 89
4.3 数据科学的发展规律与趋势 90
第5章 数据科学的重大科学技术问题 98
5.1 四大科学任务 98
5.1.1 探索数据空间的结构与特性 98
5.1.2 建立大数据统计学 100
5.1.3 革新存储计算技术 103
5.1.4 夯实人工智能基础 108
5.2 十大技术方向 114
5.2.1 物联网技术 114
5.2.2 大数据互操作技术 115
5.2.3 大数据安全技术 117
5.2.4 大数据存储技术 119
5.2.5 分布式协同计算技术 121
5.2.6 新型数据库技术 123
5.2.7 大数据基础算法 127
5.2.8 数据智能技术 128
5.2.9 区块链技术 129
5.2.10 大数据可视化与交互式分析技术 132
第6章 数据科学的学科发展 135
6.1 数据科学的学科方向 135
6.1.1 数据收集与管理 135
6.1.2 数据存储与计算 136
6.1.3 数据分析与解译 137
6.1.4 数据产品及应用 139
6.2 数据科学的学科属性与范畴 140
6.3 数据科学的发展战略 142
第7章 数据科学的人才培养 149
7.1 社会需要什么样的数据科学人才？ 149
7.1.1 数据科学人才的市场需求 149
7.1.2 数据科学人才的知识、能力与素质 151
7.1.3 数据科学的人才培养原则 153
7.2 如何培养数据科学人才？ 155
7.2.1 数据工程师培养方案 160
7.2.2 数据分析师培养方案 161
7.2.3 数据执行官培养方案 162
参考文献 165
索引 178