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主题：应用科学的学者和工程师是如何工作的？ -- changshou
家园 应用科学的学者和工程师是如何工作的？ 广义的理工科体系包括数学，基础自然科学，应用科学，工程技术等学科（甚至可以把数学化程度较高的一些经济学之类的也算进来）。但这些学科并不是平行发展的。比如在大学里，所有理工专业都要学数学（必修），但纯数学专业可以除了自身什么其他的课都不修（至少不必修，或者最多象征性地学点普通物理）。这里体现的是知识体系中的依赖关系。另一方面，应用科学和工程技术有自己的一套很不同于纯粹基础科学的体系，而且由于应用科学和工程技术从业者规模远大于基础研究者 这一体系应该更加庞大和复杂。
这就带来了一些有趣的问题。我长期以来一直想知道 应用科学的学者和工程师是如何工作和思考问题的。我在现实中接触不到他们，而我和同行的思维模式肯定是和他们不一样的，因此我感到难以在头脑中建立一个较清晰的关于应用科学的学者和工程师工作的 模型。
具体的说， 我想知道（以下我将“应用科学的学者和工程师”简称为工程师）
1 到今天是不是已经不存在 一两个工程师单打独斗就能取得重大进展 的机会了？如果是的话，原因是什么？
2 一个浩大的前沿技术工程(比如 J20的研制）如果牵涉很多不同学科的工程师 如何进行组织？是不是需要几个 知识极为渊博的全才性的天才人物 来统摄全局？还是各学科的头头搞地位平等的协商就可以了？抑或有其他什么办法？
也许你们会觉得荒唐，但是对我这个搞纯理论的人来说 能组织几百几千个背景很不同的学者为了一个具体目标工作 是一件不可思议的事情（我非常佩服）。在我的领域中，这种事从来就没见过，而且也看不出如何能搞起来(唯一的办法似乎是出现 强得不可思议的历史上前所未有的超天才）。
3 数学对工程师们而言有多重要？大学里学的数学有用吗？大学里学的数学够用吗？我常听到一种说法就是有经验的人告诉学弟学妹 大学里要尽量学好数学。这是普遍的看法吗？
4 工程师们会刨根问题的问问题吗？刨到什么程度会满足？例如，（我猜）搞化工的应该都知道元素周期律。 那么化工工程师会不会设法搞清楚怎样由量子力学导出元素周期律？ 如果知道了，会对工作有帮助吗? 如果不知道，心理上会觉得受困扰吗？
5 向上级递交重要报告的时候，工程师是如何保证其可靠性的？我估计在应用中是不可能有数学和物理教科书式的严密性的(基础理论研究则可以做到这一点），故有此一问。
6 假如出现了新的前沿技术，而这前沿技术不是原先技术的改进 而是由基础研究的新发展给出的，那么工程师会不会去主动地学习基础研究的新发展(比如去学一些没学过的数学和物理）？抑或是会要求搞基础研究的人把它翻译重组为一种很实用化的贴近工程师原先知识体系的“包裹" 然后学习这个包裹以便快速上手？
如果能举例，是最好不过的。
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 机器学习领域的例子 逐项回答changshou同学的问题。
1 到今天是不是已经不存在 一两个工程师单打独斗就能取得重大进展 的机会了？如果是的话，原因是什么？
答：在应用领域仍然存在英雄。似乎是生物学家饶毅说过一段这样的话，有人喜欢选择做小而美的问题，有些人喜欢做大问题。
在我的领域中，仍然有不少小而美的问题。
我的背景是机器学习，即给你一些真实样本，比如年龄、心跳、胆固醇、手术预后数据和术后生存年限，让计算机自动构建一个模型，来猜测一个刚完成手术的病人的期望生存年限。
一般来说，模型就是指一个数学函数。早期，大家都接受函数的输入和输出之间满足线性关系。后来慢慢的就扩展到非线性模型。再慢慢的，发现对模型完全没有约束的话，你总能找到一个数学函数精确的匹配每个样本点，但是对于未来的样本，就错的一踏糊涂。然后大家就开始想怎么对模型做正确的约束。在这个过程中，有许多论文，但最闪光的观点来自于少数几个人
2 一个浩大的前沿技术工程(比如 J20的研制）如果牵涉很多不同学科的工程师 如何进行组织？是不是需要几个 知识极为渊博的全才性的天才人物 来统摄全局？还是各学科的头头搞地位平等的协商就可以了？抑或有其他什么办法？
也许你们会觉得荒唐，但是对我这个搞纯理论的人来说 能组织几百几千个背景很不同的学者为了一个具体目标工作 是一件不可思议的事情（我非常佩服）。在我的领域中，这种事从来就没见过，而且也看不出如何能搞起来(唯一的办法似乎是出现 强得不可思议的历史上前所未有的超天才）。
答：但是，也有大问题。以下是几个我觉得有趣的大问题：
* watson。让计算机参与百万富翁电视答题节目，让计算机理解问题并回答。这是IBM的大项目，至少有几十个人。
* 搜索引擎。任给一个查询，给出最好的网页。这个项目是上百人的规模。
* 自然语言理解、Read the web。让计算机自己去阅读整个互联网，并证明计算机能够理解它所阅读的东西。
对于这种项目，应该怎么解决呢？总的来说是分解问题。对于科研共同体，因为没有权威，大家各有各的分法。有些分法大家都接受，就能吸引到最多的研究人员。以第三个项目为例，大家选择的方式是把自然语言理解分解成：找到词语、找到短语、理解语法、理解某些特定的语法块（比如A is B's mother/brother)、提取命名短语（如时间、地点、人物）。
做了几十年做不动了，大家就换个方向，做一些小问题，比如机器翻译，最早是查表法（china永远翻译成中国），后来是上下文（如果附近看到plate，那么china可能是瓷器）。这些小问题有的时候反过来帮助“自然语言理解”这个圣杯。
如果是公司里面做，分解问题的方法就会比较野蛮，最初的几个人决定了架构。这个架构可以不对，但往往可以带着你做到70分。
3 数学对工程师们而言有多重要？大学里学的数学有用吗？大学里学的数学够用吗？我常听到一种说法就是有经验的人告诉学弟学妹 大学里要尽量学好数学。这是普遍的看法吗？
答：有用。但大部分人数学不好。所以大家就会选择非数学的解决方法。有些时候也能有很好的结果。。。不一定比数学好的朋友涨薪慢。。
4 工程师们会刨根问题的问问题吗？刨到什么程度会满足？例如，（我猜）搞化工的应该都知道元素周期律。 那么化工工程师会不会设法搞清楚怎样由量子力学导出元素周期律？ 如果知道了，会对工作有帮助吗? 如果不知道，心理上会觉得受困扰吗？
答：如果我是学化工的，我应该会停在元素周期律层面。业余会往深里学，但基本上就是个人爱好，对工作不会有短期帮助的。二十年后会不会有帮助我就不知道了。在工作中有许多有趣的现象，但往往满足于记住他们：比如A方法一般比B方法好。有些时候会往里走深一点，但是没有太多时间。
5 向上级递交重要报告的时候，工程师是如何保证其可靠性的？我估计在应用中是不可能有数学和物理教科书式的严密性的(基础理论研究则可以做到这一点），故有此一问。
答：这个问题简单。1） 统计显著性。随机进行多组实验，假设一个高斯分布。2) 说服。诉诸人的常识。
6 假如出现了新的前沿技术，而这前沿技术不是原先技术的改进 而是由基础研究的新发展给出的，那么工程师会不会去主动地学习基础研究的新发展(比如去学一些没学过的数学和物理）？抑或是会要求搞基础研究的人把它翻译重组为一种很实用化的贴近工程师原先知识体系的“包裹" 然后学习这个包裹以便快速上手？
答：两种情况都有。有些时候数学家进入我们的领域，带来一些新风。有的时候我们领域的研究人员去读读别人的工作。就我所知，懒人居多，大家都不喜欢读原始文献。所以统计方法被引入自然语言领域的时候，有一个公式错了好几年。
家园 再说说第四条 4 工程师们会刨根问题的问问题吗？刨到什么程度会满足？例如，（我猜）搞化工的应该都知道元素周期律。 那么化工工程师会不会设法搞清楚怎样由量子力学导出元素周期律？ 如果知道了，会对工作有帮助吗? 如果不知道，心理上会觉得受困扰吗？从大家的回复看 似乎是一般而言工程师不会刨根问底，够完成工程任务就可以。
那么我可以接着问
1 假如工程师热爱自己的专业 而不是把它仅仅作为生活来源。那么在完成任务之余 如果他想提高自己的造诣，一般而言是往深处（基础科学，数学）钻更有利 还是 往博处扩张更有利？
2 不刨根问底，如何做到心里有底？是光根据经验和惯例吗？还是说有分工，有人刨有人不刨，不刨的信任刨的？
3 那么 工程师 和 研究科学的人 如何沟通呢？一般要求谁将就谁？
- 复 再说说第四条
家园 当然是根据经验和惯例 即便是世界上最抽象的理论，也要以现实的经验和惯例为基础才能抽象出来。所谓公理，也无非是惯例而已，你又凭什么心里有底？如果真的要刨根问底的话，你如何对因果律和三段论、充分必要条件之类的东西心里有底呢，如何保证逻辑学和演绎法是＂对＂的？又如何保证＂正确＂这个概念本身是正确的？
在我看来，数理证明这种方法本身也不过是一种经验和惯例罢了。人脑理解问题的方式是用已知来描述未知，而任何一个人最源头的信息来源还是身边的事物，也就是经验和惯例，这一点绝无例外。不信？试试不用任何已知的概念来定义＂公理＂这种东西，不许用＂已知＂、＂道理＂这些概念哦。
所以，总结一下：一切都是经验和惯例，包括你的推理思路和公理体系。在本质上，知识的获取途径是唯一的。
- 复 再说说第四条
家园 通常是往博处专更有力。原因吗通常有两个。 1.往博处专。把自己已经知道的解决问题的方法应用在新的领域解决实际问题，容易出成果。获得经济利益。
2.往深处专通常数学功力不够。看不懂。
家园 往博处发展的最主要原因是可以换个部门 再有趣的工作,干上十年也要烦了
家园 再详细说说第二条 2 一个浩大的前沿技术工程(比如 J20的研制）如果牵涉很多不同学科的工程师 如何进行组织？是不是需要几个 知识极为渊博的全才性的天才人物 来统摄全局？还是各学科的头头搞地位平等的协商就可以了？抑或有其他什么办法？如果说的是使用已知的技术干一件事（比如修高速公路），我觉得我能理解将任务分解然后控制预算和时间节点的组织方法。可是如果是需要研究未知的技术（比如苏联人搞载人航天，美国人搞阿波罗工程，中国人搞四代机，微软人第一次搞大型软件），我就觉得难以理解如何进行规划和组织了。
核心的问题是：既然是未知的技术，如何能预先规划？
我举几个我了解的（基础科学)例子以便于比较好了。
例子一：LHC的实验
LHC 发现了希格斯粒子。希格斯粒子早就被理论家预言了。但这绝不意味着希格斯粒子的发现 是一个规划好的工程。事实上 按各式各样的理论预言 LHC可能撞出各式各样稀奇古怪的结果（包括黑洞和额外维数），可能发现不是特别出人意料的东西（超对称），可能搞出意料之中的东西（希格斯粒子），也可能什么都发现不了。
例子二：量子引力理论
假如人类的领导人突然变得格外爱好科学，愿意举全世界之力来支持理论物理学家建立完善的量子引力理论以加深对宇宙的认识。他们让物理学家提一个研究计划以便于他们提供资金支持和向公众公开大概要多少时间。
物理学家将没有能力提哪怕一个极粗糙的计划。 当然可以要求多发几个太空探测器望远镜多建几个加速器（包括多招一些博士生）。但是这些东西的重大发现（即使假设有）可能有很大澄清作用从而有帮助，但也可能难以被人理解，可能制造更多问题使人们的思想更加混乱，可能仅仅导致实验现象的累积却无法加深人的认识，甚至可能被错误的诠释而帮倒忙。 有可能过两年就冒出个天才作出理论上的极大突破（新爱因斯坦）；也可能一大帮人折腾十来年整出来了但发现实际上之前的实验设计计划必须推倒重来（钱都浪费了）；也可能过了100年还是在盲人摸象。哪怕要估计各种可能性有多大都是根本做不到的。
例子三：庞加莱猜想的证明
和前两个例子不同，这是一个非常具体明确的问题。可以说是一个很“小”的“工程”。而且连用什么方法思路作大家都想好了。但如果不是perelman2002年横空出世，再过50年解决不了我也不觉奇怪。
这就有点像要让人9秒4跑完100米。可能过50年也做不到，但也可能明年就在非洲发现一个妖人能完成任务。这件事根本无法规划。
好了。现在我的问题是，开发前沿技术的大工程 和我上面的例子不同在哪里？
我怀疑这不是个简单的问题。我还怀疑 核聚变技术的研究 表明有时候搞工程技术也和搞基础科学一样 是难以规划的。反正基础科学界如果有人说 过50年 某大目标可以实现，你就知道这人在瞎扯蛋：如果他对这问题已经理解到了可以做具体规划的程度，就绝用不了50年。
- 复 再详细说说第二条
家园 世界上的事物可以分为三类 1.已知的已知
2.已知的未知
3.未知的未知
我们所面对的问题都是第一类和第二类（哈哈，为什么没有第三类，因为对于第三类事物，在我们的意识中并不存在，因此也不会把他列为“问题”）。
对于第一类问题（已知的已知），可以认为它可以被准确的描述，并且有现成的实现途径，因此它并不是我们这个帖子里所关心的。
而所谓“前沿技术的大工程”，通常可以分为两类：
a.由已知的已知和已知的未知构成
b.由已知的未知构成
那么我们讨论的核心是：如何去规划探索已知的未知？回到你的帖子，里面所提到的希格斯粒子、庞加莱猜想等都是属于已知的未知这一范畴。
那么面对已知的未知，我们怎么去做计划呢？而所谓“Plan”，也分为两种：
A.时间触发型：即该类计划完全按照一个时间表运行，计划中的每一个节点在达到某一时间点之后都自动转入下一个节点
B.事件触发型：即该类计划没有一个明确的时间表，计划中的每一个节点都需要在触发事件满足之后才会进入
而我们通常意义上的“计划”，都是一个混合型的计划，既有时间触发型，又有事件触发型，例如事件A是完成事件B的条件，但是我们要求事件A在时间点t1之前完成，事件B在时间点t1+deltaT完成。
其实，回答您帖子中的问题最好的例子就是“曼哈顿计划”，原子弹从理论物理学家的一个概念变成了活生生的现实。
未知的技术，并非不能规划，关键在于要有一个正确的计划。
- 复 再详细说说第二条
家园 工程师需要保证，他们的项目/产品 能够在现有的基础（技术，设备，人员素质），预算和时间约束内完成既定目标。为此采用任何新技术都是一种冒险。因为即使不采用任何新技术，系统复杂性给大工程带来失败的风险已经很大。
对合格的工程师来说，必须准备好新技术这部分无法完成的预案。歼十的发动机就是一个典型的例子。
另外，工程师还必须考虑成本。新技术可以效果好，但是如果成本（经济，工艺难度等）过高 ，那么新技术也不会被采用。
搞工程就像结婚，搞理论就像谈恋爱。谈恋爱你可以制定任意目标，也可以不用严格的时间约束，这个谈不成可以谈下一个，谈不成的失败后果相对没有那么糟糕。
结婚必须制定切实可行的计划。和谁？什么时候？用多少钱？如何减少皆不成婚的风险？比如和李冰冰谈恋爱，可以想象。但计划和李冰冰结婚就风险太高，可以明确排除掉。
- 复 再详细说说第二条
家园 工程师如何证明庞加莱猜想 “每一个没有破洞的封闭三维物体，都拓扑等价于三维的球面。”
假设庞加莱猜想的证明问题可以带来类似于搜索引擎的盈利模式。每个用户跑上来说，我有一个形状，你能证明不？你要能证明我就给你钱。
Baidu公司看到了这里面的机会，一口气招了10个攻城师来做这个问题。
总监：“那个谁，老王，你做橘子。老廖，你大学毕业，水平高，你去做通用的证明吧。另外带带小张，他只上过小学。他就做点杂活吧，用户平时都问个什么形状，就让小张捏个泥模，看看是不是等价于球形。”
过了一年。
总监：“最近我们部门招了个新大学生。听说现在大家都玩统计了。有些形状用户考的比较多，我们应该优先做这些形状。橘子形占10%，香蕉占5%。所以，老王，今年你考评第一，涨薪50%。老廖虽然没有做出来证明，但是还是发了很多论文的，劳苦功高。小张一个一个形状做，做了2%，也很不错。”
又过了一年。
总监：“今年老王把苹果也做完了，真是我们部门的功臣呀。小张发明了一个快速捏模机，今年做了7%，很有进步嘛！老廖，你做了什么呀？”
老廖：“我证明了苹果和梨子是等价的，简化了证明方法。”
总监：“那也没有用嘛，我们的客户又不关心方法。”
老廖：“但是这个方法把我们系统的运行速度提高了5%~”
总监：“行，那今年的奖金还是给你吧。”
在公司里，老廖的路线非常危险，你的工作很基础，但对公司没有价值。老王也有水平，选择了难易适中的路线。小张呢，非科班出身，但是善于利用工具，凭着吃苦，完全不用数学，也能搞定问题。
- 复 再详细说说第二条
家园 你的问题充分显示了你的专业思维方式 就是期望凭空把东西＂想＂出来。
其实，更简单的方法是找一份真的工程文档看看，看了就明白别人怎么做了，这就是工程师的工作方法。search都不干，哪来的research?
家园 工程师也分很多种 一般来说在一个大型机构里面，大体上可分为三类。
一类是搞研发的，比如研发中心，总工办等
一类是搞应用的，比如设计部、技术部等
最后一类就是现场，比如生产部、质检部、设备部和现场项目部。
搞研发的可能和大学科研还有可比性
但搞现场的恐怕更接近工人了。
不同工作要求是不同的。
以数学为例，现场大体高中数学足够了。应用部门要求也不高，因为多数场合是靠手册、经验公式、规范、标准、数据库做设计，也就是套公式。但研发部门的要求就要高一些，但也就是会建模会用商业化计算软件的程度。当然这类计算软件也是工程师开发的，从事这样的行业对数学要求就很高了。
同样的，多数情况下从事现场和应用的工程师只要知其然不需要知其所以然，手册、规范、标准、数据库里面的数据拿过来直接用就是了。但如果是编手册、规范、标准、数据库的工程师，那自然是应该知其所以然的。
干任何工作只要自己肯学肯干，都会有创新和改进的机会。这点我不太赞同楼下几位的观点，尽管工程师们的活都是类似于一台大机器上的螺丝钉，需要通过分工合作来完成，但到了具体螺丝钉的工作也是会有进展的机会的。不过何为重大进展就要看定义了。
家园 工程师最重要的技能就是要会查资料,理论革命不是俺们的任务 工业生产最重要的基础就是规范化,这是它和手工作坊的区别.所以工程师的工作基本就是按照各种规范,标准,数据库完成任务,如果没有现成的,再加个任务就是编出一个来,方便自己和后来者.象J20的研制,领导肯定是他管的各个领域都要知道一点,否则不是被下面的蒙了?但是具体要知道到什么程度,知识极为渊博的全才性的天才人物肯定是不需要的,这耽误工作,也耽误人天才的成长.再前沿的项目,事先也肯定有规划,各个领域达到什么样的目标,具体怎么实现之类的(这种项目困难,其实肯定不是根本连个结构都设计不出来,难点一般都是些犄角旮旯的东西,比如没有合适材料,零件制造加工成功率太低之类的问题),如果连这个都要摸石头过河,那肯定不是正经工程项目,而是骗钱的.绝大多数参与项目的工程师,就是脑力民工,你负责这片机身外壳,他负责构件连接之类的,用的方法从牛顿到还健在的学霸,都肯定是现成的,如果你牛到自己开发出一个全新的,十有八九也不会被采纳,因为没预算用来校核你的东西,出事谁负责?当然能搞这种项目的公司肯定有专门的研发部门,这种部门一般是和你们这种搞理论的合作的.
还有工程领域,实践是检验真理的唯一标准,实验数据最具有权威性,所以理论方面到知道原理的程度就够了,至少在制造业里,深入到量子力学显然是没必要的事,比如材料的参数,也许用原子物理构建模型能算出来,但肯定没实验得出数据方便,实用.数学也一样,其实工程师能用到的数学方法都肯定有专门手册可查,数学好的优点是你可以发现手册里的错误
工程报告也是要按照规范写,比如空客飞机的强度校核,疲劳校核报告,要按航空管理部门的要求计算相关参数,使用方法必须是认证的,公式不需要用多少,而且都是些加减乘除的东西.
总之,制造业领域的工作,保守是必要的态度,按部就班,宁滥勿缺是基本方法.所以,它不夕阳谁夕阳
家园 以应用型软件研发回答一下 1 到今天是不是已经不存在 一两个工程师单打独斗就能取得重大进展 的机会了？如果是的话，原因是什么？A: 很少有，只出现在技术瓶颈攻关的时候。从整个项目说，涉及的方方面面太多，出不了个人英雄。
2 一个浩大的前沿技术工程(比如 J20的研制）如果牵涉很多不同学科的工程师 如何进行组织？是不是需要几个 知识极为渊博的全才性的天才人物 来统摄全局？还是各学科的头头搞地位平等的协商就可以了？抑或有其他什么办法？A:工作中没碰到浩大的工程。读研的时候，俺导师是某这类分支工程的总师（远没J20复杂）。有点粗浅的映像。总师是业内超级大腕，然后下面各专业再有各个系统的大腕分工负责。超级大腕就是来压服各个山头，特点就是专业强，社交、政治能力超群，其他财务能力等也挺强的。其实就是典型的忙总所说的若干大学、研究所联合的国家级打群架。
也许你们会觉得荒唐，但是对我这个搞纯理论的人来说 能组织几百几千个背景很不同的学者为了一个具体目标工作 是一件不可思议的事情（我非常佩服）。在我的领域中，这种事从来就没见过，而且也看不出如何能搞起来(唯一的办法似乎是出现 强得不可思议的历史上前所未有的超天才）。A：呵呵，在某种大义下，什么分歧、私心都要让路的。
3 数学对工程师们而言有多重要？大学里学的数学有用吗？大学里学的数学够用吗？我常听到一种说法就是有经验的人告诉学弟学妹 大学里要尽量学好数学。这是普遍的看法吗？A:可以说，如果纯搞技术，数学决定最后能走多远。而且数学对于面对复杂问题时的逻辑思维非常有帮助。还有个例子是开工厂的一位同学的问题，在搞研发时，碰到的力学相关的难题没数学就走不下去。即使是软件，复杂模型也需要数学的支撑。
4 工程师们会刨根问题的问问题吗？刨到什么程度会满足？例如，（我猜）搞化工的应该都知道元素周期律。 那么化工工程师会不会设法搞清楚怎样由量子力学导出元素周期律？ 如果知道了，会对工作有帮助吗? 如果不知道，心理上会觉得受困扰吗？A:大部分人不会特别刨。足够理解工作流程就可以。做应用的，面太广，都对深度好奇的话会累死的：）
5 向上级递交重要报告的时候，工程师是如何保证其可靠性的？我估计在应用中是不可能有数学和物理教科书式的严密性的(基础理论研究则可以做到这一点），故有此一问。A:一般的重要报告都会有试验支撑，比如关键技术的原型验证；用户调查等。
6 假如出现了新的前沿技术，而这前沿技术不是原先技术的改进 而是由基础研究的新发展给出的，那么工程师会不会去主动地学习基础研究的新发展(比如去学一些没学过的数学和物理）？抑或是会要求搞基础研究的人把它翻译重组为一种很实用化的贴近工程师原先知识体系的“包裹" 然后学习这个包裹以便快速上手？A:工程师对新技术的好奇心，或者说，对“面”的好奇心一直都是很高的。经常有工程师自发用新技术去尝试新的可能性。有工程师为了某技术去恶补数学的。