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如何做一流的研究

朱文武博士是计算机多媒体与通信领域的专家,他基于近二十年的科研经历,与大家系统地分享了个人的治学经验。在他眼中,做研究就像爬山,成功登顶一流的研究,是方向与毅力的结晶。

从研究生阶段开始算起,我已经在计算机多媒体与通信领域做了近二十年的“研究工兵”了。做研究是我一直乐此不疲的事业,它源自于从小就树立起的当科学家的梦想。最近十几年中,由于工作的需要我前后指导了很多学生做研究,看到他们在学术上的成长和科研上的进步是最让我感到自豪的事情。对于一名学生如何起步做一流的研究,也是我非常乐意与朋友们探讨和分享的话题。

在谈怎样做一流的研究之前,我想先谈一下怎样认知自己和怎样在研究中发挥自己的优势(这一点不仅仅对研究实用,对一个人的职业成长也有用)。我觉得在确立研究事业或者任务之前,每一个人都最好去审视一下自己,达到一个对自己能力和兴趣的最好认知,在西方国家把这一过程称之为Identify your strength。通过分析自身的强势在哪里,对哪些方面更有兴趣,能力在哪方面,然后确定比较喜欢的能发挥自己优势的研究课题。我觉得做研究要积极与自己的优势相结合,并努力挖掘自己认知方面的潜能,这样才能在研究中发挥自己的优势。

做研究就好比爬山。首先,你必须热爱自己所从事的科学研究工作,就象爬山运动员首先必须热爱爬山运动,这是非常重要的一个前提。比如,我自己非常喜欢视频通讯,虽然我在纽约理工大学读博士期间导师分给我的论文题目是用激光成像探测肿瘤(因为这个题目有奖学金),可我对视频通讯有浓厚的兴趣,就一直利用其它时间从事视频通信的研究,这样相当于3年里我做了2个博士论文。另外,扎实地学好一些基础学科和掌握英语等语言技巧也是从事研究工作的必备条件。立志做研究的人,最好在数学、英文、逻辑思维能力等方面打下坚实的基础。从我个人的亲身经历而言,学好数学和英文对我的确是非常受益的。比如,我在伊里诺斯理工学院读硕士时,我的导师 (Nicklos Galatasnos和Aggelos Katasaggelos教授)是希腊人,希望能用数学来证明我们提出的图像复原理论。于是我花了几个月推公式证明了我们的观点,后来在世界上顶尖级学术杂志上发表了这个理论。

在开始做一个研究之前,选好一个题目和方向至关重要,就像爬山运动员确定爬山的方向及目标。一个好的题目和方向怎么选,这里面有很多的学问。当然,在大方向的把握上,导师的宏观指点会对你最初研究思路的展开起到拨开云雾的作用。要珍惜每一次与资深专家交流的机会,多听听领域内最前沿的技术讲座,这样才能有机会了解到领域内最好方向的研究题目。比如,1997年随着互联网的发展,视频在互联网上的传输是当时非常重要的方向及研究题目。当时视频在互联网上的传输都是block-based, MPEG4是scene-based,于是我认为MPEG4在互联网上的传输可能会具有突破性。当时我就找了张亚勤谈了我的想法,亚勤对这个想法给予了非常的肯定并进一步进行了方向的指导。我和亚勤的研究成果在2000年IEEE Transactions on Circuits and Systems on Video Technology (电路与系统视频技术学报) 发表,后来这篇文章获2001 IEEE Transactions on Circuits and Systems on Video Technology最佳论文奖。再举一个例子,随着无线通信的发展和互联网的成功,亚勤、我和张黔认为视频在移动互联网是当时发展的趋势,因为无线信道特性和功耗具有极大的挑战,于是我们选无线互联网视频通讯为主要研究方向并指导学生展开MPEG4在无线互联网上的研究工作,结果这篇论文发表在IEEE Journal of Selected Areas on Communications(多媒体通信专辑)并获2004 IEEE Communications Society (多媒体通信专业委员会)最佳论文奖。

在大方向明确了之后,在选题时你还要学会站在前辈巨人的肩膀上去做研究。这一点及其重要。在这个领域这个课题到底发展到什么程度了,已经有哪些方法出现了,还有没有可以突破的地方,哪里有。因此,在进入一个领域之前,要做一个详细的论文研究综述出来,才能知道这个领域内最前沿的技术是什么,大家讨论最多的热门课题是什么,他们是怎么做的。俗话说磨刀不误砍柴工,我一般会指导学生花1-2个月的时间仔仔细细地做一遍综述。否则,盲目的开始就会导致做了一段时间后发现这个其实与别人的很相似或别人已经做出过一些成绩了,以致造成了很多无用的重复劳动。

等到把综述都缕清楚之后,就要对综述进行适当的整理和归类。通过对综述的分析,弄清楚哪些方法能解决哪些问题,我们要研究的问题用什么方法才能解决。前人的研究方法之间,又有着怎样的优缺点。当你对自己的研究课题及别人的方法有个大致的了解的时候,你就会明白你的课题到底会有哪些区别于前人的独特贡献,方法上又有怎样的不同。你的独特贡献到底是什么。基本上,思考到这个程度的话,你就能选出一个比较好的题目。因此,确定一个与别人不同的有创新的题目非常重要,是一个很需要时间投入的过程,我往往会鼓励学生花2-3个月时间把题目想清楚,而不要急着进去。

选好研究方向和题目后,下面就是怎样解决问题。做研究一般有两种解决问题的思维方式:一种是从深度上去纵向延伸,沿着一个方向突进,把这个问题解得越来越好。这种思维一般是循序渐进式的,比如先找方法A, 能提高多少,然后又找方法B, 又能提高什么,然后再发展到方法C,不断优化下去。大部分研究者会习惯于采用这种循序渐进的方法。这种方法让我们每一次在改进的过程中都能有所提高。另一种思维就是从广度上去拓展。在这个学科和领域里面,借用其他学科和领域的方法加以解决,这种大胆的创新往往能找到很大的突破。用其他领域的方法来解决这个领域的问题,这个是需要很广阔的知识面的。我知道的很多杰出的研究都是在这种思维方法的指导下完成的。这种创造性的研究工作很有用。我自己无论是在求学时,还是在工作中,都很愿意跟不同学科的人交谈来丰富自己的知识和视野。我当年在研究院工作的时候就跨越了2个方向,进行了1次的转型:当初我在研究院最先是在亚勤的指导下从事多媒体通信研究工作,后来亚勤让我在研究院重新开辟了一个新的研究组——无线与网络组。上面所提到的这2种解决问题方法都非常重要,都会把你带向成功。

掌握解决问题的方式和方法后,剩下拼的就是功底和持之以恒的精神,就像定好爬山的目标和路线,剩下就是不屈不挠的攀登。当年在研究院时,Harry经常用打井挖水的道路鼓励我们的研究员做研究要有持之以恒的精神:不要没看到水就轻易地放弃,然后再换个地方继续挖,又没见到水,再换地方挖,这样子永远也见不到水。而是要沿着一个地方往深里凿,坚信方向不要轻易放弃,直到挖到水为止。

总结来说,做研究就像爬山,首先要定好方向和目标,选好题目,然后就持之以恒去努力和攀登,这样就会成功。正像马克思所说,在科学上没有平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点。

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本文选自《微软的梦工场》,本书出版于2008年微软亚洲研究院建院十周年之际,汇集了众多研究员、管理者的成长足迹、科研征程,展现了技术创新、企业文化、管理理念、人才培养、职业规划、奋斗励志、文化碰撞等方面诸多鲜活的事例。

作者简介:

朱文武,微软亚洲研究院多媒体计算组高级研究员。1999年至2004年在微软亚洲研究院分别担任网络多媒体组项目负责人及无线网络组主任研究员。2004年至2008年任英特尔中国通信技术实验室总监兼首席科学家。2008年至2009年任微软亚洲工程院首席架构师。朱博士是美国电气电子工程师学会院士(IEEE Fellow),他在多媒体通信与网络及互联网/无线通信与网络等研究领域发表国际论文200余篇,拥有国际技术专利50余个。