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甲子光年创始人兼CEO张一甲

作者 | 张一甲、甲子光年智库团队

11月14日,2020「甲子引力」大会于北京召开。开幕式上,甲子光年创始人兼CEO张一甲(甲小姐)为逾千名各界来宾带来了《2020中国数字经济55个判断:命运与共,大道不孤》主题报告。

分贝通作为受邀企业出席会议。

张一甲从微观、中观、宏观出发,以一年、十年和百年为尺度,带我们测量了我们所处的这个时代。

一年可见草木枯荣。疫情当前,全球放眼望去,中国是一个例外。中国成为2020年唯一正增长的主要经济体,并持续吸引全球资本巨浪涌入。中国企业不仅正加速数字化转型,也大刀阔斧地拥抱创新发展。

十年可见产业变迁。疫情加快了历史周期性的变迁。张一甲结合中国经济发展、人口结构和社会现象,阐释了中国目前所处的阶段性国情。

百年可见文明盛衰。信息技术的演变和推进,带来了数字经济的蓬勃发展,人类文明将在从工业经济走向数字经济的康庄大道上奋勇疾驰。

张一甲将中国当下的发展称为“一场没有模仿对象的深刻转型”,这对科技企业来说,既是机遇也是挑战,科技企业需要突破重围。

最后,张一甲回顾了2019年的25个产业趋势预判,并提出了2020年中国数字经济的55个判断。从行业发展的整个生态观察,到对超过2000家企业数字化的实勘调研,再到对于企业转型与发展过程中的反思,张一甲用55个犀利判断洞察了数字经济的机遇和挑战。

以下为报告演讲实录(精华版):

一、世界的转变:确定的和不确定的

各位好久不见,希望别来无恙。2020年,每一场这样的相聚都来之不易。2020年,对于每一个希望对未来做出判断的人而言,可能都难上加难。

这是我们共同经历的2020年:风起云涌,一言难尽。

有段子来形容这魔幻的2020年:“上半年我们先后见证了1918年西班牙流感式的疾病,1929年式的大萧条,1968年式的黑人大骚乱,2000年式的科技股泡沫,以及2008年式的金融危机。”

人类100年的风云变幻,就这样浓缩在了2020年上半年。在我们子孙后代的历史教科书上,2020年一定是一个“知识点”极为密集的一年。

今天,大家用周末的时间一早来到这里,我相信除了对甲子光年的关心之外,心中还会有一个共同的追问:在巨大的不确定性中,什么是我们可以抓住的主线?

在去年的甲子引力报告中,我说了这样两句话:

短期是复杂的,长期是简单的。

真相是复杂的,真理是简单的。

时间会抹平很多噪音,呈现出真正的规律。当我们面对短期巨大的不确定性时,拉开历史的尺度去看,会清晰很多;当我们面对扑朔迷离的现象时,抓住关键的本质,会帮助我们理解全局。

一年可见草木枯荣,十年可见产业变迁,百年可见文明盛衰。因此,在我们今天开始阐述具体的55个判断之前,让我们先一起花一些时间,用1年、10年、100年的尺度,去测量一下我们所处的这个时代。

1年的尺度:此刻的变局

首先,我们锁定1年的尺度,看一看此刻的变局——今年有哪些大变量。

2020:世界的深度衰退和「中国例外」

国际货币基金组织(IMF)在2020年10月13日发布了《世界经济展望陈述》,最核心的信息在这样一张图中:

一个数字是“-4.4%”:IMF估计,2020年全球经济将萎缩4.4%。这个增长率是什么概念?是自20世纪30年代大萧条时期以来,最严重的经济倒退。众多经济学家判断,世界经济将长期“三低”:低增长、低物价、低利率。印钞票都印不出通胀来,甚至出现负利率。此时此刻的世界经济,很难有经济学流派可以站出来解释,我们很少见到反通缩的理论。

另一个数字是“+1.9%”:中国经济将增加1.9%。这意味着,中国,将成 2020年唯一正增长的主要经济体。

2020:Long China成为大资本共识,万亿资金正在涌入中国

大家应该还记得上半年美股的戏剧性熔断和反弹。新冠疫情爆发之后,人们纷纷把钱从股市拿出来,美国股指大跌,熔断四次;但很快,股市就恢复了。为什么?人们发现钱没地方去。又一起买股票,好歹可以把报表上浮亏拉上去。今年美国股市走出的V型曲线,是资本找不到出路导致的。

和美股动荡相比,另一个现象值得关注:今年,上千亿美金境外资本正在流入中国,西方大资本正在增持中国的债券和股票。而这个数字,会在未来五年内达到万亿美金。

资本看多中国,是因为和其他主要经济体相比,中国经济在今年显示了独特的韧性。

当然,一方面离不开政府防疫的行政效率,社会的治理能力和全民的抗疫决心,另一方面,我们能够快速实现经济“转正”,其实是靠中国自身的全球供应链地位来顶住的。

各项指标来看,生产端的恢复,比消费端做得好。疫情来了,东南亚、印度等新兴工业国的产能垮掉了,疫情将原来的低端制造业从中国向印度、东南亚的转移进程打断了。在四五月全球疫情大爆发时,我们成了全球范围内少有的、能够提供可靠产能的国家,很多订单从印度跑回中国,出口超出了原来的想象;同时因为全球抗击疫情需要,中国对外出口的医疗用品也爆发性增涨。

所以,对于中国的增长,我们不能盲目乐观:这个订单回流的趋势,不是历史的大势,是历史的阶段性刺激使然

中国经济已经和世界经济联系在一起,中国经济想独善其身是不可能的。对未来中国经济的回升,还是要看国际大形势

2020:“上翻”的世界,改写的时空观

疫情期间,整个世界都在“上翻”,从教育,到办公,到直播带货,到在线医疗,我们的时空观一下子被改写了。

时间上,我们从“八小时制”变成了“自由连接体”;空间上,我们的“数字分身”同步或异步地发生交流。

时空观是人类最大的习惯,而习惯具有不可逆的特性。今年的疫情,让人们经历一个全员的、全体系的、全生态的、长周期的远程工作模式和生活模式强切换。疫情打破了过去的惯性,而一旦一个东西被线上化,就再也很难回归线下常态。

2020:云与数字化,一键加速6年

还有一个段子,说谁推动了数字化转型?

一家国外云通讯厂商Twilio最近对2569名企业决策者进行了关于数字化转型的调查:数据显示,COVID-19将公司数字通讯战略的全球平均速度提高了6年。

物理世界的隔离,推动了数字世界的建设。疫情让很多企业意识到,数字化不仅仅是“降本增效”的问题,而是“生死存亡”的问题。数字化的地位发生了根本性的变化

2020:大国重器与基建狂魔

2020,还有一个大变量,如火如荼的“新基建”。科技作为大国重器成为全民共识,获得直接投资上万亿。短期,新基建是为了稳增长;中期,新基建会成为十四五的重要内容;长期,新基建代表了中国未来发展的大方向。

2020:科技为A股注入新鲜血液

2020的另一个变量是,一级市场的头部科技企业纷纷加速上市。今天很多坐在现场的朋友,不能上台发言,为什么?缄默期,正准备上市。

这两年,我国资本市场改革步伐持续加快。从去年的科创板开板,到今年的创业板注册制“靴子”正式落地,注册制进一步推动了“资本”+“科技”的融合,缩短了科技企业接触公开资本市场的进程,特别是研发周期长、需要大量资本支持的高科技行业,是注册制的最直接受益者。从半年报来看,科创板及创业板注册制首批公司业绩普遍向好。我们有理由相信,A股的科技投资主线将持续强化

2020:“哑铃效应”愈发明显

而对于那些离上市还有点远的科技企业而言,情况可能就没那么乐观了。今年,“哑铃效应”格外明显。

企业端,资本涌向头部,2020年注册成立的科技公司,已经倒闭了6000多家。

人才端,一头,是“体制的诱惑”重新上演,国考人数创造新高,大型企业更受求职者欢迎。另一头,是大规模的自我就业与零工经济——你要么给我高度保障,要么给我高度自由。这的确让中小企业的境遇更难受了。

从企业和人才来看,工业时代的商业组织形态正在经历解构与重塑。

10年的尺度:周期的演变

如果从1年的尺度看,似乎刚才发生的一切,是历史巨大的黑天鹅和偶然性使然。然而,拉长维度看,刚才我提到的所有变量,其实都是历史的必然,只是今年加快发生了

接下来,我们从2020年当下的视角,切换到10年维度的视角:理解周期,理解此时此刻的历史进程。

这是一张中国人口年龄结构图。大家可以看到一个明显的趋势:老龄化。

改革开放创造的中国经济奇迹时期与成年型人口年龄结构的“历史性相遇”

改革开放以来,中国已崛起为世界第二大经济体,其中一个重要增长动力是人口红利

人口,从供给端意味着劳动力,从需求端意味着市场。

上图可以看到,改革开放创造的中国经济奇迹时期,与成年型人口年龄结构在时间上和空间上历史性相遇。这真的是一个绝佳的“天时地利人和”:人口的机会窗口、改革开放的政策体系、全球化等国际经济环境,三者叠加在一起,让我们收获了人口红利,获得了巨大的经济飞跃。

老龄化与现代化赛跑的关键时期

然而,这个人口红利期已经过去了。

衡量老龄化的国际通用指标是这样的:

65岁及以上的人口占比达到7%,是老龄化社会;

65岁及以上的人口占比达到14%,是老龄社会;

65岁及以上的人口占比21%,是超老龄社会。

而中国的这个比例,已经在2000年到达了7%,进入了老龄化社会;2022年将超过14%,正式进入深度老龄社会;再过20年将进入超老龄社会。

老龄化意味着什么?年轻劳动力越充足,经济发展的潜力就越大;人口结构老化,经济活力就会下降。

传统意义上讲,劳动、土地、资本是增长的三个基本要素,在土地和资本既定的条件下,人口老龄化意味着劳动力减少,经济产出和财政收入减少,于是国家经济投入的能力降低;与此同时,老年抚养比提高,需要投入更多的医疗、养老等基础设施和服务,经济增速减缓和支出增加形成尖锐的矛盾。

进一步讲,老龄化不可怕,可怕的是“未富先老”。

2019年中国65岁及以上人口占比达12.6%,美日韩老年人口比重达12.6%时人均GDP均在2.4万美元以上,而中国仅1万美元——发达国家的老龄化是“先富后老”,我们的老龄化是“未富先老”,中国人口的老龄化进程,超前于经济发展的进程

所以,我们绝对不能盲目乐观。中国能否跨越中等收入陷阱?这是一个还没有定论的事情。

“中等收入陷阱”的原本涵义是指,很少有中等收入的经济体成功地跻身为高收入国家,它们往往陷入了经济增长的停滞期——既无法在人力成本方面与低收入国家竞争,又无法在尖端技术方面与富裕国家竞争。

中国能否避免“未富先老”,能否尽快跨越中等收入陷阱?这将取决于中国今后的发展模式。

对于2020年的不确定性而言,老龄化是一个确定的趋势。这更加告诉我们:“人口要素”优势下降,“技术创新要素”权重越来越大。

年轻一代:从“不生孩子”到“少买房子”

再看一件事:年轻一代和前辈们有什么不同。

中国房地产需求的历史最高峰是什么时候?是80后结婚的十年——他们要买婚房。然而现在90后、00后不仅人数少,而且不爱生孩子。90后比80后少了23.24%,00后比80后少了35.96%——必然,对新房子需求量的增长趋势会下降。

现在,造出来大量房子已经不是为了住,而是为了金融炒作,房地产已经过度金融化

现在就可以理解中央为什么对房地产这么绝情了,前阵子,央行提出了3条红线,对于3条线都超标的企业给予红牌警告,严格控制资金流入。为什么?因为房地产现在是中国最大的风险。金融机构抵押物75%以上是房地产。如果房价跌,金融机构坏账率就会明显上升,这是很可怕的。

中国可能是全世界第一个对资产价格泡沫动手的国家。这一次,中国的宏观调控,要率先与西方分道扬镳——先解决资金脱实向虚的问题,再解决资金能否实现科技创新的问题。

综上所述,这就是我们从10年尺度上看到的周期:老龄化的确定性;新冠疫情的不确定性;现代化临门一脚的关键时刻——这些是中国当下最最重要的国情。

百年的尺度:文明的进程

让我们继续zoom out,从百年的尺度看一看。

我们都很熟悉四次工业革命。

四次工业革命,前两次(蒸汽革命和电力革命)是围绕“能源”展开的(蒸汽和电力),后两次(信息革命和智能革命)是围绕“信息”展开的。

去年和吴军老师聊天,他的总结很好:能量和信息是衡量人类科技进步的两把标尺——两个文明的竞争,比的就是哪个文明更擅长使用能量和信息。

科技的演进:一是能量利用效率越来越高的过程,二是不断用信息去代替能量的过程。

摩尔定律的本质,是单位能量的产出不断提高,获取信息的成本不断降低。因此,理解“能量”和“信息”,就可以理解,科技和人类文明演进的方向。

从能量到信息,人类改造自然从直接走向间接:信息对人类未来的发展,越来越重要。

人类社会信息载体的演变

毫不夸张地讲,没有对信息的驾驭,人类就不会成为人类。智人在与其他人种竞争中胜出的根本原因在于,智人率先在语言和信息交流上实现突破,建立了新的思维和沟通方式,形成了一种超凡的“信息认知”和“信息驾驭”能力。

信息技术信息经济数字经济

从上世纪40年代开启,我们先后经历了信息产业的大变革。信息最开始是技术,然后成为重要的产业,再然后开始外溢到更大的范畴。我们从信息技术,迎来了信息经济,又走入了数字经济。

“数字经济”概念现在已经成为主流的说法,是因为它不仅仅指信息产业本身,也指的是,信息外溢到各行各业,引起的更加综合的,更加影响深远的化学反应。

按照信通院最新的统计口径,2019年,数字经济,已经占到我们GDP的36.2%。数字经济已经成为拉动经济增长的重要引擎。

当下中国数字经济发展的核心任务是什么

今天在座的80%以上的人都是新一代科技创业者和企业家,大家此时此刻面对的议题是类似的——我们都在面对一场没有模仿对象的深刻转型。我把所有的问题,分成三类:

第一,如何认识?我们怎么看待整个市场,如何理解此刻的“时代坐标”?

第二,如何实践和决策?有没有符合新一代科技周期的“方法论”?

第三,如何评价?怎么样面对新一代科技产业建立合适的价值、价格“评价体系”?

首先我们谈“如何认识”。过去三年,甲子光年对数字经济的理解也经历了框架的演变

2018年的甲子引力,我们谈的是一维模型“T2B2C”,以线性逻辑理解科技赋能产业的通用规律;

2019年的甲子引力,我们谈的是二维模型“科技产业棋盘”,科技端有非常多不同的层次,产业端有不同的场景,他们纵横交织成产业互联网的棋盘,让我们看到市场融合过程中的“复杂性”,也在这张棋盘基础上总结了去年的25个判断;

而今年,我们感受到的是,二维棋盘也不能表达此刻数字经济的核心框架。此时此刻,科技和科技之间,产业和产业之间,产业链上下游之间,科技链上下游之间,都在同步发生着非常灵动、复杂的化学反应,构成了一个三维模型“生态坐标”

X轴是不同行业:地产、金融、教育、医疗、安防、汽车、制造、农业、零售……

Y轴是不同环节:采购、研发、生产、财务、人力、营销、客户关系管理、投放……

Z轴是不同技术层次:云端芯片/模组/服务器、混合云、私有云、公有云、中间件、操作系统、数据库、加密、安全、边缘AI芯片/模组/服务器、终端AI芯片/模组、智能终端、区块链、IoT、卫星互联网、5G……

每一个我们研究的案例,追问的趋势,都发生在这个坐标里,并且牵一发而动全身地,影响着它的上下左右。用这样的坐标,可以帮助我们看待每一个玩家的机会,演进的路径,可能的市场规模,和可能遇上的对手。

去年回顾:2019年的25条判断

去年的甲子引力,我们做了25条判断,很多科技公司CEO和我表示很喜欢,所以如果甲子光年发展顺利的话,我希望这样的判断可以年年进行下去。抛砖引玉,寻找共识和反对的声音,然后一起修正我们的认知。

接下来,让我们进入到今天的正题:中国数字经济的55条判断。

我将从生态的观察、实勘的结果、值得的反思,三个维度,去展开这55个判断。

判断1:要素比特化:新的经济范式已开启

今年4 月 9 日,新华社正式刊发了中共中央、国务院《关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见》。这是中央发布的第一份关于要素市场化配置的文件,具有重大意义。国家已经明确,要进行市场化配置的要素主要有五种:土地、劳动力、资本、技术、数据。

数据正式成为了生产要素,这是一个很重要的信号。

农业经济时代的要素是土地、劳动力、技术。

工业经济时代,在此基础上增加了资本和新技术。

数字经济时代,在此基础上增加了数据和新技术。

这意味着,新的经济范式已经开启——“经济产出”等于“生产函数”作用于“土地、劳动力、技术、资本、数据”。数据作为一种要素,将和土地、资本这样的要素相提并论,带来无限的想象空间。

判断2:数据与传统生产要素存在本质区别

作为一种全新的生产要素类型,数据与传统生产要素存在着本质区别,决定了数据要素市场具备相应特性:

(1)无限性:可复制、可共享、 无限增长和供给;

(2)非竞争性和非排他性:一个使用者对数据的利用,并不减少数据对其他使用者的供应,这和其他要素非常不同;

(3)法律属性和权属界定不明确:过去的要素之间的交易方式是交易“所有权”,现在这种传统交易方式变得难以施行。以强调静态归属和排他性效力为核心的传统产权理论,已无法直接适用于对数据价值归属的判断;

(4)虚拟性:看不见、摸不着;

(5)多样性:不同的数据有不同的价值,不同的形式。一方面,怎么打通一起用?另一方面,导致了数据隐私与安全问题愈发突出;

(6)高时效性:每分每秒时刻在变化;

(7)价值不存在于数据本身:数据要作用于其他事物上才能发挥价值,掌握大量的原生数据本身并没有价值,真正有价值的是对数据进行分析挖掘后得出的数据产品和应用模型;

(8)价值实现上有聚合性:数据的价值在实现上有聚合性,1+1大于2,多个数据聚在一起才能发生真正的价值, 规模化才能创造价值;

(9)价值难以事前预估:在你看到这个数据之前,你怎么知道这个数据对你价值多少?当你掀开这个数据的幕布之前,你不知道这个数据对你有没有用。

这9个特征,对我们提出了很多值得思考的方向:

也许应当以服务而非所有权转移的形式完成交易;

也许应当建立专业性的大宗数据资源的聚合平台;

也许应当建立数据分类分级保护制度。

判断3:“数据要素市场”亟待建立

改革开放初期到现在,我们的商品和服务价格,已经从97%以上由政府定价,变成97%以上由市场定价,技术要素市场、劳动要素市场和金融要素市场都发生了巨大的变化。相应地,数据要素市场亟待建立,正在发生。

举个例子,上半年甲子光年有一篇文章叫《兼职“车模”,横店群演的AI新工作》,横店演员公会中,已有约75%的群演参与过AI数据的采集。过去很多影视剧在横店拍,然而很多群演在疫情期间没有影视剧去演,他们就开始给自动驾驶厂商模拟开车,提供各种各样的数据,提供数据生产要素,这就是数据要素市场开始建立的征兆,春江水暖鸭先知。

判断4:互联网巨头的下一个千亿战争:崛起的超级数据中心

正因为数据要素市场的巨大看点和云计算的快速增长,可以预见,数据中心将成为下一个十年科技巨头争夺的新重点。

数据中心的需求与总数据处理需求、数据处理集中度成正比,与单体数据处理能力成反比。

5G将进一步催生海量的数据处理需求;而摩尔定律正遭遇瓶颈,换句话说,数据量增加的同时,单个服务器处理数据的性能增长却在变慢——只能靠建更多数据中心来解决

今年,在新基建的政策加持下,科技巨头已不满足于“隔岸观火”,从过去以租赁数据中心为主到开始在这一领域亲身试水,不仅自建数据中心,更染指设备的自研,且投入金额巨大:

腾讯5年投5000亿、阿里3年投2000亿、百度10年内将服务器规模扩展到500万台……轻资产的互联网科技巨头扎入数据中心这个重赛道,背后折射的,是科技巨头全面押注云计算的决心。

这个赛道很有看点,未来的超级数据中心产业,很可能会成为工业时代的汽车产业。

过去100年里,汽车产业对整个社会经济的推动作用是无出其右的。一辆汽车,涉及成千上万个配件,对制造工业有着极强的带动作用,车市也被看做全球经济的晴雨表。看上去一台服务器跟一辆汽车相差甚远,但实际上服务器也同样有着极其复杂繁多的配件,而且其对创新的要求更高。

判断5:第五代计算平台正在崛起:“人”首次不再成为数字化的必经环节

平均每12年左右,都有一代新的计算平台出现。每一个新的计算平台,都“数字化”了更丰富维度的信息。

第一代平台是从IBM开始的PC机,它数字化了文档的处理。

第二代平台是苹果和微软开启的数字化了整个企业内部的【信息流通和信息管理】,提高了办公室效率。

第三代平台是PC互联网,第一,数字化了全球基于文字和图像的信息传播;第二,它数字化了人的兴趣和人的意图。这就是为什么广告和电商本能地适合互联网,因为有了兴趣和意图,有了商业的信息,我们可以做匹配;第三,它数字化了人的社交关系,社交网站在PC互联网诞生。

第四代平台是移动互联网,在PC互联网的基础上,数字化的范围开始大规模扩张,从数字化文字和图像记载的信息开始转向数字化人的日常生活(社交、出行、支付),大大推广了数字化的范围。到这一步,“人”还是数字化的“必经环节”,但不一定再需要主动做事。

第五代平台是AI+边缘计算+5G,数字化的程度和规模将大规模提升。我们不再用手指、鼠标键盘输入信息,而是用传感器;我们也不再用图像显示器让人来看信息,而是直接用传动器。

值得一提的是,前四代计算平台,“人”在其中都起着核心作用,是人把对世界的观察用文字和图像来数字化,或者人的行为数字化。但第五代计算平台开始——人放弃了主角地位。这会让数字化的想象空间大大增加。

判断6:“镜像效应”正在扩大:比特世界和原子世界同源同步,商业正在变聪明

在这样一个充分数字化的世界,“镜像效应”开始出现,并逐渐扩大:数字化正在支撑数字系统和现实世界同源、同步。同源数字孪生让所有的商品变得可感知、可交互、可连接、可追踪。

在这个商业当中,数字世界和物理世界二者是同源同步的。什么叫“同源同步”?

举个例子:今天A商品从仓库出库,有一个工作人员把这个行为输入在计算机里“A商品从仓库出库”,这个还是依赖于人记录的,不叫“同源同步”,如果他撒谎了呢?弄错了呢?

“同源同步”指的是,A商品从仓库出库的瞬间,由于智能OS、GPS定位、传感器等技术,这个信息被自动记录在电脑里面,被自动记录在网络上,随着商品的流转,一切轨迹同源同步出现在数字世界里,这才叫真正的同源同步。

这就构成了一个更聪明的商业,比特世界和原子世界同源同步——决策者可以直接开启上帝视角。

判断7:“数字原生”时代到来:数字链条逐渐延长,物理链条逐渐缩短

进一步,我们就迎来了数字原生时代。

老一辈是“数字移民”(Digital Immigrants),因为出生较早,在面对数字科技、数字文化时,必须经历并不顺畅且较为艰难的学习过程。

新一代是“数字原生”(Digital Natives),他们一出生就面临着一个无所不在的网络世界。数字化生存是他们从小就开始的生存方式。

对于数字原生时代的人们而言,我们出门不带手机就感觉有点寸步难行:手机可以被看作我们进入数字世界的一个窗口。通过手机,我们可以向数字世界发出各种请求调度我们物理世界的资源为我们所用。

数字原生时代,人、数字世界、物理世界构成三角关系,数字链条驱动物理链条。

今天用户通过手机平台进入数字世界,在滴滴应用中发送订单。滴滴平台通过选择最优执行路径,把订单发送到滴滴司机那里。然后司机在物理世界中把驱车到用户起点。随着有辅助的无人驾驶技术的成熟,这个数字世界的运行链条会继续延长,数字平台可以直接把无人车派送到用户的起点。

数字原生时代到来,各行各业都是如此:数字链条逐渐延长,物力链条逐渐缩短。

判断8:企业创新试错成本降低:从实验验证到模拟择优

数字世界和物理世界形成镜像效应有什么好处呢?试错成本大幅降低

正因为刚才说的“镜像效应”,原来你想去造一个东西,要做很多实验,很费钱,很容易摊到巨大的产品成本当中,而在数字世界,你可以通过非常多的模拟方式进行试错,大大降低了创新的成本。

举个例子,从1970年到2000年,向太空发射一公斤载荷的成本相当稳定,平均每公斤1.85 万美元。SpaceX 每公斤的成本仅为2720 美元。为什么?火箭发动机研制成本的75%在于“试验、失败、修改”,SpaceX在产品开发早期阶段,通过数字空间的模拟仿真,大幅降低了研制成本、缩短周期,提高研发效率和产品质量。

这对所有企业来说,是一个切实的好处。

判断9:价值诞生逻辑改写:从“供需逻辑”,到“产消合一”

除了试错成本大幅降低,数字经济产业链价值还有另一项特殊性。价值诞生的逻辑打破了原来的供需关系,是“产消合一”的:

原来一个东西我是供给方,你是需求方;数字经济,你消费的数据也反哺给了我,产消合一,数据的消费者即生产者——每个人一边消费一边生产,消费越多,资源总量越大。

梅特卡夫定律告诉我我们:一个网络的价值与联网的用户数的平方成正比。数字经济价值呈现指数型增长,这进一步推动了数字经济快速成长。

判断10:数字经济核心商业模式:XaaS,一切皆服务

一方面,如前所述,数据要素的特性,决定了以“所有权转移”为基础的传统交易方式变得难以施行;另一方面,智能化不是空中楼阁,要从信息化、数字化做起,脏活儿、苦活儿、累活儿都需要做,没有“服务”很难直接卖“产品”。

所以,数字经济的核心商业模式也就随之改变——我们买卖的不能是数据本身,我们买卖的是服务。服务正在成为整个数字经济最核心的商业模式,现在几乎所有公司都在定位为“服务”公司,XaaS,一切皆服务。

此刻,数字化转型解决方案供应商快速兴起,多类角色争相成为“赋能者”:传统产业龙头、互联网巨头、传统IT领域的软硬件企业、新型科技公司。

判断11:硬件产品“软件容器化”:将重塑价值体系

还有一个趋势,硬件产品的“软件容器化”。

随着装填在硬件产品里面的数据、算法越来越值钱,硬件慢慢变成了软件的容器,越来越多的产品价值由软件功能驱动,这将改变硬件产品的价值构成,重塑价值体系

很多年前有一个概念“软件吞噬世界”,什么意思?客观物质世界运行——运行规律化——规律模型化——模型算法化——算法代码化——代码软件化——软件不断优化创新反哺物质世界创新。

硬件产品的软件容器化,最直观的例子就是汽车。

仅仅数十年前,大约90%的车辆价值来自硬件和基本电气部件,主要包括动力传动系统、悬挂系统、车身结构及内部功能。与此同时,只有10%的价值存在于软件和控制模块中。在不太远的未来,软件和数字技术预计将占到汽车价值的一半左右。

炒股的朋友都知道特斯拉的股票表现。特斯拉从销量来看,远不及三大汽车厂,但他的市盈率是三大汽车厂平均水平的61倍。比亚迪、蔚来汽车、小鹏汽车、理想汽车,都在很在很短时间内超过了传统头部主机厂。为什么?当你看待特斯拉的时候,你把它当作汽车还是当作新的数字空间?它给你的想象力到底是作为汽车属性的想象力,还是新的数字空间的想象力?

从信息时代至今,创新发展的大逻辑都是“硬件突破——软件拾取内容红利”:在每一轮硬件进展后,内容创新、模式创新将带来更汹涌的机会。

判断12:“深井时代”开启:数字产业化占比逐年下降、产业数字化占比逐年提升

另一个判断,深井时代开启,数字化的浪潮已经行至深处。按照最新数据,从数字经济的内部结构看,数字产业化占比逐年下降、产业数字化占比逐年提升,更强的增长动力来自产业数字化。

很多人以为数字经济等于“新经济”,错了,数字经济等于“新经济”+“旧经济的新空间”,后者是这一轮数字经济更大的增长动力。

这张图是今年腾讯发布的用云量的变化。今年上半年用云量增幅相比去年上半年是78%,但是移动数据的流量,移动的应用,移动的交易,增长比例都没有这么高。这意味着什么?数字化的底层增长速度比靠近C端用户层的增长速度更快,数字经济增长动力是“自下而上”的——数字化层次越靠近底层,增速越快。

判断13:数字经济催生商业生态系统全面重构,“生态位”决定企业能否做大

数字经济催生了商业生态系统全面的重构。

刚才展示三维数字经济框架的时候,上面写了“生态坐标”,为什么用“生态”这样的概念?

此时的数字经济越来越像生物学上自然的生态,越来越符合演化的理论。这不再是简单的还原论的世界,再也不是简单的因果逻辑鲜明的世界,而是非常灵动、复杂的生态构建过程。

原来在我和科大讯飞执行总裁胡郁先生的对话中,他提到了一个有趣的观点——新一代科技企业的野心:要么,你有机会去构建一个新生态,在新生态里成为控制环节的co-founder之一;要么,你提前预判、快速适应新生态,在新生态系统中找到一个稳固有利的位置。而一个公司的大小取决于三个东西:

第一,你所在的生态系统本身够不够大?

第二,你离这个生态的控制节点有多远?

第三,在你所在的环节,有多少家公司在做这件事,能做这件事?越多公司能做,你能做大的可能性越小。

当一个生态在重构的时候,每一个企业都需要建立“生态思维”,以此衡量自己的选择。

判断14:物联网时代的单品终端境遇不同:大C终端强势,小C“卖场”强势

在这样一个生态中,我们一起看看C端和B端的机会。

先看C端。物联网时代的单品终端究竟会是什么境遇?你首先要知道这个C到底是什么样的C。

To C产品分两种,一种是大C,一种是小C。大C往往是工具性产品,好就是好,不好就是不好,一定会同质到几家,比如汽车、家电、PC、笔记本、手机;但比如家具、玩具,就是小C——有些行业你永远没法垄断,因为用户要的就是多样性体验,很难用单一标准衡量,这时做C端不一定比做卖场有优势,比如国美、苏宁、红星美凯龙。在小C的生态里,反而是渠道或服务起重要作用。

工业机器人也许是大C,目前四家掌握核心垄断性地位(ABB、发那科、库卡、安川);而消费机器人,更可能是小C。大C和小C就意味着这个生态系统的“控制节点”是不一样的。大C生态系统的控制节点就是终端,汽车产业链最牛的就是做汽车的,手机产业链最牛的就是造手机的;而如果是小C产业链的玩家,做小C不如做平台、卖场、渠道。

判断15:企业面临二选一:平台化or被平台化;集成or被集成

再看B端。在这样一个新的生态系统中,B端企业面临二选一,要么自己平台化,要么就是被平台化,要么集成,要么被集成。

平台成为数字经济时代协调和配置资源的基本经济组织。目前全球市值最大的20家数字企业中,有40%拥有基于平台的商业模式。

目前,公有云巨头都集成了不同的生态:企业用户生态、分销伙伴生态、开发者生态、服务与应用生态、安全建设生态。所有巨头公司都在积极成为“新底座”,而很多中小企业此刻的机会在于接入主要的平台生态,构建毛细血管——前者解决通用性的基础设施问题,后者解决终端客户的需求多样性的问题。

判断16:生态化发展的必要性:只有足够“包罗万象”,才能满足足够多的“奇形怪状”

很多人可能会想,我凭什么要到人家的生态发展?我想自己做。生态系统是必要的吗?生态化发展是必由之路吗?

答案是必要的。正如刚才我们所展示的三维坐标,数字经济的经济系统变得越来越复杂:客户的个性化、产品的复合化、场景的多元化、供应链的复杂性。此时此刻正在进行数字化转型的行业、场景、环节是多种多样的,终端客户的需求是变化万千的,一个公司不可能去满足所有的客户需求,甚至无法满足一个客户的全部需求,只有大家抱团取暖,变成足够包罗万象的供应体系,供应联盟,足够的供给端的“包罗万象”,才能满足足够多的需求端的“奇形怪状”,这就是生态化发展的必要性。

判断17:产业链关系从“零和博弈”到“正和博弈”:data 正在吸引 data,服务正在吸引服务

工业经济时代,作为价值创造的主体,企业从上游购买原材料,加工后再向下游出售产品,是线性的价值创造模式,企业经营的目标是消灭竞争对手,并从上下游企业中获取更多利润;而在数字经济的价值创造不再强调竞争,而是共建共赢的生态系统。

此时此刻科技公司与科技公司之间的关系正在从“零和博弈”进入“正和博弈”:大家发现,你自己拿订单或者我自己拿订单,都不如咱们俩加起来拿订单拿的更多一点——客户需要的是更加综合、全栈的投入,单个公司是很难搞定的。生态各方之间,不是“加法效应”而是“乘法效应”,融合是大势所趋,海量数据沉淀为对不同场景的理解,服务的越多,理解的越多,可服务的越多——data靠近data,服务吸引服务,而一个更加“灵动”的生态,会成为客户更好的选择。所以,当一个生态开始形成的时候,势必会越来越大,越来越吸引其他零星的玩家。

判断18:云计算的角色上移:从治理工具到治理思维,从生产力到生产关系

在过去十年的云计算发展中,企业上云经历了基础IT要素上云、业务系统上云、企业间云端互联三个阶段,随着数字化转型进程的加速,企业进入上云的第四个阶段:全面上云。在这样的过程当中,云计算不再是工具,而上升到“治理思维”,对客户的影响也从生产力扩展到生产关系。

判断19:从业务向云,到云向业务:从业务理解技术,到技术理解业务

几年前企业上云,可能云是很强势的:我是这样的规矩,你来适应我;而今天,我们看到的趋势从“业务向云”到“云向业务”,云计算的姿态在发生变化:我的技术理解你的业务,因为我灵动,所以我来适应你,而不是你适应我。

刚才讲的是生态的观察。接下来我们讲实勘的结果。

今年甲子光年做了一件事:

我们的记者深入访问了超过700位数字化的供应端的科技行业CEO,我们智库分析师团队做了覆盖超过2000家数字化的客户端的企业的问卷调研,得到了一揽子的判断。

首先我们感知一下数字化的水温。

判断20:格局远未定,深海有珍珠:云计算与信息化仍处于赛程早期

从2018年至2020年,在我们的调研样本中,终端企业上云比例从11.7%上升到了16.6%,这是一个不错的增速;但另外一方面我们也要意识到,“格局远未定,深海有珍珠”——很多人觉得云计算炒了这么多年,还有什么看点吗?事实上,中国云计算实际拿下的市场也就是几百亿,云计算仍然赛程的早期

判断21:企业高度依赖供应商,蛋糕正在变大

调研还告诉我们,企业但凡涉及数字化转型,基本上一定要依赖供应商——96%的企业都会借助外部供应商来帮助自己进行数字化转型,而且预算逐年增加。

判断22:选供应商看什么?更看重效果而非价格

选供应商看什么?我们收集并统计了不同维度的要素。TOP3要素的共性是“效果”。过去大家会认为经济实惠重不重要?在这里,实勘数据告诉大家,对于数字化而言,企业更看重的是效果而不是成本。

判断23:对供应商的要求:大企业要持续服务,小企业要“保姆”

客户对供应商有什么要求?500人以上的大企业要的是“持续的服务”;500人以下的中小企业要的是从战略到执行的全方位的“保姆”。

判断24:数字化触点正在下沉:从“领导需要”到“中层需要”,从“判断与决策”到“执行与建设”

数字化的触点正在下沉。服务触达的主要对象,2016年大部分是高层管理者,现在更大部分是中层管理者——数字化正在从“领导需要”下沉到“中层需要”,从“判断与决策”下沉到“执行与建设”。

判断25:数字化的内在动机不同:主动的大企业:高瞻远瞩看利润;被动的小企业:水来土掩谋生存

大小企业数字化的内在动机是不一样的。大企业的考虑更加高瞻远瞩,利润驱动;小企业更多是风险驱动,水来土掩谋生存。

判断26:客户重点考虑因素:制衡机制、客户体验、组织架构

在数字化时重点考虑的要素,我们把所有数字化相关要素全部列在一起,让大家选择和排序,得出TOP3要素是:第一,制衡机制和指标怎么制定;第二,客户体验如何改善;第三,组织架构是否要优化。

判断27:数字化的7大准备工作:脑袋容易身体难,战略容易执行难

企业数字化涉及七大准备工作:资金预算、关键人员保障、技术与供应商选择、设置专门岗位推动转型、相关业务模式流程的优化、顶层方案的设计、组织达成共识。

为什么说数字化的“脑袋容易身体难”?我们可以看到,大家做的比较好的准备工作是在顶层方案设计和资金预算方面,也就是说,不缺钱、不缺顶层设计;但是在组织共识、关键人员保障、专门岗位推动、模式流程优化上的准备是不够的,“战略容易执行难”。

判断28:数字化转型最核心目标:盈利

数字化转型最核心的目标是什么?答案很简单:盈利。数字化的目标是很务实的。

判断29:谁是关键推动角色?大企业更靠业务端;小企业一把手独享话语权

在企业数字化转型的过程中,谁是关键的推动角色?从实勘结果来看,大企业更多会有独立的数字化执行官;中小企业往往还是一把手独享话语权。

判断30:资金预算给了谁?一半是“买东西”,一半给了人和服务

资金预算给了谁?所有客户方的钱,一半给了系统建设的支出,也就是说一半用来“买东西”;另外一半是数字人才的支出和服务与咨询的支出。

判断31:越是小企业,越依赖外部服务

另一个结论是:小企业相比大企业更依赖服务。很多供应商的打法是,给大企业定制化服务,给小企业标准化产品,这里就存在着供需之间的矛盾——大企业有足够的专业岗位,而小企业更依赖你。

刚才感知了数字化的水温,接下来我们继续看,数字化的行动。

判断32:企业行动侧重点:小企业着力于机制建立,大企业已开始业务转型

在行动侧重点方面,小大企业不同,小企业更着重于机制的建立,而大企业已开始业务的转型——大企业和小企业相比,在数字化的行动方面,行动更靠前一步。

判断33:企业最拥抱的数字化应用:离客户越近,应用越火爆

企业数字化相关的应用种类有很多,到底他们最拥抱的应用是什么?

在这次实勘中,我们把所有企业拥抱的不同环节的数字化进行了统计和整理。图中,白色是2019年的数据,紫色是2020年的数据,横轴表达的是他们对这些应用的关注度,纵轴表达的是实际渗透率。我们特别在意那些关注度足够高,渗透率在快速上涨的应用——关注度足够高,表明有未来的发展潜力,渗透率增速足够高,表明增幅足够快。

结果表明,最突出的看点是两个应用:一个是营销与线索管理,一个是订单与收费管理。这说明什么?企业最拥抱的数字化应用是离客户近的应用。大家的关注点更靠近外在“需求侧”,而不是内部的“治理侧”和上游“供给侧”——越离客户近,他们越需要数字化的应用。

判断34:实践结果超预期吗?外部容易内部难

那么,数字化的实践效果如何呢?

图中可以看到实践效果和预期的对比。其中,实践和预期差别最大的有两个,“优化生产计划”的实践效果是显著低于预期的,“全产品生命周期优化客户体验”是显著高于预期的。这就和判断33形成了很好的呼应,靠近客户的应用效果更容易超出预期——客户觉得,投入在CRM或者是营销管理上还是不错的,而如果某个应用是为了解决生产的问题,解决供应链的问题,往往效果不如预期——改外部容易,改内部、改上游非常难,越靠近客户越容易。

判断35:数字化的下一步:大型企业看数据,中小企业要灵活

数字化的下一步做什么?大企业更看重数据管理能力,小企业更看重企业的敏捷性。

判断36:如何看待新技术?关注是都关注,真正切入的还很基础

客户有多看重新技术?实勘表明,不同新技术大家都关注,但真正切入的是还很基础:就是“大、智、移、云、物”——大数据、人工智能、移动互联网、云计算、物联网。

穿透三大行业看数字化的真相

接下来,我们进入数字化的三个重点行业:建筑业、地产业、TMT行业。

判断37:大湾区与长三角高度活跃

长三角大湾区高度活跃,也就是两大工业重地高度活跃。

判断38:三大行业数字化的内在动机不同:制造业看重“柔性”,地产和TMT更看重利润

三大行业数字化的内在动机不同,制造看重“柔性”,地产和TMT更看重利润。

判断39:三大行业数字化就绪程度迥然不同:地产行业最有钱,但执行能力最欠缺

相比之下,地产行业的资金预算是最足的,但执行能力是最欠缺的——相关业务流程模式的优化、组织的共识等等是很欠缺的。

判断40:三大行业的数字化预算流向不同:TMT行业更亲近云,制造业与地产业更传统

从预算流向来看,TMT行业更亲近云,制造业、地产更亲近于传统IT。

判断41:三大行业实践数字化的服务诉求不同:制造业更依赖“个性化”支持;三者都渴望咨询服务

三大行业对数字化服务的诉求是不同的,制造业更依赖“个性化”支持,而三个类型的企业都非常渴望咨询服务。

判断42:三大行业实践数字化措施各不相同:供应商打法也应“入乡随俗”

而详细去看三大行业实践数字化的措施,是非常不同的,这里我不展开讲了,只想提醒一下,对于一个科技公司来说,服务三个行业,你的打法一定要入乡随俗,因为客户的需求是隔行如隔山的。

最后,是给科技厂商的几个小建议。

判断43:广告投在哪?客户也是人:“两张网”本质是“一张网”

广告往哪儿投?企业用户端最重点关注的渠道是移动化的社交媒体——微信、微博以及自己的圈子。这是什么意思?虽然大家在做产业互联网,但是“产业互联网”和“消费互联网”本质是一张网,客户是B,也是C,真正要影响他们,靠官网也好,搜索引擎也好,传统渠道也好,都是非常低效率的,更重要的还是C端圈层的营销。

判断44:获客最短路径:尊重现有供应商,求合作而不是夺食

另一个十分重要的问题是,客户最终是通过什么渠道购买数字化产品服务的?这意味着获客最短路径。在我们的调研中,大比例胜出的,是“现有供应商提供的升级服务”。

这意味着,当企业选择数字化转型时,他们大比例会选择从现有的信息化升级。

所以,对于新一代科技厂商而言,你不要总想着直接颠覆那些已经在为他们提供信息化服务的供应商,你要想尽办法和他们进行合作,想尽办法借助他们这么多年来已经形成的客户信任和客户关系,和他们一起帮助他们的客户从信息化升级到数字化——客户的建立需要时间的积累和沉淀,与其横刀多食,不如通力合作。

判断45:该秀的肌肉:长板必须长,短板不能有

还有一个判断,考核供应商时,客户最关注的信息维度是什么?答案告诉我们,长板必须要很长,短板是不能有的——你要有很好的产品和服务的供给能力,同时,要极力避免“数据迁移难”和“计费方式不灵活”的问题。

以上是实勘数据的概览,时间有限,想了解详情,可以关注我们后续的报告推送。接下来,是一些值得反思的问题。

判断46:“交付”的考验:1亿收入很容易,10亿收入难上加难

一个核心关键词是“交付”。

有时跟一些To B公司的朋友聊天,饭桌上大家依次自我介绍,“我是做销售的”,“我是做产品的”,轮到说“我是做交付的”,大家就苦笑一下,意味深长。

有位做交付的朋友非常语重心长地跟我说,我们卖服务、卖产品的时候,“销售”的角色就是把客户的期望抬高到100%,“交付”的角色就是在漫长的服务当中把客户的期望降到50%,这就是交付岗位的作用和尴尬。

对于新一代科技企业而言,1个亿的收入是容易的,10亿的收入是很难的。但凡你的技术不错、团队不多,磕几个客户,几年之内就可以做到1亿,但从1亿到10亿是非常难的,交付能力跟不上是核心的问题。从1亿到10亿,背后需要的功力是指数级的差别。客户期望的管理,组织能力的建设,是两大核心议题和共同考验。

判断47:中国企业下一个成就国际化品牌的机会:依然相信硬件的力量

刚才我们提到软件正在吞噬世界。在互联网浪潮席卷世界的当下,很多人看衰硬件,但是在出海这件事上,可能要另外考虑。

出海不是出国。软件企业出海很难,因为严重依赖本地化服务。有一个段子,一个APP出海到阿拉伯国家,阿拉伯人的书写方式是从右往左,这就导致了当地用户认为评分中一星是最高分,于是很多阿拉伯用户在Google Play中给产品写下“very good”,然后打一星;相比之下,硬件出海反倒有优势——譬如,我们的华为和大疆。硬件,一旦产品力做到绝对的说服力,相比软件和服务,更容易扩张。

因此,我们有理由相信,中国企业下一个做国际化的机会:硬件。

举个例子,自动驾驶激光雷达领域的企业禾赛科技,目前已经有大于一半的收入来自海外市场。

我问他们的创始人:为什么你们可以做到这一点?

对方的答案很简单:“产品力。”从一开始,他们就没有只定位在国内市场,就是冲着全世界最好的产品去做的。

这是硬件的机会——专注产品,可能你的市场会比做软件和服务更容易规模化。

判断48:数字经济呼唤“信任”:从“熟人社会”到“契约社会”

To B时代什么最贵?信任。

“信任”这两个字,有它的深意——如果我们两个人关系很熟悉,我们之间不叫信任,叫关系;信任是即使我们不认识,也有规律和机制,让彼此有合作的默契。

中国几千年来的农耕文明形成根深蒂固的圈层社会和熟人文化,西方是大航海时代带来的陌生人社会和契约文化,后者更习惯于“契约”。而随着我们的时空观打开,贸易往来伙伴增加,我们不可能停留在农耕时代的熟人关系。此刻的生态,一荣俱荣,一损俱损。如果我们要真正做到全球化,需要融合欧美开放的信用体系。中国的企业家、创业者们要从全球角度看科技产业,懂得全球化的商业合作规则,建立全球化的信用。因此,此时此刻新一代中国科技企业是否可以真正意义上构建出一个信任主导的生态,一个信任主导的系统,使我们可以真正被更多人所认可、所承认,这是一个很值得思考的问题。

判断49:生态呼唤“科技向善”:生态化发展如果不恪守边界,就是对生态最大的破坏

生态呼唤科技向善,这个议题是想说给科技巨头听的。生态化发展如果不恪守边界,就是对生态最大的破坏。

此时此刻,巨头都在底座化,平台化,如果底座不恪守好自己的边界,就会发生一个现象:我把底座打好了,上面有很多人在我的底座上做了一个又一个应用,但我们一看某个应用比较受欢迎,我就把底座抬高一点,把这个应用直接纳入我的体系,那原来做这个应用的企业就完蛋了。这个现象时有发生,可是这样的事情一旦多起来,这个生态就会有巨大的破坏——如果合作伙伴都没有利润,你怎么给用户最好的体验?如果别人都玩不下去了,这个生态体系就不成系统了。

越是巨型数字经济体,越是需要恪守生态的边界,做生态就要有生态的气度。此时此刻的巨型经济体正在奔向万亿市值,所以他们的一举一动,他们的做与不做,也是我们需要追究、探讨、讨论的。

判断50:警惕决策过度依赖数据:人的归人,机器的归机器

数字经济是真正意义上的机器文明,但机器可以做的事情是有边界的。不能因为我们高度数字化,而忘记了我们应该承担的主观义务——人的归人,机器的归机器。在数据之外,我们还有很多事情需要去思考和作答。

在这样的数字经济时代,有的时候我还是会警惕过度的依赖数据。数据在这个世界上不是解决所有的问题。从哥德尔不完备定理开始,我们就应该知道,数学是不完美的,计算是不完美的。

在所有问题当中,只有一部分是数学问题;数学问题当中,只有一部分是可判定问题;可判定问题当中,只有一部分是有答案的问题;有答案的问题当中,只有一部分是可计算的问题;可计算的问题当中,只有一部分是工程可解的问题;最后,才是人工智能的问题。

前阵子听一个朋友说,这个时代很多年轻企业家, 你不给他数据,他是很难做决定的,这是值得反思的现象——这一代企业家身上,是否少了一些中国第一代企业家的魄力、勇气、眼光、决断力和在行业里摸爬滚打产生的直觉?

有时候我也会提醒自己,创业:脑力、体力、心力、定力,四个力缺一不可,脑力和体力机器可以帮我,但心力和定力是机器不可解的。

判断51:试错是必由之路,拥抱错误,并从错误中成长起来

还有一个反思,是关于错误的态度。事实上,恰恰是对挫折的过度反应成就了创新。

进化是怎么发生的?进化来自于错误。是因为变异,有了错误,才有自然选择,才有优胜劣汰。所以科技公司试错,应该是一个主动的事情。无论是政府也好,资本也好,媒体也好,社会舆论也好,多去鼓励试错,少去因为试错恶语相加——在创新背后,试错就是原本的驱动力。对于新一代创业者而言,要大量试错,在试错中成长起来。

对整体上强于模仿,弱于创新的中国,最大的范式转换就是要开始深刻体悟创新的高成本和高风险,在实操上做好预案,在心态上给予包容。

判断52:没有唯一正确的道路可言,没有绝对正确的答案

新一代科技企业面对无数选择问题:聚焦单点or全栈都做?大客户or小客户?轻资产vs重资产?

事实上,没有唯一正确的道路可言,没有绝对正确的答案。此时此刻很多科技公司在前行路上面临的问题,不是一个惊天动地的大问题,而是一万个复杂的小问题——一个惊天动地的大问题也许可以靠神丹妙药,一万个复杂的小问题就没有正确可言了。

就像一个小寓言“布里丹之驴”——一头又渴又饿的驴,在同等的距离外,左边是水,右边是食物,如果它高度理性,做决策谨小慎微,它就挪不动脚步——选左边选右边都不是理性最优解,它犹豫不决,反倒饿死渴死了。这个时候,还不如随机推它一把。

企业决策也是如此,所以,如果你真的不知道该怎么选,你就扔个筛子,努力做就是了,因为每一条路都有可能跑出来。

判断53:道路很长,第五代计算平台绝非终点

刚才说到,每一代计算平台都数字化了不同维度的信息,此刻我们处于第五代计算平台,事实上,第五代计算平台绝非终点:

区块链,数字化了信任,降低了交易成本;量子计算,数字化了更微观的世界,可能带来IT基础设施的新一轮革新;脑机接口,数字化了大脑的活动行为、思维等等……这一切都将开拓崭新的、高价值的商业应用和社会价值。我们还有很多事情没有做完。

判断54:科技伦理:警惕算法的偏见,警惕困住我们的“系统”

今年有两篇文章让我印象非常深刻,一篇是《外卖骑手,困在系统里》,一篇是《抖音内幕:时间熔炉的诞生》,这两篇文章我看了之后想了蛮久。从某种意义来说,技术有可能是中性的,但算法可能是有偏见的。我们要时刻警惕算法背后是否有这样的偏见——不是我们发明了算法和信息,很有可能我们反被它们困住。智慧带来的问题,需要更大的智慧才能解决。

判断55:新一代科技企业应该主动承担商业之外的使命

新一代科技企业的特点是,它们与国家战略强相关,也背负了很多商业之外的使命。

当然,在今天所描述的数字经济之外,还有很多使命,也有人在不断实践:生物科技,给我们更长、更好的生命体验;能源技术,让我们摆脱化石能源的桎梏;气候环保,让我们对抗全球变暖的威胁;星际探索:带人类寻求更广阔的生存空间……我们还有太多的故事没有讲完。

一次科技产业的“零碳会议”

因为这一点呼吁,我也告诉大家一个好消息,今天的甲子引力是中国首个科技产业的零碳会议,这个屏幕中间是我们得到的碳中和证书:

“2020甲子引力通过良之零碳研究院与清华大学全球化研究中心共同助力,实现了本次峰会碳中和。本次会议所有不可避免的排放将通过购买经上海碳排放交易所认证的碳指标CCER来抵消。感谢致力于中国碳中和研究的中立伙伴——良之零碳研究院与清华大学全球化中心,帮助本次会议实现碳中和。

这可能是一件非常小的事情,但是我们也愿意用小的事情来表达我们对行业的呼吁,我们在做很多的小事的时候,我们也可以捎带做一些商业之外的努力。

推荐一本书,泰格马克写的《生命3.0》,书中对生命的进程做了三阶段归类:

生命1.0是发源于约40亿年前的生物阶段,在它的有生之年都无法重新设计自己的硬件和软件,只有进化才能带来改变

生命2.0大约从10万年前开始,即人类诞生以来的文化阶段,在这个阶段,人类可以重新设计自己的软件,比如学习语言、技能等复杂的能力,也可以重塑自己的世界观和目标。

生命3.0是一个由人工智能重塑的科技阶段,在这个阶段,生命不仅能极大程度地重新设计自己的软件,还能重新设计自己的硬件,而不必等待进化的恩赐。

很多研究人工智能的专家认为,它可能会在一个世纪内降临,甚至可能会出现在我们的有生之年。我们没有理由不严肃地、认真地思考这一切。

去年大会的结尾,朋友们应该还记得屏幕上的四个字“不负文明”。

最近我时常在想,什么是文明?究竟是科技的飞速进步对世界的改变,还是在动荡的万物流转中守住我们的不变?

90年代,曾在中国引起未来学狂热的阿尔文·托夫勒有一个基本预言:人类在数亿年演化中形成的深层心理结构不可能在数十年里快速改变,于是人们能容忍的环境变化程度小于人类创新活动实际带来的环境变化,从而会引发一次深刻的总体性的危机。

科技很快,人性很慢。单一的技术迷信,并不能解决年轻人亲密关系的困境。当我们的能力开始去触碰“进化的权利”,我们需要始终思考——我们手中的权利,将带领我们走向何方。

从这个意义上讲,我们的确是真正的命运共同体——我们正处于人类文明的拐点。所有产业链正在重塑,我们在共生演化,人与人一起,产业与产业一起,人与机器一起,老一辈与年青一代一起。

文明是我们永恒的主题。此时此刻,我们处于风云变幻的数字经济时代,我们可以感觉到时代前行的滚滚齿轮,与此同时,我们也已置身于巨大的风险之中。文明在进步,不能让科技的变化改变了我们内心最想守护的东西。

命运与共,大道不孤,不负文明,方能不负卿。

1999年,第21届国际计量大会把5月20日设立为“世界计量日”,以纪念1875年“米制公约”签署,这项协议为后来国际计量标准的统一奠定了基础。在国际单位制中,为了纪念那些伟大的科学家做出的贡献,许多单位用了他们的名字作为单位名称,其中与电磁学直接相关就有10位。今天,在这个特别有爱的日子里——让我们看看与生活息息相关的电磁学单位,以及它们背后科学家的故事。

撰文 | 流熵、刘景峰

因发明元素周期表而闻名世界的俄国化学家门捷列夫(Дмитрий Иванович Менделеев )曾说过:“没有测量,就没有科学。”计量正是关于测量的科学,是实现单位统一和量值准确可靠的活动,也是支撑社会、经济和科技发展的重要基础。

麦克斯韦的思想使计量单位进入新时代

计量单位又称测量单位,是用来度量、比较同类量大小的一个标准量或参考。比如,比较质量时我们用“千克”,比较长度时我们用“米”等单位。而法定计量单位则是国家以法令的形式规定使用的计量单位。

我国是世界上最早统一度量衡的国家之一。秦始皇统一中国后便颁发了统一度量衡诏书,对长度、容积、质量做出了精准定义,制定了一套严格的管理制度,结束了原来各战国之间的混乱、多样的计量单位,方便了国家治理和民间生产生活往来。而同时期的古埃及、古罗马等国家也都发明了各自的计量制度。彼时,国家之间来往尚不密切,科学技术发展还在初始阶段,计量单位不统一、不精确的问题对当时世界的发展造成的困扰尚不明显。

然而,进入近代社会以来,尤其近两百年来,计量单位的统一及精确度的需求大大提高。各国之间交往越来越频繁,各领域科学技术大爆发大发展,工业化程度越来越高,这些都需要统一及精确的计量单位作为支撑。

为了适应工业生产科学技术和国际贸易的发展,保证世界范围内计量的统一,法、俄、德等17个国家在1875年5月20日签署了一项以“米制”为基础的国际公约。成立米制公约国际组织后,各国的计量单位制取得巨大突破,后来越来越多的国家加入米制公约,世界范围内计量单位逐渐走向统一。这一时期,电磁学刚刚完成了电学、磁学和光学的统一,与计量体系不断完善之路同行,以奔涌之势把近代科学乃至人类文明带入了前进的快车道。

一米的长度最初定义为通过巴黎的子午线上,从地球赤道到北极点的距离的千万分之一,后来以这个长度制作了国际米原器——铂杆。而时间的计量单位,最初从人们认识“一天”开始,基于地球公转太阳的周期来定义。虽然,这种以地球的大小和运动作为计量基础的方法赢得了当时世界范围的共识,但随着天文学和地理学的发展,人们认识到这个基础并不是永久而牢固的。

中曾指出:“从数学的观点看,任何一种现象的最重要方面就是可测量的问题。”他不但对计量的科学价值高度重视,还提出了提高计量精度的革命性思想,改变了计量的发展方向和历史进程。他说:“如果希望得到绝对恒久的标准,我们不能以地球的大小或运动来寻找,而应以波长、振动周期和这些永恒不变的绝对数值,来寻找这些永恒不变且完全相似的计量单元。”[1]

麦克斯韦利用电磁波(光波)的波长测量距离和频率定义时间的理想,虽未能在他所生活的时代实现,但他这一科学预言极具震撼力和前瞻性。电磁波的基本公式(传播速度=波长×频率, c=λf ) 不但揭示了电磁波速度的恒定值与波长和频率的关系,还揭示了空间(长度)和时间(频率)之间对应与统一的联系。

1967年召开的第13届国际计量大会[2]对秒的定义改为:铯133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时所对应辐射电磁波的9,192,631,770个周期所持续的时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的,而且所在的环境是零磁场。这就是我们通常所说的国际原子时,原子钟的精度可以达到每100万年才误差1秒,直到现在 “秒”的定义仍由铯原子喷泉钟保持。

20世纪70年代,由于激光技术的发展,光速的测定已非常精确。1983年国际计量大会重新制定米的定义:“光在真空中行进1/299,792,458秒的距离”为1标准米。麦克斯韦的思想突破了技术条件的限制,他的计量预言在身后一百多年得以完美实现。从这个角度可以说,麦克斯韦及其电磁学思想,把科学与计量从牛顿力学时代引向了量子时代。

1999年,在第21届国际计量大会在法国巴黎召开,为了使各国政府和公众了解计量,鼓励和推动各国计量领域的发展,加强各国在计量领域的国际交流与合作,大会确定每年5月20日为世界计量日。今天恰逢世界计量日,本文通过梳理电磁学中的计量单位,和大家一起回顾电磁学的发展历程,向伟大的科学家们致敬。我们共梳理出10个电磁学计量单位,其中前7个为电学基础单位,后3个单位则用在磁学和频率的计量中,分为前后两篇文章进行介绍。

根据国际计量大会规定,现在通行的国际单位制(SI)[3]有7个基本单位,它们好比七块彼此独立又相互支撑的“基石”,通过这7个基本单位能够导出所有其他的物理量单位,构成了国际单位制的基础。同时,为了方便使用,1993年国际计量大会又规定了19个具有专门名称的SI导出单位。


表1:国际单位制中的7个基本单位


表2:部分国际单位制SI导出单位

在科学史上,为了纪念那些做出重大贡献的科学家,以他们的名字来命名国际计量单位已成为一种惯例,也是至高荣誉。在电磁学领域,有10位科学家的名字作为了国际单位制计量单位,他们是:安培、库仑、伏特、法拉、欧姆、西门子、亨利、赫兹、韦伯和特斯拉。正是这些彪炳史册如雷贯耳的名字,奠定了电磁学乃至现代科学的巨厦之基,他们的成就如同璀璨明珠几乎串联起了整部电磁学史。今天让我们透过这些名字来探究其背后的电磁学发展之路。

电流(I)的单位:安培(符号A)

安培是国际单位制中7个基本单位之一。当初引进安培这个单位就是因为随着电磁学的发展,原有的基本单位(长度、时间、重量等)已经不够用了。如果仍然用原来的基本物理量推导出其他物理量,不仅繁琐,而且会推导出荒谬的结论。因此,在1881年国际电学大会[4]上正式决定增加个基本量:电流强度(I),并把它的单位命名为安培(A)。

1836),是法国著名的物理学家、化学家。在家庭的影响下,安培自幼开始自学数学、拉丁文、历史、哲学等,尤其在数学方面更是有着异人的天赋。安培对自然科学有着近乎痴迷的学习热情,从那个有名的小故事中我们就能看出他对自然科学痴迷程度。为了不让别人打扰他,安培在自己家的门口写了“安培不在家”的提示牌。一天,他从外面走路回家时,头脑中还思考着自己研究的东西,结果自己走到门口时,叹了一声,“哎,原来安培不在家啊。”于是他扭头又走了。

1820年7月,丹麦物理学家奥斯特通过一个无意的实验,即奥斯特实验,发现了通电导线的瞬间会使磁针发生偏转。正是这个实验揭开了电磁学的大幕,人类开始深入了解并研究电与磁之间的关系。


当时45岁,已经是法兰西科学院院士的安培马上意识到这是个重大的发现,他立刻开始重复奥斯特的实验,并进一步深入拓展,总结出了“安培定则”。安培定则1:用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流方向,那么弯曲四指的指向就是磁感线的环绕方向。安培定则2:用右手握住螺旋线管,让四指指向螺旋线管中的电流方向,则拇指所指的那端就是螺旋线管的N极。因此安培定则也叫右手螺旋法则,是我们高中物理必学的内容之一。



同时,安培证明了安培力定律:两根平行通电直导线,电流同向时,相互吸引;电流反向时,相互排斥。他还总结出两个电流元之间的作用力正比于它们的长度(ΔL1, ΔL2)和电流强度(I1,I2),而与它们之间距离(r)平方成反比,即著名的安培定律。当两导线平行时,公式可以简化为F=K*(ΔL1I1)(ΔL2I2)/r2。奥斯特发现了电流对磁体的作用,而安培发现了电流对电流的作用,这无疑是巨大的突破。


国际单位制中安培的定义也先后发生过几次改变。1908年在伦敦举行的国际电学大会上,定义1秒时间间隔内从硝酸银溶液中能电解出1.118毫克银的恒定电流为1安培。1948年,国际计量委员会给出安培的定义为:在真空中,截面积可忽略的两根相距1米的平行且无限长的圆直导线内,通以等量恒定电流,导线间相互作用力在1米长度上为2×10-7牛时,则每根导线中的电流为1安培。2018年11月16日,第26届国际计量大会通过“修订国际单位制”决议,将1安培定义为“1s内(1/1.)×1019个电荷(电荷的定义及计量见下文)移动所产生的电流强度”。此定义于2019年5月20日世界计量日起正式生效。

1820年,安培首先引入了电流、电流强度等名词,还制造了第一个可测量电流的电流计。此外,安培还提出了分子电流假说,他认为,电和磁的本质是电流。1827年他的《电动力学理论》一书出版,该书被认为是19世纪20年代电磁理论的最高成就。


电量(Q)的单位:库仑(符号C)

库仑(Charlse-Augustin de Coulomb,)是法国著名的物理学家,早期研究静电力学的科学家之一。他因发现静电学中的库仑定律而闻名于世。库仑定律指两个电荷间的力与两个电荷量的乘积成正比,与两者的距离平方成反比。该定律也是电学发展史上的第一个定量规律,它使电学的研究从定性进入定量阶段,是电学史中的一块重要的里程碑。

18世纪初,虽然人们对静电已经有了一定的认识,如英国人格雷(Stephen Gray )在1720年研究了静电的传导现象,发现了导体和绝缘体的区别;美国的富兰克林(Benjamin Franklin,)提出了正、负电荷的概念和电荷守恒原理,但都基本都只限于定性认识,很难开展定量研究。这是由于静电力非常小,在当时没有测量如此微小力的工具。库仑就是这时候天才般的发明了扭称实验,通过这个实验得出了库仑定律。


图6:库仑扭称实验示意图

库仑所用的装置如下:一个玻璃圆缸,在上面盖一块中间有小孔的玻璃板。小孔中装一根玻璃管,在玻璃管的上端装有测定扭转角度的测微计,在管内悬一根银丝并伸进玻璃缸内。悬丝下端系住一个小横杆,小横杆的一端为木质小球A,另一端为平衡小球,使横杆始终处在水平状态。玻璃圆筒上刻有360个刻度,悬丝自由松开时,横杆上小木球A指零。

库伦使固定在底盘上的小球C带电,再让两个小球A、C接触后分开,以致两个小球均带同种等量电荷,两者互相排斥。带电的木质小球A受到的库仑斥力产生力矩使横杆旋转,悬丝也扭转形变产生扭转力矩。因为悬线很细,作用在球上很小的力就能使棒显著地偏离其原来位置。当悬丝的扭转力矩和库仑力力矩相平衡时,横杆处于静止状态。

库仑改变底盘上带电球C和横杆上带电小球A之间的距离,作了三次记录。第一次,两球相距36个刻度,测得银丝的旋转角度为36度。第二次,两球相距18个刻度,测得银丝的旋转角度为144度。第三次,两球相距8.5个刻度,测得银丝旋转的575.5度。上述实验表明,两个电荷之间的距离为4:2:1时,扭转角为 1:4:15.98。库仑认为第三次的偏是由漏电所致。经过误差修正和反复的测量,并对实验结果进行分析,库仑终于得到了两电荷间的斥力即库仑力的大小与距离的平方成反比。

其中k是静电力常量,约为9×109N·m2/C2。这个常量并不是由库仑计算得来的,而是由一百年后的麦克斯韦根据理论推导得出的。这和引力常数的得出过程有着惊人的相似!在牛顿发现万有引力定律F=GMm/r2时,牛顿本人并不知道引力常数G是多少,直到100多年后,才由英国的科学家卡文迪许(Henry Cavendish,)通过类似的扭称实验装置计算出来。


图7:卡文迪许测量万有引力示图

而单个电荷量也不是由库仑测得的,但这并不妨碍库仑的伟大。要知道,由于科技水平和物质条件的限制,在遥远的18世纪,库仑就能用这么巧妙的实验装置,放大并显示了这么微小的力,已经难能可贵了。

电量表示物体所带电荷的多少。实际上1库仑(C)的电量是比较大的,因为电荷的电量非常小,一个电子的电量仅为1.60×10-19 C,1C 就相当于6.25×1018个电子带电量。它和我们前面讲过的电流之间的关系是,电量等于电流强度(单位A)与时间(单位s)的乘积,公式表达为Q=I t。因此1C就表示1A电流在1s内输运的电量。1881年的国际电学大会上,电量的单位被定义为库仑。

自然界中基本相互作用已知有四种:万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。强相互作用力、弱相互作用力是一种短程力,其作用距离不超过原子核线度。在微观世界中,万有引力与强相互作用力、弱相互作用力、电磁力相比是可以忽略不记的,比如电子与质子之间的库仑力(电磁力的一种)约是万有引力的1039倍,而强相互作用力比电磁力还要大。因此,在微观领域,起作用的是强相互作用力、弱相互作用力、电磁力。理论认为,强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用可以统一成一种相互作用。而万有引力定律和库仑定律在形式上的相似性,是否意味着这两种作用的某种内在的质的统一性?这还是一个谜,有待人们去揭示。


图8:四种相互作用示意图

电压(U)的单位:伏特(符号V)

Volta,1745年-1827年),是意大利的一名物理学家。在伏特之前,人们只能应用摩擦发电机,再将电存放在莱顿瓶中储存,以供使用。这种方式相当麻烦,所得的电量也受限制。1800年,已经55岁的伏特发明了伏特电堆,其实就是电池,不过在早期是被称为“电堆”,这可能跟它的形状有关(如下图所示)。伏特的这项发明使得电的取得变得非常方便。



图10:伏特亲手制作的伏特电堆

实验中,他把金属银条和金属锌条浸入强酸溶液中时,发现在两个金属条之间竟然产生了稳定而又强劲的电流。于是,他把浸透盐水的绒布或纸片垫在锌片与银片之间,平叠起来。伏特用这种化学方法成功地制成了世界上第一个伏特电堆。伏特电堆实际上就是串联的电池组,也是我们现在所用电池的原型。伏特电池的发明,使得科学家可以用比较大的持续电流来进行各种电学研究。伏特电池是一个重要的起步,它带动了后续电气相关研究的蓬勃发展。

1807年,法国军团征服了意大利,法兰西第一帝国皇帝拿破仑特意在巴黎接见了伏特。为了表彰他对科学所作出的贡献,1810年拿破仑封他为伯爵,并给予了伏特一大笔钱。1827年3月5日,伏特去世,终年八十二岁。为了纪念他,1881年国际电学大会将电动势(电压)单位取名伏特(V)。



图12:伏特为拿破仑演示伏特电堆

电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动,是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。这种差别就叫电势差,也叫电压。换句话说,在电路中,任意两点之间的电位差称为这两点的电压。

在国际单位制中,1伏特定义为对每1库仑的电荷做了1焦耳的功。具体实践来讲,我们在日常生活中会经常接触电压和伏特(简称伏)这个两个名词,可以说所有电器都离不开电压这个基本的单位量。如7号电池上会注明1.5V,表示可以提供1.5V的电压输出;国内的手机、笔记本的充电器上一般都会有“输入AC100-240V”字样,它表示充电器需要插在100-240V的交流电源上;我们轿车上的电瓶电压一般是12V左右。


图13:从左往右依次:7号电池、笔记本充电器、手机充电器、汽车电瓶

电阻(R)的单位:欧姆(符号Ω)

Ohm,),德国的物理学家,因发现欧姆定律而被世人所知。欧姆定律的公式是R=U/I,或U=IR。它表示在一段电路中,电流与电阻的乘积等于电压。欧姆定律以清晰的概念、简明的形式,把握了电路现象的本质和规律;它不仅是直流路计算的基础,也是交流电路及电路微观过程定量关系的客观反映。我们在初中时便都学会了这个简单的基本公式,可在当年人们连电压、电阻这些概念还不是十分清楚的时候,欧姆能够通过实验的方法得出这个定律,是相当的厉害!

欧姆在1813年博士毕业后一直在中学当老师,由于他一直喜欢研究电学和动手制作实验装置,因此他一边教学一边钻研刚刚兴起的电学。当时已经有人开始研究金属电导率,人们发现不同金属、不同长度、不同横截面的金属导体在电路中对电流不同的影响。于是在前人的基础上,欧姆利用库仑在1785年发明扭称实验,伏特1800年发明电池,安培1820年引入电流强度的概念等等,制作了巧妙的测量装置,并经过了大量的了实验、推理、计算,最终于1826年确定了欧姆定律。1881年国际电学大会将电阻的单位定为欧姆(Ω)。



图15:欧姆1826年论文中的实验装置图

我们现在知道,导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。它在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大。电阻也是导体本身的一种特性,与它是否在电路中无关。它的大小与导体的材料、长度、横截面和温度都有关系,其公式为R=ρL/S,其中ρ为导体的电阻率,电阻率与导体的材料和温度有关。随着科学的发展,科学家发现某些物质在很低的温度时,如铝在-271.76℃以下,铅在-265.95℃以下,其电阻竟然变成了零,这就是超导现象。如果把超导现象应用于实际,制成超导材料,将给人类带来很大的好处。比如在电厂发电、运输电力、储存电力等方面采用超导材料,可以大大降低由于电阻引起的电能消耗。再比如,用超导材料制造电子元件,由于没有电阻,不必考虑散热的问题,元件尺寸可以大大的缩小,进一步实现电子设备的微型化。超导材料研究是当今材料科学领域的前沿,必将在未来大放异彩。


图16:西南交通大学搭建的超导磁悬浮列车实验线平台

电容(C)的单位:法拉(符号F)

电容是指容纳电荷的能力,也叫电容量,它是一种容纳电荷的器件,单位用法拉(F)表示。它的数值越大,表示它能装下的电荷越多;数值越小,能装下的电荷就越少。


图17:电容结构示意图

电容器的组成也比较简单,两个相互靠近的导体极板,中间夹一层不导电的绝缘介质,就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时,电容器就会储存电荷。电容器的电容在数值上等于一个导电极板上的电荷量(Q)与两个极板之间的电压(U)之比,用公式表达为C=Q/U。如果一个电容器带1库仑电量时,两极板间电压是1伏特,这个电容器的电容就是1法拉。

前面我们讲电量时提过,1库仑是相当大的电量,由此,1法拉也是相当大的电容。我们实际的电子电路中很少用到法拉(F)这个单位,用到更多的是微法(μF)、皮法(pF)。他们之间的换算关系是:

既然法拉单位这么大,为什么我们法拉定义成电容的单位呢?这要从电磁学的一位大神级人物——法拉第说起。

法拉第(Michael Faraday,),英国杰出的物理学家、化学家。法拉第出生于一个乡村铁匠的家庭,小时候由于家里贫穷只上了两年的小学。辍学后,他开始当报童卖报,当学徒给老板干活。小法拉第特别喜欢读书,尤其是科学方面的书籍,他找到一本读一本并认真思考做笔记,同时他还喜欢听各种学术讲座。在他22岁时,当时英国鼎鼎有名的化学家戴维(Humphry Davy,1778—1829)独具慧眼,招收了这个勤奋好学的小学徒做他的助手。从此,法拉第踏上了探索科学的道路。

1820年,丹麦物理学家奥斯特(Hans Christian rsted,1777-1851)发现了电流的磁效应,这一发现引起了很多科学家的注意。

法拉第在对奥斯特实验进行详细研究后,一直在思考,既然电能产生磁,那么磁也应该能够产生电,但是如何才能够实现呢?终于在1831年8月,法拉第做了一个装置,如下图所示。

他在软铁环两侧分别绕两个线圈,其一为闭合回路,在导线下端附近平行放置一磁针,另一与电池组相连,并接开关,形成有电源的闭合回路。实验发现,合上开关,磁针偏转;切断开关,磁针反向偏转,这表明在没有电池的线圈中出现了感应电流!法拉第发现了电磁感应现象!

在此之后,他根据电磁感应原理亲手制作了世界上第一台“发电机”,这一原型使电能大规模生产和远距离输送成为了可能。电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它揭示了电、磁现象之间的相互联系,并对麦克斯韦电磁场理论的建立也具有重大意义!


图18:法拉第发现电磁感应示意图


图19:法拉第圆盘发电机

除此之外,1837年,法拉第引入了电场和磁场的概念,指出电和磁的周围都有场的存在,这打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念。1881年国际电学大会用“法拉”做电容的单位,就是为了缅怀这个名叫法拉弟的牛人!

电感(L)的单位:亨利(H)

电感表示闭合回路的一种属性。当电流通过线圈后,在线圈中会形成磁场感应,这个感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电感,以符号L表示,单位是亨利(H),简称亨。电感是自感和互感的总称。


电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁芯或铁芯等组成,它能够将电能转化为磁能存储起来,在适当的时候又能释放出去再转化成电能,它的核心作用就是电磁转换。

在前面我们讲法拉第进行电磁感应实验,他所用缠在软铁上的线圈其实就是电感。任何导线在通过电流的时候都会产生磁场,把导体(导线)绕成螺旋状,磁场就会被聚集,绕的圈数越多磁场强度也就越大,产生的能量也就越大,所以电感器的实质其实就是一个被绕成螺旋状的导线。


图21:各式各样的电感

电感L的大小取决于绕线圈数,磁芯的磁导率,磁芯的截面积和有效磁路长度,它不会因为电流或者频率的增高而增大。电感单位除了亨利(H)之外,还有毫亨(mH)、微亨(μH),换算关系为:1H=1000mH,1mH=1000μH。

电感的单位是为了纪念美国著名的物理学家亨利(Joseph Henry ),而以他的名字命名的。在列举了这么多欧洲(德、法、英、意)的科学家计量单位名字后,终于有一位非欧洲的科学家了。


亨利所生活的18世纪早期,世界科学的中心在欧洲。美国当时处在建国初期,主要依靠移植欧洲现有的技术,以及借助欧洲人发现的科学原理开发新技术来发展经济。美国政治家、发明家富兰克林(Benjamin Franklin )进行了轰动欧洲科学界的电磁相关研究之后的70年间,电磁学研究在美国几乎无人问津。同时,美国的科学界也普遍存在着重视技术发明而忽视基础理论科学研究的倾向,但亨利却一直对电磁学非常感兴趣,潜心研究电磁学相关课题。

18世纪初在奥斯特发现了电流的磁效应后,一些科学家开始用通电螺线管使钢针磁化(安培通过这个实验研究出了安培定则,法拉第受这个实验启发发现电磁感应,可见奥斯特的这个实验对后人有多么的启发意义)。1825年,英国科学家斯特金(William Sturgeon,)在一块马蹄形软铁上涂上了一层清漆,然后在上面间隔绕 18圈裸导线,通电后就成了电磁铁,吸起了约4KG的重物。这一实验引起科学家的极大兴趣,亨利正是其中之一。他开始着手改进电磁铁。1831年他成功研制出一个能吸起约1吨重物的电磁铁。

亨利对电磁铁进行了改装。他在小电磁铁附近加一带弹簧的小铁片,弹簧的另一端固定,当电磁铁接通电时,小铁片被电磁铁吸引,切断电源,铁片又被弹摘拉回原处,在这过程中小铁片来回动作,撞击电磁铁发出“滴嗒嘀嗒”的声音。这就是最早、最原始的继电器。继电器对电报的发明极为重要。亨利对电报的发明人莫尔斯(Samuel Finley Breese Morse,),电话的发明者贝尔(Alexander Graham Bell,1847年-1922年)都有过极大的帮助,贝尔甚至说“如果我没有遇到亨利,我可能就不会发明电话了”。



1829年8月,亨利发现线圈在断开电源时产生了电火花。1832年,他在《美国科学学报》发表了题为《关于磁生电流与电火花》的论文,这是关于自感现象最早的研究。他在1835年发表的另一篇论文中还详细介绍了自己关于发现自感实验过程。由于当时没有适当的仪器,他甚至用人体受自感电动势的电击——他称之为“直接受震法”,以验证自感电动势的存在以及感觉它的强弱。

1893年8月,在美国芝加哥召开的国际电学大会上,来自9个国家的26位科学家代表一致通过正式命名“Henry”为电感的标准单位,“亨利 (Henry) ”与“法拉”、“欧姆”、“安培”一样成了世界通用的计量术语。美国人的姓氏被用作科学计量上的标准单位,这在美国科学史上还是第一次。

电导(G)的单位:西门子(符号S)

电导代表某一种导体传输电流能力的强弱程度。电导值越大,导体传输电流的能力就越强。电导越小,导体传输电流的能力就越弱。看到这一物理量,我们马上就会想起另外一个物理量——电阻(R)。电阻表示的是导体对电流阻碍作用的大小。所以我们不难看出,电导和电阻是描述导体传输电流能力的两个不同角度。在纯电阻线路中,电导和电阻互为倒数,其换算公式为G=1/R。

为什么有了电阻后还要有电导这个参数呢?因为在某些场景下,用电导更容易理解和使用。比如,在并联电路中求总电阻,我们需要将各电阻倒数相加再求倒数,而用电导,我们只需要将各电导直接相加就可以得到总电导。再比如我们在测量一些电解质溶液的导电能力时,常用到的参数就是电导率,通过测定电导率我们就可以知道这些液体的导电能力如何,离子浓度甚至含盐量大小。这样更方便我们理解,也更好描述液体在导体方面的特性。


图25:并联电阻计算公式


电导的单位为西门子(S),这是为了纪念德国的发明家、企业家维尔纳·冯·西门子(Ernst Werner von Siemens,)。很多时候,我们会把西门子看成德国的一家大型企业,我们对西门子的印象和认知可能更多的来自于这家企业的产品。的确,这家企业就是由西门子在1847年创立的,至今已有170多年的历史了。目前,西门子公司业务主要集中在信息通讯、自动化控制、电力、交通、医疗系统和照明六大领域,业务遍及全球190多个国家和地区,全球有超过40万雇员。按照2019年其营业收入988亿美元,西门子公司名列世界五百强企业第70位。

西门子生活的时代正是第一次工业革命刚刚完成,人类正在向第二次工业革命进军的时代。以电力技术发明和广泛应用为标志的第二次工业革命浪潮中,西门子无疑是这波汹涌浪潮中最出色的弄潮儿之一。1847年,西门子和哈尔斯克(Johann Georg Halske,)合伙建立了西门子-哈尔斯克电报机制造厂,也就是西门子公司的前身,主要生产西门子发明的指针式电报机。

1853年,他们成功铺设了从芬兰到克里米亚的一万多公里电报线路。1866年,西门子研发出了自激式直流发电机。1877年,西门子对贝尔发明的电话进行改良,产品性能得到了大幅提升,在整个欧洲销量都很好。1880年,西门子在海曼姆工业博览会安装了世界上第一台电梯,取代了原来依靠蒸汽动力的升降机。1881年,西门子在德国建立了第一个电子公共交通系统,使有轨电车成为人类出行的交通工具之一。除了电气技术产品,西门子和他弟弟卡尔·西门子(Carl Heinrich von Siemens)提出了平炉炼钢法,利用高温回热炉把铁砂直接冶炼成钢,革新了炼钢工艺。从那时开始,西门子公司便活跃在电气工程的每一个领域,产品涉及我们现代化的生活方方面面。而西门子最终成为举世闻名的德国“电子电气之父”。


图27: 维尔纳·冯西门子


图28:电气领域无处不在的西门子公司LOGO

[2] 国际计量大会(CGPM):国际计量大会由米制公约缔约国的代表参加,是米制公约组织的最高组织形式。1889年,第一届国际计量大会召开,历届大会会讨论国际单位制(International System of Units, SI制)之改进及推展等事项,审查会员国最新研究发展出来的量测标准等。我国在1977年加入该组织。

[3] 国际单位制(International System of Units ,SI):源自米制,旧称“万国公制”,是现在世界上最普遍采用的标准度量衡单位系统,采用十进制进位系统。国际单位制是国际上通用的测量语言,是人类描述和定义世间万物的标尺。国际单位制是在公制基础上发展起来的单位制,于1960年第十一届国际计量大会通过,推荐各国采用,其国际简称为SI。

建议的、根据力学单位和标准定义的欧姆、伏特等“实用”电学单位,并定义了安培。此后,大会的官方性质逐渐减弱。1904年,圣路易大会上提出成立国际电工委员会(IEC)。1908 年伦敦会议后,国际电学大会的工作转给了国际电工委员会,其名称也不复存在了。

本文经授权转自《返朴》微信公众号

  1. 为给定输入定义正确输出的测试预言在自动测试中通常不可用。 为了获取理论信息,基于DNN的系统的测试任务通常需要提前进行人工贴标签。
  2. DeepGini,一种基于DNN统计视角设计的测试优先级划分技术。这样的统计角度使我们能够将测量错误分类概率的问题减少到测量固定杂质的问题,使我们能够快速识别可能错误分类的测试。
  3. DeepGini在优先考虑有效性和效率方面的测试方面优于现有的基于覆盖的技术。并且由DeepGini优先进行的测试在提高DNN质量方面更为有效。特别针对图像分类DNN
  1. 背景:常规软件测试依靠程序员手写建立业务逻辑,而DNN测试依靠数据驱动的编程范例(data-drivenprogramming paradigm),所以足够的带有oracle信息的数据对于基于DNN的软件错误行为的检测十分重要。
  2. 问题:无法自动测试Oracle。
  3. 启发:在测试基于DNN的系统时,软件测试人员通常将注意力集中在那些可能导致系统运行不正常的测试上,因为诊断这些测试可以洞察程序中的各种问题。 这一事实自然促使我们提出一种对测试进行优先级排序的技术,以便可以在其他测试之前对引起故障的测试进行标记和分析。
  4. 现有测试优先级排序技术:代码覆盖率用作指导优先级排序过程的度量, 两种主要的基于覆盖的技术称为覆盖总数测试和覆盖范围附加测试优先级划分[46]。
    覆盖总数测试方法主要是如果它覆盖更多程序元素,我们就优先选择它进行测试。
    覆盖范围附加测试方法首选的测试则是是否可以覆盖更多之前测试未发现的程序元素。
    上述的基于覆盖的方法预期效果不是很好。
    1. 这些标准是用来衡量测试充分性的,使用这些覆盖标准测试DNN后,往往不清楚如何提高DNN的质量
    2. 需要非常高的时间复杂度O(mn^2)
  5. 直观地讲,如果DNN为每个类别输出相似的概率,则DNN可能会将测试分类为错误的类别。
  6. 缺点:我们的方法需要运行所有测试以获得输出矢量
  7. 本文实验思路:将DeepGini与使用现有神经元覆盖标准的基于覆盖的方法进行比较。 从两个方面评估了我们方法的有效性。 首先,我们计算平均故障检测百分比(APFD)[46]的值,这是评估优先级排序技术的标准方法。 其次,我们评估我们的技术是否可以提高DNN的质量。 为此,我们在训练集的前面添加了优先级最高的测试,并将重新训练的DNN的准确性与原始训练进行了比较。

深度学习和测试优先级的背景知识

  1. 定义为覆盖神经元数量与神经元总数的比率,k值自设,神经元输出值大于k认为它被激活。

  2. 假设神经元的输出位于一个区间[lowo,higho]中,在大多数情况下,单个测试必须覆盖每个神经元的一部分。 只有极少数的测试没有覆盖间隔中的一个部分,而是覆盖了边界,即(-∞,lowo]和[higho,+∞)。(KMNC(k))定义为覆盖部分数与部分总数之比。 因此,几乎所有单个测试的KMNC(k)覆盖率都相同。

  3. 与KMNC(k)不同,NBC(k)并非旨在覆盖[lowo,higho]中的所有部分,而是旨在覆盖(-∞,lowo]和[higho,+∞)的边界。
    定义为覆盖边界数与边界总数之比。
    度量了给定测试输入集覆盖极端案例区(上边界区和下边界区)的程度。由于每个神经元都有一个上限和一个下限,因此边界总数是神经元数的两倍。

  4. 可以看作是NBC(K)的特例。
    定义为覆盖上边界的数目与上边界总数的比率,其中上边界总数实际上等于DNN中的神经元数目。

  5. 度量的是每一层中成为激活值最大的前k个神经元的数量。
    定义为每一层上的前k活跃的神经元的总数与DNN中的神经元总数的比率。
    当且仅当神经元输出结果不小于神经元层中第k个最大值时,我们认为这个神经元被这个测试覆盖。
    这个度量只能用于将两个测试集与一个以上的测试进行比较。

  6. 衡量新用例相对于训练集中用例的多样性程度.指标越大分类器越容易分错。
    SA旨在衡量给定新输入相对于用于训练的输入的相对新颖性,是DL系统如何对未知输入做出反应的指标。
    采用核密度估计(KDE)来获得输入数据的分布密度函数。在选定Nl层后,对于所有的训练集中的用例,每个用例使用核函数计算该用例与新输入x的激活迹的差值。
    概率密度降低了,证明输入更加稀有,概率密度增高了,证明输入更加相似。

    被覆盖的段数除以总段数
    一组具有较高SC的输入是一组多样化的输入

  7. 基于覆盖率的测试优先级
    · 覆盖率的尽早最大化将导致早期发现故障。

    · 根据先前选择的反馈选择下一个测试。
    · 选择一个可以覆盖更多未发现的代码结构的测试。
    · 在达到最大覆盖率之后,我们可以使用CTM对其余未优先测试进行 优先级排序。ACDB为什么不行?

对测试进行优先排序的方法及其在提高DNN质量方面的应用

  1. 两次随机取样有不同结果的概率如下,概率越低,纯度越高。

  2. 即使DNN将输入测试分成两个以上的类,ξ也具有类似的分布:


· ξ(t1)>ξ(t2)暗示t1更有可能被错误分类。 因此,对于一组优先测试,我们需要运行测试以收集输出,然后根据ξ的值对这些测试排序。
· 假设我们有四个测试A、B、C和D,DNN试图将它们分类为三个类别。 表2显示了它们的输出向量和ξ的值。 根据ξ的值,我们可以对测试ABCD进行优先排序。

  • 每个比较实验都在四个模式下进行,涉及两个方面:(1)使用CTM或CAM对测试进行优先级排序;和(2)在原始数据集中对测试进行优先级排序或对结合原始测试和对抗性测试的测试进行优先级排序
  • DeepGini是否可以找到比基于神经元覆盖的方法更好的测试排列?
    计算故障检测平均百分比(APFD), 较高的APFD值表示更快的误分类检测率
  • DeepGini比基于神经元覆盖的方法更有效吗?
    通过记录优先排序的时间成本来提供答案。某些优先级排序方法无法在数小时内完成,这在工业环境中不可行。跟题目有什么关系?
  • DeepGini可以指导DNN的再培训以提高其准确性吗?
    利用对抗测试来回答。测试集T和验证集V,我们将前1%,2%,··,10%的测试加回到训练集中,并重新训练新的DNN。我们不会添加超过50%的测试来重新训练DNN, 因为我们观察到DNN的准确性不会随着更多测试而发生显着变化。使用V,我们计算新DNN的准确性。答案是可以。
  • 介绍了测试优先级排序(RQ1和RQ2)的结果,然后分析了我们的方法是否可以更好地指导DNN的再训练(RQ3)。

    1. (效力和效率 问题1,2)
      ? DeepGini能够在2秒内确定成千上万次测试的优先级
      ? 不足0.5%的测试足以达到以下三个覆盖率标准的最大覆盖率,无论其参数设置如何:NAC,NBC和SNAC
      ? 在MNIST的10,000个原始测试中,非常少量的测试就足以实现最大覆盖率:NAC(0.75),22个测试可以达到最大覆盖率(84%);NBC(0.5),有5个测试可以达到最大覆盖率(0.97%); SNAC(0.5),有5个测试可以达到最大覆盖率(2%)。由于我们可以很快达到最大覆盖率,因此CAM将很快退化为CTM,因此,对于这些数据集,CAM的有效性和效率几乎与CTM相同。
      效力:图四绘制了检测到的错误分类测试的百分比(y轴)与优先级??测试百分比(x轴)的对比。
      ? 其次,如图4中的虚线所示,基于神经元覆盖的优先级排序方法,有时甚至比随机优先级策略还差。
      ? 对于原始测试集,NAC,NBC和SNAC基于CAM的优先级排序过程分别花费至少2、5、7秒,而DeepGini仅花费0.45秒。
      ? 类似地,对于带有对抗性示例的测试集,我们发现三个基线的基于CAM的优先级排序过程花费了超过11秒的时间,而DeepGini仅花费了2秒的时间。
      ? 每个测试的TKNC,LSC和DSC覆盖率均相同,而与参数k无关
      ? 因此,如果我们使用这些覆盖率指标对测试进行优先级排序,则?CTM无法正常工作(5.1.2节)CTM本来就是按照覆盖率的大小进行优先级排序的,覆盖率相同了就无法排序了。 不幸的是,使用这些覆盖率指标,CAM也无法很好地工作。 主要原因是少于5%的测试足以实现最大覆盖率。 在对5%的测试进行优先级排序后,CAM会退化为CTM,无法按照上述说明进行操作。
      ? 如果我们使用KMNC来对测试进行优先级排序,则CTM无法正常工作,因为几乎所有单个测试都具有相同的KMNC覆盖率,而与参数k无关。 但是,KMNC可以使用CAM优先级排序方法。 因此,我们仅将基于KMNC的CAM与我们的优先级方法进行比较:
      ? DeepGini在优先测试的有效性方面明显优于四个基准
      ? 表5显示,基于这些覆盖率指标的优先级排序方法比我们的方法慢20倍-2000倍

      图5-a和图5-b展示了LeNet-5在MNIST上的结果。 曲线显示了再训练后DNN的准确性
      在表6中,我们用前10%的优先测试对DNN进行了重新训练后,还提供了精度值。从表中可以看出,虽然基线标准可以达到0.83-0.85的准确度,但DeepGini可以将准确度值提高到0.96。

    对于其中一些标准,我们观察到原始测试的很小一部分(约1%至5%)足以实现最大覆盖率。覆盖率标准无法区分不同的测试。在我们的实验中,随机优先排序策略甚至优于NAC和TKNC,这意味着这些覆盖标准可能会误导发现新的错误DNN行为。
    KMNC标准在有效性和效率方面都未能很好地发挥作用。 还需要进行更多的研究,以探索其潜力和改进之处。

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