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后香农时代,华为提出10大数学挑战问题,你能看懂吗?

后香农时代的通信技术会如何发展?又有哪些值得业界关注的数学问题呢?在上月底结束的长沙「数学促进企业创新发展论坛」上,华为董事、战略研究院院长徐文伟抛出了后香农时代信息产业发展面临的了十大挑战数学问题。


提到香农定理,通信领域的小伙伴应该是非常熟悉的了,可称得上是该领域的「金科玉律」。1948 年,香农博士在《通信的数学原理》一书中提出了这一著名的定理。此后,香农定理成为现代信息论的基础理论,在通信和数据存储领域得到了广泛应用,并为今天通信的发展打下了坚实的理论基础。

信息论之父克劳德 · 香农。

70 多年过去了,通信行业的发展依然离不开基础数学理论的支撑。各大科技公司也纷纷采取自己的方式积极推动数学的发展和吸引数学人才,比如阿里巴巴举办的年度全球数学竞赛等。

华为也不例外。在全球化战略发展中,华为也充分彰显出了其对数学的重视。华为先后在俄罗斯和法国设立了数学研究所,旨在加强基础研究,特别是数学算法方面的研究。这些举措为华为的技术发展提供持续不断的理论源泉。

同样,在国内,华为与众多的数学领军专家开展了深度合作。华为与张平文院士、徐宗本院士、李安民院士都建立了数学联合实验室,并且与高校和科研机构有大量合作课题。

华为心声社区报道,不久前,在湖南长沙由中国工业与应用数学学会举办的「数学促进企业创新发展论坛」上,华为董事、战略研究院院长徐文伟做了主题为「后香农时代,数学决定未来发展的边界」的演讲,其中谈到了华为对数学的重视,并提出了后香农时代信息产业发展面临的了十大挑战数学问题。

智能社会、5G 与香农极限

徐文伟在演讲中说道,基于七十多年前的香农定理,信息产业才有了五十多年的高速发展,并发明了一代又一代的通信产品。在未来二三十年里,人类社会将进入万物感知、万物互联和万物智能的智能社会,并由此催生新的新的工作、生产和生活模式,这些都与七十年前香农时代发生了根本性的变化。

与此同时,随着社会进入 5G 时代,几乎达到了香农定理的极限。可以说,当前的创新主要是把几十年前的理论成果通过技术和工程来实现。

何谓香农极限?这是通信信道容量在理论上的一个极限值。我们可以先来看下香农第二定律,它表示信道中的极限信息传输率和信道能力,被奉为现代通信的「金科玉律」,公式表示如下:

其中 B 表示信道带宽,S/N 表示信噪比,它们成为了决定网速上限的两个基本因素。

根据这一公式,在相同信噪比的情况下,增加信道带宽成为决定 5G 网速的主要因素。对于这种提升信道带宽的方式,有些业内专家称「5G 之后再无 G」,这意味着,未来通信的发展只剩下量的扩增,并无实质的技术进步。

此外,徐文伟还表示,随着智能社会的到来,通信场景由以往的人与人通信为主向人与机器、机器与机器通信为主转换,并相应地出现人与人通信主导的时代没有考虑到的场景和问题。

这些新场景、新问题和新挑战,我们可以称进入了后香农时代。在后香农时代,不仅需要理论的突破和工程技术的发明,更需要数学家们发挥核心作用。

所以,华为发布了后香农时代面向数学的十大挑战问题,包括利用更少的计算和存储资源获得更高的性能、需要暴力计算的场景以及采用数学算法和软件优化等减少资源消耗等等业界难题。

十大数学挑战问题

挑战问题 1:有损压缩的极限问题(语义信息论)。

挑战问题 2:突破信源编码理论,挑战无损信源压缩极限。

挑战问题 3:网络基本业务模型问题。

挑战问题 4:Massive MIMO 容量域。

挑战问题 5:非线性信道补偿问题。

挑战问题 6:大规模通信网络的最优控制问题。

挑战问题 7:反问题高精度快速求解。

挑战问题 8:高性能的纠错码 - 代数几何(AG)码。

挑战问题 9:DNN 的可解释性。

挑战问题 10:网络级流量矩阵近似计算

最后,向机器之心的读者们发问一句,这些问题你怎么看?

参考链接:

https://mp.weixin.qq.com/s/IfpE-Ynfui4KqO8WynLing

https://www.cnbeta.com/articles/tech/1026255.htm

http://hebei.news.163.com/20/0519/19/FD0UFS8D04159CDF.html

http://www.kepuchina.cn/tech/info/201906/t20190626_1071991.shtml


理论信息论通信数学华为克劳德·香农
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华为创立于1987年,是全球领先的ICT(信息与通信)基础设施和智能终端提供商,致力于把数字世界带入每个人、每个家庭、每个组织,构建万物互联的智能世界。目前华为有19.4万员工,业务遍及170多个国家和地区,服务30多亿人口。

https://www.huawei.com/cn/
克劳德人物

ClaudeLemaréchal是法国应用数学家,也是法国格勒诺布尔附近INRIA的前高级研究员。 在数学优化中,ClaudeLemaréchal因其在非线性优化的数值方法方面的工作而出名,特别是对于不可扭曲扭结问题。 Lemaréchal和菲尔。沃尔夫开创了用于凸面最小化的束下降方法。 机构: 法国国家信息与自动化研究所

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近似计算是一种计算技术,它返回可能不准确的结果而不是保证的准确结果,并且可以用于近似结果足以满足其目的的应用。

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知觉或感知是外界刺激作用于感官时,脑对外界的整体的看法和理解,为我们对外界的感官信息进行组织和解释。在认知科学中,也可看作一组程序,包括获取信息、理解信息、筛选信息、组织信息。与感觉不同,知觉反映的是由对象的各样属性及关系构成的整体。

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最优控制是指在给定的约束条件下,寻求一个控制,使给定的系统性能指标达到极大值(或极小值)。它反映了系统有序结构向更高水平发展的必然要求。它属于最优化的范畴,与最优化有着共同的性质和理论基础。对于给定初始状态的系统,如果控制因素是时间的函数,没有系统状态反馈,称为开环最优控制,如果控制信号为系统状态及系统参数或其环境的函数,称为自适应控制。

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信息论是在信息可以量度的基础上,研究有效地和可靠地传递信息的科学,它涉及信息量度、信息特性、信息传输速率、信道容量、干扰对信息传输的影响等方面的知识。通常把上述范围的信息论称为狭义的信息论,又因为它的创始人是香农,故又称为香农信息论。

阿里巴巴机构

阿里巴巴网络技术有限公司(简称:阿里巴巴集团)是以曾担任英语教师的马云为首的18人于1999年在浙江杭州创立的公司。 阿里巴巴集团经营多项业务,另外也从关联公司的业务和服务中取得经营商业生态系统上的支援。业务和关联公司的业务包括:淘宝网、天猫、聚划算、全球速卖通、阿里巴巴国际交易市场、1688、阿里妈妈、阿里云、蚂蚁金服、菜鸟网络等。 2014年9月19日,阿里巴巴集团在纽约证券交易所正式挂牌上市,股票代码“BABA”,创始人和董事局主席为马云。 2018年7月19日,全球同步《财富》世界500强排行榜发布,阿里巴巴集团排名300位。2018年12月,阿里巴巴入围2018世界品牌500强。

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机器之心,成立于2014年,是国内最具影响力、最专业、唯一用于国际品牌的人工智能信息服务与产业服务平台。目前机器之心已经建立起涵盖媒体、数据、活动、研究及咨询、线下物理空间于一体的业务体系,为各类人工智能从业者提供综合信息服务和产业服务。

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第五代移动通信系统(5th generation mobile networks),简称5G,是4G系统后的延伸。美国时间2018年6月13日,圣地牙哥3GPP会议订下第一个国际5G标准。由于物理波段的限制,5G 的网络也将会与其他通信技术并用,包含长距离的其他传统电信波段。

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