美国又一刀砍下来！找到MATLAB替代品很难吗？
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文 林雪萍 瞭望智庫特約觀察員
編輯 戴麗麗 瞭望智庫
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哈爾濱工業大學。
2020 年 5 月 23 日，美國對華科技制裁再度升級，宣布將 33 家中國企業列入“實體清單”，其中赫然包含了哈爾濱工業大學（以下簡稱“哈工大”）和哈爾濱工程大學。
隨后哈工大學生發現 MATLAB 軟件已經不能使用。6 月 11 日，學生們收到了正版軟件取消激活的通知，在與供應商 Mathworks 交涉之后才發現，由于受到實體清單的限制，相關授權已被中止。
換言之，理工科高校里廣泛使用的 MATLAB 軟件被美國“斷供”了。這讓人感到非常驚訝。MATLAB 軟件屬于商業用軟件，主要用于計算、可視化、數據分析等方面；它最主要的用戶就是大學，而大學一向被視為學術自由的殿堂。
MATLAB 的斷供，打碎了這個盛行已久的共識。
哈工大被斷供 MATLAB，到底意味著什么？
1
好算的軟件碰上愛偷懶的學生
MATLAB 最早的開發者，畢業于斯坦福大學。由于被高等數學中的數值計算攪昏了頭，被折磨的學生成為老師后，立志讓數值計算變得很簡單，于是開發了 MATLAB 軟件。它使得學生可以更方便地調用當時很流行的一種數值線性代數軟件包。
這是 MATLAB 的一半基因。另一半基因則來自聯合創始人，一個控制工程師。
作為 MATLAB 的用戶，他敏銳地捕捉到了這個軟件在控制系統設計中的潛力。
二人聯手，創建公司并重寫代碼，推進了 MATLAB 的商業化。論軟件的基本功，這兩個創始人其實很一般，離當時好多學校差距很大?？梢赃@么說，MATLAB 最早的內核，相對于當時許多系統分析軟件，就是一個很平庸的產品，搖搖晃晃上路了。然而創始人在當時做了一個天才的決定（或者是無奈的決定），就是提供給大學生使用。不過，美國的大學很難接受這種免費物品（要捐贈，就得是大筆資金進來）。于是這個軟件，一開始就被大學以很低的費用拿來使用。好算的軟件碰上了愛偷懶的學生，烈火加干柴，當時大學幾乎就是替 MATLAB 免費做宣傳。MATLAB 迅速崛起。
這個故事，不免讓人想起當時 Facebook 崛起的時候，也是從哈佛大學的用戶圈開始的。當然了，如果我們記性夠好的話，會記起共享單車 ofo 和摩拜也是從清華北大發跡的。
2
“病毒”從大學開始傳播
軟件是容易上癮的，對軟件的依賴性一旦形成之后，就很難更換其他品牌。這種依賴性是怎么形成的？軟件企業在很早之前就發現了其奧秘的發源地，那就是大學。
許多軟件企業，會通過捐贈和贊助的方式，讓大學科研院所在教學和科研中使用其軟件，包括傳授軟件的使用操作。這種方式，本來也無可厚非。但如果大學的體制比較孱弱，教學課件也完全依賴這些軟件商提供的課程的時候，那么軟件的人才培養，就走上了一條死路。
一堂物理課，要做出一個簡諧振動的演示。如果用 MATLAB，一個正弦波，馬上可以做出結果，可視化效果非常好。然而，這種結果，真的啟發了學生的心智嗎？在十幾年前，要想得到這樣一個演示，要么真實做實驗，要么用C語言寫（從底層寫）。絕不是簡單地動動手，輸入一個參數，然后伸著脖子直接看結果。
有些志存高遠的導師，對于新來的研究生，直接要求把 MATLAB 刪除掉。聽上去很匪夷所思，其實這正是培養的奧妙。一個傅里葉變換，修改幾個參數，結果馬上就出來了，學生根本不用太多地思考。但問題的關鍵是，這些參數應該怎么設置、如何做。大學教育，需要的不是這種看結果的工具，而是要培訓學生的過程思維。這就需要深入到底層通識。
大學科研院所無論是在理論、算法，還是在程序設計、接口等方面的能力幾乎完全喪失。這一點，去看看任何一所大學的教材就知道了。例如仿真領域最為經典的有限元理論，基本就是國外 CAE 仿真軟件的培訓說明。授課老師先講有限元理論，此后就只講 CAE 軟件的操作方法。老師，變成了地地道道的國外 CAE 培訓師。學業結束，學生就心滿意足地帶著這種技能，進入了社會。
這種人才教育方式，就像一種病毒，悄無聲息地從大學開始蔓延。大學將病毒傳給學生，留在學校里的教授繼續傳遞；走向工作崗位的學生，在工作中只認這一種品牌，其他品牌往往就會處于被封殺的狀態。這樣一個循環下來，國產軟件變成了最大的受害者。因為學校沒有老師去教，學生學會了也找不到工作。出版社則成了最大的幫手。他們出版的教材，基本都是以國外品牌軟件的功能作為出發點，只有這種書好賣。
大學一旦急功近利，學生們的工業軟件教育，就變成了對某種品牌心智上的膜拜。走出象牙塔，這種蒲公英種子會傳播很遠。大學成了發源地，工業界則是相鄰的受害者。
3
MATLAB 被禁有多大影響？
對大學和科研人員而言， MATLAB 被禁用是一個晴天霹靂。就像是拖拉機突然壞掉了，農民需要扛著镢頭上地頭了。后工業化時代的人，一下子被打回農耕時代。作為高校中的最愛，MATLAB 軟件已經成為理工科專業生必不可少的工具。許多論文都是在此基礎之上。更重要的是，它本身已經成為“合格認定”的一部分。許多提交論文，必須附加 MATLAB 的程序驗證。如果不允許使用 MATLAB，會使得許多研究人員直接斷炊。這就是標準的力量。
MATLAB 最早是純計算，但純計算，解決不了物理世界的問題，必須進行動態仿真。于是公司就開發了與之配套的是 Simulink 軟件，一種用于模擬非線性動態系統的產品，包括控制設計、信號處理和通信、圖像處理、測試和測量、計算生物學以及金融建模和分析。因此它的應用領域，還是非常廣泛的。在運動控制領域，可以做動態系統仿真。它與時間相關，主要是模擬整個運動過程，包括流體、飛控、火箭等。
相對于學術界而言，中國工業界使用 MATLAB 其實并不多。說來有點黑色幽默。一般而言，只有進行正向設計、獨立自主開發的產品，才會進行這種復雜的計算和運動控制仿真；如果是仿制產品，則往往是不需要的。MATLAB 號稱有 300 萬用戶，但主戰場是歐美，中國的用戶比例應該是以個位數計算的。真正自主研發的人才需要它。國內自主研發工程應用得少，用得自然也少。
MATLAB 最大的好處就是讓研發人員，可以避開C語言（最早是 Fortran 語言），直接上手編程。在工業領域，對汽車行業的影響是最大的。汽車行業，一般都是使用德國 Despace 公司定制的面向汽車的方案。由于 Simulink 仿真模型跟用戶真實環境之間，還是有一個間隔，Despace 公司通過定制代碼，可以無縫連接軟硬件，快速搭建原型，一體化實現模型在環、硬件在環和系統仿真這三個完整的工作。但是 DS 的軟件、仿真器都很貴，數千萬元，也只有汽車企業才能享用。由于德國大眾汽車等都已經先行使用，形成很好的示范效應，國內一汽、奇瑞、宇通汽車等都在使用。在其他如航空航天、電力電子、風機等領域，也都有著巨大的影響。
一汽-大眾華北基地的生產車間。
MATLAB 被禁，當前看對中國工業界似乎沒有什么本質影響，只是因為用的人還不多。但如果不早做準備，恐怕這是我們未來需要支付的賬單。
4
基礎功能替代不難，難的是......
科學計算三劍客，除了美國 Mathworks 的 MATLAB 之外，還有加拿大的 Maple 和美國的 Mathematica。其中加拿大 Maple 以及多系統仿真，已經在 2009 年被日本 Cybernet 收購。作為一個 CAE 的軟件代理商，Cybernet 居然有這般見識，也是令人佩服。實際上也不奇怪。MATLAB 被引入日本，尤其是被引入豐田，Cybernet 功不可沒。然而當 MATLAB 做大之后，踢開代理就是很正常的事情了。隨著它設立自己的辦公室，Cybernet 不得不重新尋找一個替代品，填補留下的大坑。
Mathematica 則主要是做數值符號運算，但在工程上的仿真和數值，比 MATLAB 差不少。這是數學家 Wolfram 建立的軟件，他還開發了一個直接回答問題的搜索引擎 Wolfram，但后來互聯網界的興趣都轉移到移動互聯網了，應用程序 App 四處開花，搜索引擎并非唯一流量入口，這個引擎也就不溫不火了。
MATLAB 禁用事件之后，國內人士群情激昂，“打造國產 MATLAB”的話題，也甚囂塵上。蘇州同元軟件、北京聯高軟件都聲稱有可以替代 MATLAB 的可能。
實事求是講，這只是一種可能，或者在局部功能上，能有所替代。要想立刻全面替代，幾乎是不可能的。
MATLAB 的各類仿真引擎和數值計算工具比較全；蘇州同元軟件 MWorks 在局部有一定優勢，它是基于 Modelica 物理建模，這是 MATLAB 起步較晚但正在快速追趕的領域。
事實上，基礎功能的替代不難，真正難的是用戶習慣的把握和復雜生態的建設。那些日積月累攢下的應用場景的算法、文檔，并不是一朝一夕就能夠打磨出來的。
你可以在一天之內用 3D 打印機造出一只機械手，但里面各種精細的血管，則需要花上幾個月搞清它的回路。由于諸多用戶的使用，它的可用性非常好，交互性和圖形界面無可匹敵。這其實是完全讓用戶用自己的愛好打磨出來的。
ABB 的分布式控制系統 DCS，第一次采用 Windows 操作系統的時候，最早也是在三峽工程上使用。一開始也有許多 BUG，都是中國用戶幫著一點點打磨完善。這再次說明，軟件是用戶用出來的，不用不長進，光供應商一頭發力是沒用的。這就是工業軟件難以快速發展的一個根本原因。于是到了今天，MATLAB 一時間很難被替代了。多年下來，它被用戶的汗水和習慣，澆灌成了鋼鐵長城。中國高校和工程界，也是澆灌者之一。
不過，MATLAB 也有硬傷。
十幾年前，MATLAB 軟件幾乎是橫掃各大領域。在汽車工業、航空工業和任何與控制信號處理的有關應用中，都處于領先地位。近十年來，才受到了 Python 和開源軟件 Octave 的挑戰，勢頭正在減弱，前面提到的國內聯高軟件，也是在這個開源軟件基礎上所做的開發。盡管 MATLAB 提供了方便。但是它的語言是古董級，沒有辦法與 Python 相提并論。
面對 Python 的攻勢，連 MATLAB 也急了，其官方網站也開始比對 Python 為自己加分了。
事實上，MATLAB 在國外的數據科學和工程中已經被邊緣化。
中國有那么多努力聰明的學生，過多拿 MATLAB 進行教育，就像是給孩子吃熱量高但是沒有營養的冰淇淋，是時候讓他們真正地學習和開發底層樂趣了。
雖然聽上去緩慢，但教育往往是最短的捷徑。
5
從長計議看傷痕
最近這兩年，國人實實在在地看到了美國砍下來的這兩刀。華為的 EDA 軟件被斷供是第 1 刀，哈工大的 MATLAB 被斷供是第 2 刀。一刀砍在實體企業，一刀砍在大學科研。刀刀見血。這是科學和產業雙脫鉤的前哨戰。這兩刀不過是我們看得見的冰山一角，而那些沒看見、沒注意的刀鋒刀傷其實多了去了。
相比這兩刀，以前各種警告、打擊盜版都不過是扔出來的小石子。這幾天，化學行業軟件公認的大佬 ChemOffice 也開始清查國內的盜版軟件使用者。這個軟件包括 ChemDraw 化學結構繪圖、Chem3D 分子模型及仿真、ChemFinder 化學信息搜尋系統。只要是從事化學、生物研究領域的科研人員，都得使用。這就是我們基礎研究的環境。價格一年就是 1 萬多元，然而國人不愿意為此付費。
盜版軟件滿天飛的時候無人聲張，軟件被禁的時候就群情激憤，這是中國一種奇怪的現象。
天下終究是沒有免費的午餐。MATLAB 軟件也是一個從長計議的事情。簡單的一兩個門診小手術，是無法解決問題的。它跟其他同樣被卡脖子的工業軟件一樣，都差一個全身的掃描反思，和一臺大動干戈的手術。
總結
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