美国又一刀砍下来！找到MATLAB替代品很难吗？

　　（原标题：美国又一刀砍下来！找到替代品很难吗？）

　　文   林雪萍   瞭望智库特约观察员

　　编辑   戴丽丽   瞭望智库

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　　哈尔滨工业大学。

　　2020 年 5 月 23 日，美国对华科技制裁再度升级，宣布将 33 家中国企业列入“实体清单”，其中赫然包含了哈尔滨工业大学（以下简称“哈工大”）和哈尔滨工程大学。

　　随后哈工大学生发现 MATLAB 软件已经不能使用。6 月 11 日，学生们收到了正版软件取消激活的通知，在与供应商 Mathworks 交涉之后才发现，由于受到实体清单的限制，相关授权已被中止。

　　换言之，理工科高校里广泛使用的 MATLAB 软件被美国“断供”了。这让人感到非常惊讶。MATLAB 软件属于商业用软件，主要用于计算、可视化、数据分析等方面；它最主要的用户就是大学，而大学一向被视为学术自由的殿堂。

　　MATLAB 的断供，打碎了这个盛行已久的共识。

　　哈工大被断供 MATLAB，到底意味着什么？

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　　好算的软件碰上爱偷懒的学生

　　MATLAB 最早的开发者，毕业于斯坦福大学。由于被高等数学中的数值计算搅昏了头，被折磨的学生成为老师后，立志让数值计算变得很简单，于是开发了 MATLAB 软件。它使得学生可以更方便地调用当时很流行的一种数值线性代数软件包。

　　这是 MATLAB 的一半基因。另一半基因则来自联合创始人，一个控制工程师。

　　作为 MATLAB 的用户，他敏锐地捕捉到了这个软件在控制系统设计中的潜力。

　　二人联手，创建公司并重写代码，推进了 MATLAB 的商业化。论软件的基本功，这两个创始人其实很一般，离当时好多学校差距很大。可以这么说，MATLAB 最早的内核，相对于当时许多系统分析软件，就是一个很平庸的产品，摇摇晃晃上路了。然而创始人在当时做了一个天才的决定（或者是无奈的决定），就是提供给大学生使用。不过，美国的大学很难接受这种免费物品（要捐赠，就得是大笔资金进来）。于是这个软件，一开始就被大学以很低的费用拿来使用。好算的软件碰上了爱偷懒的学生，烈火加干柴，当时大学几乎就是替 MATLAB 免费做宣传。MATLAB 迅速崛起。

　　这个故事，不免让人想起当时 Facebook 崛起的时候，也是从哈佛大学的用户圈开始的。当然了，如果我们记性够好的话，会记起共享单车 ofo 和摩拜也是从清华北大发迹的。

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　　“病毒”从大学开始传播

　　软件是容易上瘾的，对软件的依赖性一旦形成之后，就很难更换其他品牌。这种依赖性是怎么形成的？软件企业在很早之前就发现了其奥秘的发源地，那就是大学。

　　许多软件企业，会通过捐赠和赞助的方式，让大学科研院所在教学和科研中使用其软件，包括传授软件的使用操作。这种方式，本来也无可厚非。但如果大学的体制比较孱弱，教学课件也完全依赖这些软件商提供的课程的时候，那么软件的人才培养，就走上了一条死路。

　　一堂物理课，要做出一个简谐振动的演示。如果用 MATLAB，一个正弦波，马上可以做出结果，可视化效果非常好。然而，这种结果，真的启发了学生的心智吗？在十几年前，要想得到这样一个演示，要么真实做实验，要么用C语言写（从底层写）。绝不是简单地动动手，输入一个参数，然后伸着脖子直接看结果。

　　有些志存高远的导师，对于新来的研究生，直接要求把 MATLAB 删除掉。听上去很匪夷所思，其实这正是培养的奥妙。一个傅里叶变换，修改几个参数，结果马上就出来了，学生根本不用太多地思考。但问题的关键是，这些参数应该怎么设置、如何做。大学教育，需要的不是这种看结果的工具，而是要培训学生的过程思维。这就需要深入到底层通识。

　　大学科研院所无论是在理论、算法，还是在程序设计、接口等方面的能力几乎完全丧失。这一点，去看看任何一所大学的教材就知道了。例如仿真领域最为经典的有限元理论，基本就是国外 CAE 仿真软件的培训说明。授课老师先讲有限元理论，此后就只讲 CAE 软件的操作方法。老师，变成了地地道道的国外 CAE 培训师。学业结束，学生就心满意足地带着这种技能，进入了社会。

　　这种人才教育方式，就像一种病毒，悄无声息地从大学开始蔓延。大学将病毒传给学生，留在学校里的教授继续传递；走向工作岗位的学生，在工作中只认这一种品牌，其他品牌往往就会处于被封杀的状态。这样一个循环下来，国产软件变成了最大的受害者。因为学校没有老师去教，学生学会了也找不到工作。出版社则成了最大的帮手。他们出版的教材，基本都是以国外品牌软件的功能作为出发点，只有这种书好卖。

　　大学一旦急功近利，学生们的工业软件教育，就变成了对某种品牌心智上的膜拜。走出象牙塔，这种蒲公英种子会传播很远。大学成了发源地，工业界则是相邻的受害者。

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　　MATLAB 被禁有多大影响？

　　对大学和科研人员而言， MATLAB 被禁用是一个晴天霹雳。就像是拖拉机突然坏掉了，农民需要扛着镢头上地头了。后工业化时代的人，一下子被打回农耕时代。作为高校中的最爱，MATLAB 软件已经成为理工科专业生必不可少的工具。许多论文都是在此基础之上。更重要的是，它本身已经成为“合格认定”的一部分。许多提交论文，必须附加 MATLAB 的程序验证。如果不允许使用 MATLAB，会使得许多研究人员直接断炊。这就是标准的力量。

　　MATLAB 最早是纯计算，但纯计算，解决不了物理世界的问题，必须进行动态仿真。于是公司就开发了与之配套的是 Simulink 软件，一种用于模拟非线性动态系统的产品，包括控制设计、信号处理和通信、图像处理、测试和测量、计算生物学以及金融建模和分析。因此它的应用领域，还是非常广泛的。在运动控制领域，可以做动态系统仿真。它与时间相关，主要是模拟整个运动过程，包括流体、飞控、火箭等。

　　相对于学术界而言，中国工业界使用 MATLAB 其实并不多。说来有点黑色幽默。一般而言，只有进行正向设计、独立自主开发的产品，才会进行这种复杂的计算和运动控制仿真；如果是仿制产品，则往往是不需要的。MATLAB 号称有 300 万用户，但主战场是欧美，中国的用户比例应该是以个位数计算的。真正自主研发的人才需要它。国内自主研发工程应用得少，用得自然也少。

　　MATLAB 最大的好处就是让研发人员，可以避开C语言（最早是 Fortran 语言），直接上手编程。在工业领域，对汽车行业的影响是最大的。汽车行业，一般都是使用德国 Despace 公司定制的面向汽车的方案。由于 Simulink 仿真模型跟用户真实环境之间，还是有一个间隔，Despace 公司通过定制代码，可以无缝连接软硬件，快速搭建原型，一体化实现模型在环、硬件在环和系统仿真这三个完整的工作。但是 DS 的软件、仿真器都很贵，数千万元，也只有汽车企业才能享用。由于德国大众汽车等都已经先行使用，形成很好的示范效应，国内一汽、奇瑞、宇通汽车等都在使用。在其他如航空航天、电力电子、风机等领域，也都有着巨大的影响。

　　一汽-大众华北基地的生产车间。

　　MATLAB 被禁，当前看对中国工业界似乎没有什么本质影响，只是因为用的人还不多。但如果不早做准备，恐怕这是我们未来需要支付的账单。

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　　基础功能替代不难，难的是......

　　科学计算三剑客，除了美国 Mathworks 的 MATLAB 之外，还有加拿大的 Maple 和美国的 Mathematica。其中加拿大 Maple 以及多系统仿真，已经在 2009 年被日本 Cybernet 收购。作为一个 CAE 的软件代理商，Cybernet 居然有这般见识，也是令人佩服。实际上也不奇怪。MATLAB 被引入日本，尤其是被引入丰田，Cybernet 功不可没。然而当 MATLAB 做大之后，踢开代理就是很正常的事情了。随着它设立自己的办公室，Cybernet 不得不重新寻找一个替代品，填补留下的大坑。

　　Mathematica 则主要是做数值符号运算，但在工程上的仿真和数值，比 MATLAB 差不少。这是数学家 Wolfram 建立的软件，他还开发了一个直接回答问题的搜索引擎 Wolfram，但后来互联网界的兴趣都转移到移动互联网了，应用程序 App 四处开花，搜索引擎并非唯一流量入口，这个引擎也就不温不火了。

　　MATLAB 禁用事件之后，国内人士群情激昂，“打造国产 MATLAB”的话题，也甚嚣尘上。苏州同元软件、北京联高软件都声称有可以替代 MATLAB 的可能。

　　实事求是讲，这只是一种可能，或者在局部功能上，能有所替代。要想立刻全面替代，几乎是不可能的。

　　MATLAB 的各类仿真引擎和数值计算工具比较全；苏州同元软件 MWorks 在局部有一定优势，它是基于 Modelica 物理建模，这是 MATLAB 起步较晚但正在快速追赶的领域。

　　事实上，基础功能的替代不难，真正难的是用户习惯的把握和复杂生态的建设。那些日积月累攒下的应用场景的算法、文档，并不是一朝一夕就能够打磨出来的。

　　你可以在一天之内用 3D 打印机造出一只机械手，但里面各种精细的血管，则需要花上几个月搞清它的回路。由于诸多用户的使用，它的可用性非常好，交互性和图形界面无可匹敌。这其实是完全让用户用自己的爱好打磨出来的。

　　ABB 的分布式控制系统 DCS，第一次采用 Windows 操作系统的时候，最早也是在三峡工程上使用。一开始也有许多 BUG，都是中国用户帮着一点点打磨完善。这再次说明，软件是用户用出来的，不用不长进，光供应商一头发力是没用的。这就是工业软件难以快速发展的一个根本原因。于是到了今天，MATLAB 一时间很难被替代了。多年下来，它被用户的汗水和习惯，浇灌成了钢铁长城。中国高校和工程界，也是浇灌者之一。

　　不过，MATLAB 也有硬伤。

　　十几年前，MATLAB 软件几乎是横扫各大领域。在汽车工业、航空工业和任何与控制信号处理的有关应用中，都处于领先地位。近十年来，才受到了 Python 和开源软件 Octave 的挑战，势头正在减弱，前面提到的国内联高软件，也是在这个开源软件基础上所做的开发。尽管 MATLAB 提供了方便。但是它的语言是古董级，没有办法与 Python 相提并论。

　　面对 Python 的攻势，连 MATLAB 也急了，其官方网站也开始比对 Python 为自己加分了。

　　事实上，MATLAB 在国外的数据科学和工程中已经被边缘化。

　　中国有那么多努力聪明的学生，过多拿 MATLAB 进行教育，就像是给孩子吃热量高但是没有营养的冰淇淋，是时候让他们真正地学习和开发底层乐趣了。

　　虽然听上去缓慢，但教育往往是最短的捷径。

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　　从长计议看伤痕

　　最近这两年，国人实实在在地看到了美国砍下来的这两刀。华为的 EDA 软件被断供是第 1 刀，哈工大的 MATLAB 被断供是第 2 刀。一刀砍在实体企业，一刀砍在大学科研。刀刀见血。这是科学和产业双脱钩的前哨战。这两刀不过是我们看得见的冰山一角，而那些没看见、没注意的刀锋刀伤其实多了去了。

　　相比这两刀，以前各种警告、打击盗版都不过是扔出来的小石子。这几天，化学行业软件公认的大佬 ChemOffice 也开始清查国内的盗版软件使用者。这个软件包括 ChemDraw 化学结构绘图、Chem3D 分子模型及仿真、ChemFinder 化学信息搜寻系统。只要是从事化学、生物研究领域的科研人员，都得使用。这就是我们基础研究的环境。价格一年就是 1 万多元，然而国人不愿意为此付费。

　　盗版软件满天飞的时候无人声张，软件被禁的时候就群情激愤，这是中国一种奇怪的现象。

　　天下终究是没有免费的午餐。MATLAB 软件也是一个从长计议的事情。简单的一两个门诊小手术，是无法解决问题的。它跟其他同样被卡脖子的工业软件一样，都差一个全身的扫描反思，和一台大动干戈的手术。