图灵奖得主蒂姆·伯纳斯·李Tim的伟大贡献:不止Web万维网

蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee),人们通常称他为Tim。作为万维网(World Wide Web,Web)的发明人而为世人所知,他也因此获得了2016年的图灵奖。但他的贡献并不止于Web。在过去近三十年的工作里,他的贡献大体可分为三个阶段。第一阶段从1989年到1999年,他的主要精力在Web本身的发明和推广上,贡献是互联的文档。第二阶段是1999年到2009年,他主要在推广语义网,贡献是互联的知识。第三个阶段从2009年至今,主要致力于数据的开放、安全和隐私,贡献是互联的社会。本文简述他在这三个阶段的贡献。

万维网:互联的文档

Web是由Tim在欧洲核子研究组织(CERN)期间于1989~1991年发明的,初始目的是互联CERN内部的文档。Web的发明,是时代发展的必然,也是Tim个人长期探索和实践的结晶(注释:Web到底是什么时候发明的,各有争议,有的说是1989年3月13日,即第一次项目计划书发布的时间,有的说是1990年11月12日,项目书被接受开始实现的时间,还有的说是1991年8月6日,第一个服务器上线的时间。)。

Web发明的背景

很少有一项重大的技术,是一个天才先知先觉独立发明的。更多的是在某个时候,几年甚至几个月前后,有若干个人想到这个方法并把它实现。水到渠成时,没有张三来发明,也会有李四来发明。而在这之前,即使有最好的条件,也不见得能够做到。

Tim并不是第一个尝试建立互联世界文档的人。较早的尝试有范内瓦·布什(Vannevar Bush,曼哈顿计划协调人)的“Memex”(1945),泰德·尼尔森(Ted Nelson,超文本发明人)的仙那度计划(Project Xanadu, 1965),和道格拉斯·恩格尔巴特(Douglas Engelbart,图灵奖得主,也是鼠标发明人)的oN-Line System (NLS, 1968)。这些人的资历、背景和可控制的资源,都远远超过1991年的Tim。但是由于时代的局限,这些努力都没有成功。

如果我们考虑到因特网(Internet,现在习惯称互联网)的前身阿帕网(ARPANET)在1969年才开始运行,显然更早的计划实现起来是遇到了物理和经济的限制。比如Memex,相当于是基于微胶片的Web,即使实现了,信息互联的代价也是极其高昂的。Web是互联网上的一个应用,它显然不能脱离互联网本身的存在而存在。从1969年到1991年,这22年间为什么没有人发明Web或者相似的东西呢?主要原因是需求还不够强烈,也因为底层的支持技术还不成熟。

这期间发生的相关大事有以下几点:

  • 1971年,电子邮件(Email),文件传输协议(FTP)
  • 1974年,传输控制协议(TCP)
  • 1978年,网络互联协议(IP)
  • 1979年,UNIX至UNIX拷贝协议(UUCP)
  • 1980年,Tim在CERN写了 Enqiure 超链接程序,但还只是本地单机程序
  • 1984年,CERN 开始建立自己的CERNET
  • 1984年,域名系统(DNS)实现(在此基础上才发展出URI)
  • 1980年代中期,ARPANET 逐渐进入民用
  • 1980年代晚期,TCP/IP逐步取代其他协议,成为因特网的共同基础
  • 1989年,边界网关协议(BGP),因特网的路由成为一个分布式系统
  • 1989年,CERNET终于通过TCP/IP和外部网络接通
  • 1989年,Tim提出Web计划
  • 1990年,ARPANET停止,被民用的NSFNET 取代(后者在1995年被停止,因特网全面完成民用化)
  • 1990年,Dynatext,标准通用标记语言(SGML)发布工具出现。SGML影响了HTML的发明
  • 1990年,Tim 开始开发Web
  •  1991年,Gopher协议在明尼苏达大学被发明和实现出来
  •  1991年,Think Machines公司开发了WAIS (Wide Area Information Servers)协议,并在Unix上开源
  •  1991年,Tim 正式对外发布了Web

也就是说,直到20世纪80年代晚期互联网才真正成为全球性的通讯平台。在这样的平台上,人们可以自由地发布、链接、浏览信息才会成为一种可能和必需。在这之前,Email、FTP、Usenet 都不需要信息的网状结构,因为它们总是面向一个较小的群体。当互联网变成一个全球性的存在,需要任何人都可以看任何人的信息,需要任何人都可以自由地组织他/她能看到的信息,上面的应用就都不合适了。于是,几乎同时,Gopher、WAIS 和 Web(HTML, HTTP, URI)被发明出来。事后来看,Tim几乎在第一时间抓住了这个机遇。

Web成功的核心因素

Web是超文本和互联网两大技术融合的结晶。Web技术的核心是三个协议:

  • 统一资源识别器(Uniform Resource Identifier,URI),解决文档(这个概念被扩展为“资源”)命名和寻址
  • 超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol, HTTP),解决文档的快速传输
  • 超文本标记语言HTML(Hypertext Markup Language, HTML),解决超文本文档的表示

按Tim的看法,这三个协议的重要性依次递减。这可能不符合日常Web用户的认识,因为HTML、HTTP是对用户可见的,而URI的重要性却不易察觉。但恰恰是URI的设计核心体现了Tim的设计指导哲学,即尽可能允许人们自由行事,自由地发布文档和互联文档。这可能是Web成功的最核心的原因。

尽可能降低文档发布的代价和文档互联的代价,是建立一个全球性文档系统的关键。Web是一种可扩展性极好的系统,这里的可扩展性,不仅仅指计算的可扩展性,还包括人在内的整个系统的可扩展性。从数据的产生、资源的互联、知识的建模,到最后信息的消费,都要有人的参与。人的惰性、人的心理、人的经济头脑,都会深刻影响到一个系统能不能走出实验室。在吸取了NLS、Gopher和他自己以前在CERN这个极度多元化、极度分散的机构里的诸多实践教训之后,Tim格外注意通过自由建立互联的设计。这可能是技术因素之外,Web成功的最重要的一个因素。Tim说:

“目睹了以前一些系统被干掉的事,我认识到问题的关键将是强调允许每个人对自己机器上的组织方式和软件各行其是(Having seen prior systems show down, I knew the key would be to emphasize that it would let each person retain his own organizational style and software on his computer)。”“我们可以建立一个通信的共同基础,同时又允许每个系统保持个性(We can create a common base for communication while allowing each system to maintain its individuality)。”

任何人都可以用自己选择的方式定义URI的本地解释;任何人都可以不经过他人(包括发布者)的批准就可以建立对外部资源的链接;没有一种强迫的信息组织方式(反例如Gopher要求严格的分类菜单);任何人都可以使用Web技术而无须购买许可证。这种自由才是Web成功的关键。相比其他竞争对手,Tim 拥有的资源并不多,但正是这种自由的设计,才让Web脱颖而出。

Tim也开发了世界上最早的浏览器,并在Web发展的早期,和全球各地的开发者沟通,让各个平台上的用户都可以通过浏览器访问Web上的资源。值得注意的是,Tim在早期认为浏览器也应该具有编辑能力,让用户可以直接在浏览器里发布网页。这个想法并没有在Web的第一个十年流行起来,但在第二个十年,随着社交网络,特别是维基(Wiki)和协作系统的兴起,而得到了实现。

为了保障Web的开放性,他于1994年创立了万维网联盟(W3C),协调Web上各种技术的标准化和推广。W3C本身就是Web开放与自由精神的体现,只用了很少的工作人员就实现了数千名专家的全球性协作。二十多年来,W3C一直积极推进Web技术的发展。

语义网:互联的知识

在Tim最早的Web构想中,Web不仅是一个文本文档的互联网络,也是一个知识的互联网络。这个想法到了1999年演化为语义网(Semantic Web)。语义网技术影响了之后十多年的全球知识互联的努力,2006年演化为互联数据(Linked Data),2012年以后以知识图谱(Knowledge Graph)的名义在工业界被应用。

在1990年的项目申请书中,Tim就把Web描述成一些互联的节点(见图1),每个节点代表一些事物,如人、软件、组织、项目、硬件等等。节点和节点之间可以有各种类型的链接,如父子、处理、依赖、时间顺序等等。信息可以被自由地组织成网络。因为知识就是结构,这种“有类型的链接图”就是语义网及后来知识图谱的原型。

Tim Berners-Lee在项目申请书中对Web思想的描述

Tim Berners-Lee在项目申请书中对Web思想的描述

1998年,Tim在“Semantic Web Road map”中系统阐述了他对语义网的构想。其核心思想是通过为网页添加机器可读的元数据,让智能机器能理解网页上的内容,从而实现自动化信息处理。这些元数据可以为人工智能提供不可或缺的数据和知识。在该文中,他提出分层实现的技术栈:(1)基础的数据描述层,以资源描述框架(RDF)为语言;(2)模式(schema)层,允许对数据属性进行描述,如“父类子类关系是可传递的”;(3)转化语言,可以在多个数据源之间做相互翻译和映射;(4)逻辑层,表达数据之间更复杂的关系,例如“父亲是有孩子的男性”,也包括查询语言,提供一个类似SQL的语言,把整个Web变成一个分布式的数据库;(5)数字签名,提供信任和验证。这个路线图后来演化为著名的“语义网层次蛋糕”(见图2)。

语义网技术堆栈 常被称为层次蛋糕

语义网技术堆栈 常被称为层次蛋糕

1999年,Tim在Weaving the Web第13章中,进一步详细描述了语义网的构想。当机器可以分析Web上的所有数据,我们就可以实现“智能代理”,它们能帮助我们进行日常生活中常规任务的对话和执行,诸如订票、预约、简单交易等等。可以自我描述(self-describing)的数据和文档,将增强Web应用的演化能力,让数据甚至可以为在发布时未知的应用所用。

2001年,Tim和詹姆斯·亨德勒(James Hendler)、奥拉·拉斯莱(Ora Lassila)一起在《科学美国人》杂志发表了经典的论文“The Semantic Web”,让语义网的概念走向大众。在文中,他描述了一种基于语义网的个人智能代理,非常类似大约十年后出现的个人手机助手(如Siri)。

从1998年开始,Tim推动了语义网的标准化,并得到欧美政府的资助。随着RDF模式语言(RDFS),本体语言美国版(DAML),本体语言欧洲版(OIL),本体语言标准(OWL),查询语言(SPARQL),规则语言(RIF)的一一落实,语义网的技术基础模块基本实现。

在执行中,语义网界曾出现了过分看重逻辑而忽视数据的现实可得性、工具的可实用性问题。2006年,Tim提出了“链接数据”(Linked Data)的概念,以推动语义数据的丰富。在随后的几年中,数以百计的RDF数据集被社区开放出来,覆盖了从医学到音乐等生活的方方面面。尤其值得一提的是DBPedia和Freebase数据,在2010年前后对人工智能一些关键项目的突破起到了不可或缺的作用,如IBM Watson和Siri。Freebase后来演化为谷歌知识图谱。到2017年,大多数网页已或多或少包含了语义标签,知识图谱正在快速进入金融、法律、医疗等多个垂直领域。从这个意义上,Tim的语义网的理想已经部分实现了。更多万维网解读:www.yangfenzi.com/tag/www

在语义网的实践中,Tim极为重视工作的实践可操作性。RDF/XML的语法过于繁复,他就亲自操刀来简化,设计了N3,并最终演化为Turtle,现在已经成为最常用的语法。他和其他人一起开发了语义浏览器Tabulator 、推理机cwm、规则语言AIR语言 。他一步步引导了十几年来的实践,为语义网成为“有意义”的Web,起到了不可替代的作用。

开放,安全和隐私:互联的社会

近年来,Tim开始把注意力转向更大的课题:在Web进入第三个十年之际,如何保障互联网上的开放、安全、信任、隐私,以使社会得以互联?

在“Three challenges for the web”一文中,Tim 谈到几个问题:大公司控制了个人数据但却建立了不能互联的数据孤岛,数据的集中导致了包括政府在内的组织滥用这些数据,虚假信息和政治广告泛滥、误导网民。

他不仅提出了问题,在过去数年中,Tim 也为解决这些问题做了大量的工作。

在数据开放方面,他推动了英国政府和美国政府开放政府数据(Putting Government Data online)。目前,已经有数以百万计的各国政府数据被开放出来,涵盖经济的各个领域,并催生了数以百计的创业公司。此举对于世界经济未来可能具有极大的促进作用。

Tim也在推动包括大公司在内的各种组织开放数据。在2009年TED的演讲“未来的万维网”(The Next Web)中,他提出了“Raw data now!”的口号,互联数据才得以释放数据的最大价值。他多次向脸书(Facebook)等社交媒体呼吁数据开放,并积极参与到分布式社交网络(Distributed Social Network)的研究和开发中,如Crosscloud和Solid系统。更关键的是,Tim提出了数据是基本人权。

Tim是网络中立(Net Neurtality)的坚定捍卫者。他认为,平等和自由的信息获取权是基本人权之一,不应该被互联网服务提供商(ISP)或其他组织以商业理由伤害。他也严厉批评了美国新任总统特朗普在此问题上的立场。在2013年,他发起了平价互联网联盟(Alliance for Affordable Internet, A4AI),致力于提升发展中国家的网络访问速度,让更多的人获得网络接入。

Tim发起和参与了很多隐私保护的研究项目。他提出了信息可追责性(Information Accountability)的概念,并在近十年中在法律、社交媒体、数据库等多种系统中实践。Theory and Practice of Accountable Systems (TPAS)项目致力于建立可追责的数据系统,建立了AIR策略语言。Transparent Accountable Datamining Initiative (TAMI)项目致力于在数据挖掘中保护隐私、提高透明性。Private Information Retrieval (PIR)则致力于在信息检索中进行隐私保护。

2009年,Tim创立了万维网基金会(World Wide Web Foundation),用Web来促进人类社会进步,推动开放、自由、互联。

Tim一直秉持一个理念:“一个群体是否能够发展取决于在人和人之间创造正确的联系”,“如果我们成功, 创造性就将在更大的和更多样化的群体中出现。这些高级思维活动,原来只发生在一个人的头脑中,而现在将出现在更大的、更相互联系的人群中” 。这个梦想一旦实现,Web就可以发展为一种“社会机器”(Social Machine),人类提供灵感和创造,而机器提供推理和日常管理。互联的社会,可能会引导我们走向“全球性大脑”。

蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)

以人为本的总设计师

Tim Berners-Lee是一位伟大的思想家。他总是从全人类的角度去思考技术问题。普通的设计师从“用户”的角度思考问题,伟大的设计师从“人”的角度思考,而 Tim 是从“人类”(humanity)的角度去设计。可以毫不夸张地说,Tim是当今人类神经系统的总设计师。他的哲学思考以“设计问题”(Design Issues)的名义发布并指导着Web社区。他的工作,在推动历史的进程。他领先于大多数的工业领袖至少十年在进行布局和推动。他又善于组织和影响,对于学术界和欧美政府的最高层,他都能施加影响,并能一步步地推进和具体实施。

Tim说过,Web从来不仅是技术的发明,而更多的是一种社会的创造。无论是 HTTP 还是网页排名(PageRank),无论是维基还是脸书,人的因素都是主导因素。开放、交流、合作,新一代的 Web 的技术,必然还是要以人的需要、长处、局限、价值为出发点。技术只是一小部分,社会模式的变迁才是最根本的。

在2012年伦敦奥运会开幕式上,Tim打出了“为所有人”(This is for everyone)的口号。允许人自由地以他自己选择的方式发布信息,允许他们自己相互链接,没人需要先请示任何人来添加一个链接,而奇迹会在这互联的过程中产生。一个互联全人类的文档、知识和社会的网络,是人类文明迈向下一步不可缺少的,也是Tim毕生的信念和矢志不渝为之奋斗的目标。

花絮:Tim Berners-Lee的故事

Tim发明Web后写了一篇论文,投到Hypertext会议,被拒绝了。一个评审意见说:系统违背了超文本系统当时被视作基础的构建原则。

Web推广的头两年很艰难。Tim想尽了一切办法,一年下来每天也只有10~100次点击率。1991年他去超文本大会演示Web,但会场连互联网都没有。为了演示,他和罗贝尔想办法从德州大学找到了拨号服务器,但是美国的电压无法运行瑞士产的调制解调器,他们商量了一下,拿焊枪直接修改了调制解调器的电路。

Tim是美国科学院院士、英国皇家学会院士,可很少有人知道,他并没有拿过博士学位。他当年考虑过离开CERN进入学术界,可他并没有时间去读一个博士学位。Tim应该是少有的没有博士学位的院士。当然,后来很多大学授予了他荣誉博士学位。

蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)

Tim是英国人,他思考快,语速也非常快,有浓厚英国口音。有一次,有“专利流氓”将Web交互方式申请了专利,Tim不得不去德州一个法院作证,证明早在1993年这种交互方式就已经存在了。法官基本听不懂Tim在说什么。法官说,“你讲的不仅是深奥的技术语言,而且你的英国口音也让我们感到双倍的困难”。不过在证据面前,“专利流氓”还是输了。

作为名人,Tim并没有什么架子,平等待人,处处为他人着想。有一次DIG实验室(分布式信息系统实验室,Tim在MIT的实验室)来了个女本科实习生。Tim路过,问她有没有问题,她说搞不懂Tabulator的代码。Tim就坐下来给她讲代码,仔细找毛病。Tim不懂的问题,也会平等地去请教学生和下属,保持谦虚的态度和不断学习的精神。我曾在Tim Berners-Lee的MIT DIG实验室访问工作(之前也参与了多个RPI和DIG实验室的合作项目,包括TPAS和TAMI;并曾在W3C Web本体语言工作组工作),这期间曾就N3Logic 和OWL的语义与Tim有过很多讨论;虽然很多概念就是他本人提出的,但是对他不懂的逻辑和推理的细节,他依然会很虚心地学习。每逢周二,W3C的工作人员会一起聚餐。Tim只要出现,就会自然地成为交谈的中心,因为他的亲和力,也因为他总是能敏锐地抓住问题的核心。大家都愿意和他聊天,向他请教问题。

Tim也是身体力行的实践者,自称为“实用主义”者。他尽管功成名就,还坚持编程,磨砺自己的工程能力。他习惯于从小事出发去推动。2010年语义网陷入低谷,他就在MIT办“企业家学习班”,亲自向各行各业的人讲语义技术如何能商业落地。这个学习班上就孕育了像Locu这样成功的企业(后来被GoDaddy收购)。

在DIG,大家私下都认为Tim得图灵奖只是时间问题,所以私下打趣他说,“Tim,你只要锻炼好身体就可以了”。Tim当时骑自行车上下班,五十多岁的人,身材保持得非常好,精力充沛,有着年轻人的活力。没想到得到图灵奖的预言这么快就实现了。更多图灵奖解读:www.yangfenzi.com/tag/turing-award

Web发源于欧洲,成长于美国。1994年,Tim离开瑞士到美国创建W3C,他说“我必须到互联网的引力中心去”。中国现在是全球互联网发展最快的大区。2013年,设立在北京航空航天大学的W3C办事处成为W3C全球四总部之一。作为中国的互联网人,我们或许应从Tim的哲学和经历中学习,中国会不会、何时会成为互联网的新“引力中心”?如何发扬Tim开放、自由的理想,让中国在下一个十年的Web发展中发挥更大的作用?

作者:鲍捷,CCF专业会员,本刊编委。北京文因互联科技有限公司创始人、首席执行官,W3C OWL(web本体语言)工作组成员。主要研究方向为机器学习、神经网络、数据挖掘、自然语言处理、形式推理、语义网和本体工程。

来源:《中国计算机学会通讯》2017年第6期《动态》

图灵奖(A.M. Turing Award,又译“杜林奖”)

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从1966年到2016年,共51届、共65名得主,按国籍分,美国学者最多,欧洲学者偶见之,华人学者目仅有2000年图灵奖得主姚期智(现在清华大学、香港中文大学)。64名得主分布在几十个小领域,排在前六的领域有:编译原理、程序设计语言,计算复杂性理论,人工智能,密码学,以及数据库(4名)。在某种意义上,可大致认为,前三个领域与计算机科学本身更密切一些,后三个领域与军民应用更密切一些。

图灵奖获得者

年份
中文译名
姓名
贡献领域
1966
艾伦·佩利
Alan J. Perlis
高级程序设计技巧,编译器构造
1967
莫里斯·威尔克斯
Maurice V. Wilkes
存储程序式计算机EDSAC,程序库
1968
理查德·卫斯里·汉明
Richard Hamming
数值方法,自动编码系统,错误检测和纠错码
1969
马文·明斯基
Marvin Minsky
人工智能
1970
詹姆斯·维尔金森
James H. Wilkinson
数值分析,线性代数,倒退错误分析
1971
约翰·麦卡锡
John McCarthy
人工智能
1972
艾兹格·迪科斯彻
Edsger Dijkstra
程序设计语言的科学与艺术
1973
查理士·巴赫曼
Charles W. Bachman
数据库技术
1974
高德纳
Donald E. Knuth
算法分析、程序设计语言的设计、程序设计
1975
艾伦·纽厄尔
赫伯特·西蒙
Allen Newell
Herbert A. Simon
人工智能,人类认知心理学和列表处理 (list processing)
1976
迈克尔·拉宾
达纳·斯科特
Michael O. Rabin
Dana S. Scott
非确定性自动机
1977
约翰·巴克斯
John Backus
高级编程系统,程序设计语言规范的形式化定义
1978
罗伯特·弗洛伊德
Robert W. Floyd
设计高效可靠软件的方法学
1979
肯尼斯·艾佛森
Kenneth E. Iverson
程序设计语言和数学符号,互动系统的设计,运用 APL进行教学,程序设计语言的理论与实践
1980
东尼·霍尔
C. Antony R. Hoare
程序设计语言的定义与设计
1981
埃德加·科德
Edgar F. Codd
数据库系统,尤其是关系型数据库
1982
史提芬·古克
Stephen A. Cook
计算复杂度
1983
肯·汤普逊
丹尼斯·里奇
Ken Thompson
Dennis M. Ritchie
UNⅨ操作系统和C语言
1984
尼古拉斯·沃斯
Niklaus Wirth
程序设计语言设计、程序设计
1985
理查德·卡普
Richard M. Karp
算法理论,尤其是NP-完全性理论
1986
约翰·霍普克罗夫特
罗伯特·塔扬
John Hopcroft
Robert Tarjan
算法和数据结构的设计与分析
1987
约翰·科克
John Cocke
编译理论,大型系统的体系结构,及精简指令集(RISC)计算机的开发
1988
伊凡·苏泽兰
Ivan Sutherland
计算机图形学
1989
威廉·卡亨
William Morton Kahan
数值分析
1990
费尔南多·考巴脱
Fernando J. Corbató
CTSS和Multics
1991
罗宾·米尔纳
Robin Milner
LCF,ML语言,CCS
1992
巴特勒·兰普森
Butler W. Lampson
分布式,个人计算环境
1993
尤里斯·哈特马尼斯
理查德·斯特恩斯
Juris Hartmanis
Richard E. Stearns
计算复杂度理论
1994
爱德华·费根鲍姆
拉吉·瑞迪
Edward Feigenbaum
Raj Reddy
大规模人工智能系统
1995
曼纽尔·布卢姆
Manuel Blum
计算复杂度理论,及其在密码学和程序校验上的应用
1996
阿米尔·伯努利
Amir Pnueli
时序逻辑,程序与系统验证
1997
道格拉斯·恩格尔巴特
Douglas Engelbart
互动计算
1998
詹姆斯·尼古拉·格雷
James Gray
数据库与事务处理
1999
弗雷德里克·布鲁克斯
Frederick P. Brooks,Jr.
计算机体系结构,操作系统,软件工程
2000
姚期智
Andrew Chi-Chih Yao
计算理论,包括伪随机数生成,密码学与通信复杂度
2001
奥利-约翰·达尔
克利斯登·奈加特
Ole-Johan Dahl
Kristen Nygaard
面向对象编程
2002
罗纳德·李维斯特
阿迪·萨莫尔
伦纳德·阿德曼
Ronald L. Rivest
Adi Shamir
Leonard M. Adleman
公钥密码学(RSA加密算法)
2003
艾伦·凯
Alan Kay
面向对象编程
2004
文特·瑟夫
罗伯特·卡恩
Vinton G. Cerf
Robert E. Kahn
TCP/IP协议
2005
彼得·诺尔
Peter Naur
Algol 60语言
2006
法兰西斯·艾伦
Frances E. Allen
优化编译器
2007
爱德蒙·克拉克
艾伦·爱默生
约瑟夫·斯发基斯
Edmund M. Clarke
Allen Emerson
Joseph Sifakis
开发自动化方法检测计算机硬件和软件中的设计错误
2008
芭芭拉·利斯科夫
Barbara Liskov
编程语言和系统设计的实践与理论
2009
查尔斯·萨克尔
Charles Thacker
帮助设计、制造第一款现代PC
2010
莱斯利·瓦伦特
Leslie Valiant
对众多计算理论所做的变革性的贡献
2011
犹大·伯尔
Judea Pearl
通过概率论和因果推理对人工智能领域作出的根本性贡献
2012
莎菲·戈德瓦塞尔
希尔维奥·米卡利
Shafi Goldwasser
Silvio Micali
由于在密码学和复杂理论领域做出创举性工作
2013 莱斯利·兰伯特 Leslie Lamport 在提升计算机系统的可靠性及稳定性领域的杰出贡献
2014
迈克尔·斯通布雷克
Michael Stonebraker
对现代数据库系统底层的概念与实践所做出的基础性贡献
2015
惠特菲尔德·迪菲
马丁·赫尔曼
Whitfield Diffie
Martin Hellman
发明迪菲-赫尔曼密钥交换,对公开密钥加密技术有重大贡献
2016 蒂姆·伯纳斯·李 Tim Berners-Lee 万维网的发明者

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1 Response

  1. ■小溪/文 (中科院高能所)
    ■曾珊 等/审校

    如今,无论你在世界上哪个角落,每天打开计算机只要连上网络就仿佛打开了通往世界的一扇窗。点点鼠标,翻翻网页,就能轻松浏览世界各地的信息并能方便地与人沟通和交流,文字、图片、音乐、视频……,随心所欲,多么奇妙。知道么,这一切都与Web有关,全世界几乎有一半人已离不开它了。

    什么是Web?Web是World Wide Web(全球广域网)的简称(也有简称WWW、3W、或W3),它的中文名称由“全国科学技术名词审定委员会”定译为“万维网”——这被认为是“神来之译”,因为万维网三个拼音首字母也恰好都是W。

    使用Web的人不少,但真正了解Web起源的人并不算多。Web从哪里来?实际上,Web始于粒子物理研究中的一个技术构想,发明人是在欧洲核子研究中心(CERN)工作的英国人伯纳斯-李(Tim Bernes-Lee)。Web后来发展为全球网络的关键技术之一,为全世界的信息交流和传播带来了革命性的变化,大大改变了人类的生活方式。

    本文简要介绍发明Web的背景以及Web的意义。

    Web的发明人伯纳斯-李(图片来自网络)

    I. 相关术语

    提到网络,互联网、因特网、万维网等术语挺容易混淆,它们是一回事还是各不相干?如果是不同的概念,那它们之间是什么关系呢?

    互联网internet

    两台或两台以上的电子设备,不论用何种技术连接形成网络,只要它们能相互通信,该网络就可以称为互联网了。国际上互联网所对应的英文是internet(首字母i是小写的)。

    因特网Internet

    因特网,又叫做国际互联网,是一个全球性的巨大的计算机网络体系,它把全球数百万个计算机网络和数亿台计算机主机连接起来,包含了无穷无尽的信息资源,向全世界提供信息服务。它是一组全球信息资源的总汇。国际上因特网对应的英文是Internet(首字母I是大写的)。

    因特网基于一种“TCP/IP”协议使不同的电子设备可以相互通信。TCP/IP协议定义了电子设备如何连入因特网,也定义了数据在各设备之间传输的标准。(局域网也可使用TCP/IP协议,但局域网没有公网地址)。

    万维网Web

    浏览器是指客户端常用的某种程序,可显示网页中的文档内容,包括文字、图像等信息,还包括连接其他网址的超链接(从一个网页中的某个对象指向另一个目标的连接关系,连接目标可以是本网页上不同位置的其它对象,也可以是另一个网页上的不同对象),有利于客户端用户迅速、方便地浏览各种信息。

    HTTP是一种超文本传输协议,负责将超文本(用超链接的方法将各种不同空间的文字信息组织在一起的网状文本)从服务端传输到客户浏览器,不仅保证正确快速地传输超文本文档,还具有确定传输文档中的哪一部分以及哪部分的内容首先显示等功能,使浏览器更加高效。

    万维网Web分为Web客户端和Web服务器程序,是一个由许多互相链接的超文本组成的系统,通过互联网访问。在这个系统中,每个有用的事物,称为一个“资源”;并且由一个全局“统一资源标识符”(URI)标识;这些资源通过HTTP协议传送给用户,而用户通过点击链接来获得资源。Web具有全球性、动态交互、跨平台等特性,可为用户在因特网上查找、浏览信息提供全新的最图形化的直观界面(包含文字、图片、音频、视频等,并可以相互链接)。

    II. Web的背景

    综上所述,Web是建立在因特网上的一种网络服务,它使网络由计算机间的连接扩展到了信息的连接,这可是因特网发展历程中里程碑级的重大成果。要了解Web的诞生背景,需简单回顾一下因特网的发展历程。

    阿帕网ARPAnet

    因特网的前身是阿帕网(ARPAnet),说起阿帕网的建立还真有些戏剧性。

    1966年,毕业于美国德州大学实验心理学专业的泰勒(Robert Taylor)在美国国防部高级研究计划局ARPA(Advanced Research Projects Agency)信息处理技术办公室任主管。泰勒的办公室位于五角大楼中,他的办公桌上有3台电脑终端,分别与远处的麻省理工学院、加州大学伯克利分校、加州圣莫妮卡市的主机相连。这3台电脑使用的操作系统不同,泰勒被每台电脑各自为营的上机步骤弄得心烦意乱,他发誓要“想办法将这些活宝连接到一起”。

    泰勒(Robert Taylor)(图片来自网络)

    泰勒本身并不是网络专家,但他是心理学专业毕业的,他依照人类神经网络的构图很快弄出了一个电脑网络系统的设想。泰勒来到当时ARPA署长赫兹菲尔德(Charles Herzfeld)的办公室,用20分钟描述了自己的设想:由ARPA出资创建一个小型的试验性互联网络,先设少量节点,成功后再逐步扩大。他对赫兹菲尔德介绍说这种由多条通道构成的网络系统很可靠,如果发生战争,即使某个节点被毁,国防部的命令仍能通过网络的其它节点传送。估计,是这一点打动了赫兹费尔德。令泰勒没想到的是,赫兹费尔德竟然随即同意为此拨款100万美元,项目的名称是ARPAnet。

    泰勒开始组建研究队伍,他想尽办法才请到了在麻省理工学院林肯实验室研究计算机网络通信的罗伯茨(Larry Roberts)来担任项目的技术负责人。

    罗伯茨(Larry Roberts)(图片来自网络)

    这位罗伯茨可不是一般之人,他从小就是“学霸”,智商很高,在软件设计以及通讯技术等方面具有超凡的能力。当罗伯茨开始思考阿帕网构架时,发现面临的问题很多,其中最关键的问题是:已有的网络传输理论与技术中没有一种能真正解决不同型号计算机之间相互兼容的问题。

    1967年10月,罗伯茨发表了题为《多电脑网络与电脑间通信(Multiple Computer Networks and Intercomputer Communication)》的论文,提出了阿帕网的框架设想,他选择“分组交换(Packet Switching)”作为阿帕网的数据传输标准。

    分组交换是指将需要传输的数据分割成小份,这样传输时就不易造成传输线路的拥堵,大大提高了资源的利用率。这个概念是加州大学洛杉矶分校的克兰罗克(Leonard Kleinrock)1964年在自己的博士论文中提出的。他凭借自己深厚的数学功底奠定了分组交换的理论基础(他后来成为阿帕网团队的一员,亲手实现了分组交换)。

    克兰罗克(Leonard Kleinrock)(图片来自网络)

    当时,参与英国第一台计算机研制的戴维斯(Donald Watts Davies)也开发出了分组交换的技术。1967年,这两个研发团队联手,最终将分组交换技术成功用于阿帕网。

    1968年6月,罗伯茨提交了一份题为《资源共享的电脑网络(Resource Sharing Computer Networks)》的初步设计方案,提出在美国选择4个节点(加州大学洛杉矶分校(UCLA)、加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)、犹他大学(Utah)和斯坦福研究所(SRI))进行试验。最伤脑筋的是4个节点的计算机机型完全不同,怎么才能让它们实现相互通信呢?

    解决这个问题的是克拉克(James Clark),他提出的办法是:只需在提供资源的主机和网络之间安装一台“接口信息处理器IMP(Interface Message Processor)”,用来接受远程传来的信息并转为本地电脑使用的格式,负责线路的调度。(注:IMP就是如今网络最关键的设备——路由器的雏形)

    克拉克(James Clark)(图片来自网络)

    “分组交换”与“接口信息处理器”这两项关键技术的结合为阿帕网奠定了重要的技术基础,创造出一种更高效、更安全的数据传递模式。

    阿帕网的逻辑图(1969年)(图片来自网络)

    罗伯茨领导诸多大学和研究机构协同攻关,终于于1969年10月29日,完成了首个数据包通过阿帕网由加州大学洛杉矶分校(UCLA)出发,经过漫长的海岸线,完整无误地抵达斯坦福研究所(SRI)的实验。随后又完成了其它3个节点的数据传输试验。

    最初的阿帕网只有4个节点,一年之后就扩展到15个节点。1972年10月,来自美国各地的共计40台电脑通过网络成功实现互联,并在首届国际计算机通讯大会(ICCC)上展示了阿帕网的成功。1973年,阿帕网就连到了英国和挪威。

    TCP/IP协议

    有了阿帕网奠定的基础,因特网是如何发展起来的呢?

    这里要介绍一项关键技术——“TCP/IP协议”。

    在麻省理工学院任教的卡恩(Robert Elliot Kahn)博士毕业于普林斯顿大学。1969年,位于麻省的BBN科技公司承揽了阿帕网的接口信息处理机IMP的研制任务,卡恩参加了此项目并负责接口信息处理器(IMP)的系统设计。1972年卡恩前往ARPA协助罗伯茨工作。

    卡恩(RobertKahn)(图片来自网络)

    瑟夫(Vinton G. Cerf)博士毕业于加州大学洛杉矶分校,他当时在加州大学洛杉矶分校的克兰罗克(就是那位提出分组交换概念的计算机专家)手下工作,有机会参加了第一台接口信息处理器IMP的安装调试。由于经常与卡恩一起工作,他们两人成为密友。

    瑟夫(Vinton G. Cerf)(图片来自网络)

    20世纪70年代初期,计算机的种类五花八门,不同类型的计算机各自使用不同的语言,相当于不同语种的人之间沟通非常困难。只有大家都遵循一种能够相通的语言,在网络领域被称为“通信协议”,所有的信息才能通过网络准确地传达。

    瑟夫和卡恩为开发这种通信协议绞尽脑汁。1974年5月,瑟夫和卡恩在IEEE期刊上发表了题为《关于分组交换的网络通信协议(A Protocol for Packet Network Intercommunication)》的论文,提出了用传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和网际互连协议IP(Internet Protocol)来实现计算机网络之间的互连。

    “A Protocol for Packet Network Intercommunication”, IEEE, Vol Com-22, No 5 May 1974(图片来自网络)

    经过不断改进,TCP/IP协议于1978年基本完成。其中,IP协议为每一台联网设备指定一个地址(相当于每家的门牌地址),而TCP协议负责发现传输的问题,只要发现不符合传输标准的数据就发出要求重新传输的信号,直到所有的数据正确到达目的地。

    1983年1月1日,美国国防部高级研究计划局ARPA决定阿帕网以TCP/IP协议取代的旧网络核心协议NCP(Network Core Protocol),作为所有主机必须遵守的共同协议,这为阿帕网之后的发展打下了坚实的基础。TCP/IP虽然不是最早开发的通信协议,但它结束了旧通信协议的多方割据状态,形成了一种统一的标准。

    瑟夫和卡恩决定不申请TCP/IP的专利,将TCP/IP的规范和技术提供自由分享,目的是使任何厂家生产的计算机都能免费实现相互通信。20世纪90年代中期,TCP/IP得到了更大范围的推广,加之另几项重要网络技术的出现,如超文本标记语言HTML和浏览器等,导致了因特网应用的飞速发展。

    III. Web诞生在CERN

    英国人伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)1976年毕业于牛津大学物理学专业。1980年,他在欧洲核子研究中心CERN找到一个软件咨询员的工作(为期半年)。伯纳斯-李发现,CERN的研究人员分布在世界各地,为了便于自己记住这些人与项目的关联关系,他编写了一个程序(称为ENQUIRE,是个超文本在线编辑数据库),可用随机关联的方法存储信息数据(注:这个程序与伯纳斯-李后来的发明有相同的核心思路)。

    20世纪80年代初期,互相连接的电脑网络已形成,只是由于人们使用的计算机品牌不同,因而保存文档、菜单等文件的格式各不相同,复杂的操作过程以及网络权限的限制对因特网的发展有不小的阻碍。

    1984年伯纳斯-李成为CERN的正式雇员。当时,CERN散布在世界各地几十个国家的研究人员经常要相互传递工作文档和数据,但完成此事却相当繁琐。不同的计算机上有不同的信息,想得到需要的信息必须登录到不同的电脑,这就要必须学习不同类型计算机的操作程序,这使科学家们难以方便地分享信息。

    当时,为使各类文件格式与CERN的主机兼容,担任CERN软件工程师的伯纳斯-李经常要为不同的电脑编写数据导出软件,这让他觉得十分沮丧。他一直在思考,有没有可能开发一个能将不同种类计算机储存文件统一起来的工具?

    伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)(图片来自网络)

    1989年3月,伯纳斯-李向自己的上司森德尔(Mike Sendall)递交了一份《关于信息管理的一个建议》,他建议用超文本的功能(Hypertext)连接CERN的各个实验室,简单、便捷的操作就可共享信息,系统建成后还可能扩展到全世界。

    森德尔在建议书的封面上批示“Vague,but exciting”,意思是“不够明确,但令人兴奋”,可能森德尔认为发展网络技术并不是CERN的官方项目?

    伯纳斯-李的第一份建议书(图片来自http://info.cern.ch/Proposal.html)

    其实,超文本的概念是尼尔森(TedNelson)在20世纪60年代提出的,超文本是指创造一种通过计算机处理文本信息的方法,将各种信息链接在一起,使人们能不受任何限制地读取。20世纪80年代关于超文本技术的学术论文很多,但研究者们关注的重点是如何将超文本作为一种新型文本,只有伯纳斯-李的脑洞更大,他想到了将超文本技术应用于计算机网络。

    虽然上司森德尔此次的批示有点暧昧,没有明确支持伯纳斯-李的建议,不过伯纳斯-李并不灰心,他继续修改、完善自己的建议,加入了对超文本技术开发步骤以及应用前景的阐述。再一次递交建议之后,他得到一笔可以购买一台NeXT计算机的经费。森德尔对伯纳斯-李说:“为什么不试试用这台机器搞搞你的超文本玩意呢?”伯纳斯-李由此与几位同事开始了相关试验系统的开发。

    在一段时间内,伯纳斯-李陆续完成了运行试验系统所需的最基础技术的开发,包括:文件地址位置的命名URI(全球的统一资源定位)、超文本通信协议HTTP(数据传输协议,实现分布式的信息共享)和创建网页链接的HTML(超文本标识语言)等。

    1990年12月,伯纳斯-李以自己的NeXT电脑为服务器,架设了人类历史上第一个Web网站,域名为Info.cern.ch(至今还保留着)。当时,它仅在CERN内部使用,允许用户进行文档和信息交流。实际上它是个CERN内部电话号码簿的查询服务网页(保存了约10000名CERN成员的电话号码),但它却是世界上第一个所见即所得的超文本浏览/编辑器,用户使用起来十分方便,也让伯纳斯-李的同事们以及CERN的领导们理解了web的意义。

    1991年8月6日,可以算个值得纪念的日子,Web网站首次在因特网上公开亮相(网页URL: http://info.cern.ch),并允许CERN以外的人员受邀加入。在这之后,伯纳斯-李忙于Web的改进及宣传。

    伯纳斯-李制作的“世界上第一个Web网”(图片来自网络)

    伯纳斯-李使用的NeXT计算机,后来成为世界上首台Web服务器(图片来自网络)

    伯纳斯-李(图片来自https://home.cern/about/topics/birth-web/where-web-was-born)

    伯纳斯-李电脑上CERN浏览器的网页截图(1990年)(图片来自http://info.cern.ch/NextBrowser.html)

    在法国安纳西召开的“高能物理计算研讨会”(1992年9月)上伯纳斯-李展示的图片(图片来自网络)

    1993年4月30日,是个有特殊意义的日子。CERN正式决定将Web软件放到因特网的公共领域,并宣布Web软件可对任何人开放,不收取任何费用。值得注意的是这里的关键问题——CERN和伯纳斯-李放弃了为Web技术申请专利。

    伯纳斯-李在他撰写的“编织万维网(Weaving the Web)”一书中描述:“1993年CERN一位所长签发了一个声明,并盖了CERN的印章。声明说CERN允许任何人可以无偿地使用因特网的协议及其代码,用以建造服务器或浏览器,提供别人使用或出售,没有任何版权或其他限制。”伯纳斯-李为此非常高兴!

    1993年4月30日,CERN正式宣布Web技术向所有人开放(图片来自https://cds.cern.ch/record/1164399)

    伯纳斯-李撰写的《Weaving the Web》(图片来自网络)

    1994年5月25日-27日,CERN在瑞士日内瓦召开了第一次关于Web的国际研讨会(First International Conference on the World-Wide Web),这次会议的盛况空前,有380名参与者。伯纳斯-李做主讲并回答问题,参会人员都预感到世界上即将发生一个重大事件而群情振奋。伯纳斯-李报告时在屏幕上专门打出一张世界地图,用颜色标明已推广Web技术的国家(当时主要集中在欧美各国),然后刻意指着中国区域预言说这里也快了!(当时中科院高能所正组织策划在国内启动Web技术)

    因特网在全世界爆炸性的普及,还需提到并感谢另一位有才华的年青人安德森(Marc Andreessen)。1992年下半年,安德森在美国伊利诺伊大学香槟分校的国家超级计算机应用中心NCSA(National Center for Supercomputing Applications)工作。由于当时因特网上的信息检索工具Gopher、Web等都只支持文本不支持图像,安德森想到:如果浏览器能加上图形功能,上网就会更有意思了。他和NCSA的同事合作,开始进行全新浏览器Mosaic的开发工作。

    安德森(Marc Andreessen)(图片来自网络)

    其实,那时Gopher比Web名气大,在Web出现之前,Gopher是当时因特网上最主要的信息检索工具,它将文件组织成索引,使用方便,并允许用户使用层叠结构的菜单与文件,以发现和检索信息。但因Web软件对公众开放,而Gopher却宣布不再免费,造成大量用户从Gopher转向Web,安德森也由此决定基于Web网络协议来开发新型的浏览器。(注:后来的一些新浏览器,如火狐、IE等,均基于Web网络协议开发)

    1993年初,世界上第一个可以显示图片的浏览器Mosaic-Alpha版(运行于Unix平台)发布,9月份Mosaic-1.0版(运行于Apple Macintosh、Microsoft Windows平台)发布。Mosaic的界面简洁,网页展示区域很宽,为Web的超文本语言增添了全新的特点,不但可以显示图像,还能循环展示GIF动图,用户不用特别掌握电脑方面的专业知识,也不用经过任何特殊训练,用小小的鼠标就可以方便地浏览Web网的内容。原来仅在技术专家之间进行的网络通信一下变成了寻常百姓都能理解的有趣事情。

    初期的Mosaic浏览器(图片来自网络)

    Mosaic因此大获成功,成为首个被大众普遍接受的浏览器,使更多的人了解了因特网,当时的Mosaic似乎成了Web浏览器的标准。正因Web的开放性,人们发现,用Mosaic浏览器将文件发给世界上任何一个地方的任何人,不但快捷且费用几乎为零。几个星期内,世界各地的用户下载了数以十万计的Mosaic浏览器软件拷贝。Mosaic为Web带来了极大活力,Web服务器站点的数量也随之飞速增长。从1991至1994年,伯纳斯-李建立的第一个Web网站(info.cern.ch)的访问量竟翻了100倍。

    伯纳斯-李也曾想创立公司研发自己的网页浏览器,但为了推动Web走向世界,他放弃了这一念头,选择了商业之外的另一种做法。

    1994年10月,伯纳斯-李在美国麻省理工学院MIT创立了Web联盟(World Wide Web Consortium,WWWC),邀请了微软、网景、苹果、IBM等155家公司和研究机构,共同研究Web的技术标准化,为Web走向世界做出了不可替代的贡献。

    1997年4月,伯纳斯-李在参加第6届国际Web大会时对采访他的记者说:“Web最初的设想是有着深刻的社会意义的。这就是增强个人的能力,提高社会的效率,把电脑的功能应用到日常生活中去。……,在我们做出决定的时候,不能只是想着电脑和网络,我们必须想着人民。”

    伯纳斯-李(图片来自网络)

    IV. 终获图灵奖

    伯纳斯-李无偿地把自己发明的Web推广到全世界,1999年被美国著名的《时代》周刊评为20世纪最具影响力的100个人物之一,2003年获英国女王伊丽莎白二世授予的“大英帝国司令勋章爵士”,2004年获芬兰首届“千年技术奖”,2014年获“伊丽莎白女王工程奖”勋章。

    2016年,伯纳斯-李终于获得了由美国计算机协会(ACM)颁发的图灵奖(A.M. Turing Award),该奖项是全球范围内计算机科学领域最负盛名的大奖,通常被称为计算机界的“诺贝尔奖”(奖项的100万美元奖金由Google提供)。ACM发布的公告赞誉伯纳斯-李发明了Web、第一个网络浏览器、以及允许网络扩展的基本协议和算法。(注:2016年是图灵奖设立的五十周年)

    伯纳斯-李终获2016年ACM“图灵奖”(图片来自网络)

    图灵奖杯(图片来自网络)

    Google、百度、阿里巴巴、亚马逊、Facebook,以及所有的个人博客,所使用的因特网服务,都是在伯纳斯-李创造的Web的基础上建立的。但伯纳斯-李的名字没有出现在任何一个富豪榜上。他最大的两笔收入,一是奖金100万欧元的芬兰千年科技奖,另一个就是2016年获得的图灵奖,奖金100万美元。

    V. 结语

    Web技术的开发初衷是为了粒子物理学家之间可以方便地以图文形式在网上共享科研成果。而此后,Web的应用已远远超出了最初的设想,极大地推动了因特网的推广。

    Web在中国的发展也与粒子物理息息相关。1991年中美高能物理合作会谈正式提出建立一条从位于北京的中科院高能物理所(IHEP)至位于美国加州斯坦福直线加速器中心(SLAC)的计算机联网专线(64K速率)。

    中美两国科学家1991年草拟的IHEP-SLAC联网设计图(图片来自网络)

    1993年3月2日,中科院高能所租用美国AT&T公司的国际卫星信道,接入美国SLAC国家实验室64K速率的专线正式开通,这是我国部分连入因特网的第一根专线。这根专线在1994年4月中国正式连入因特网后,也实现了因特网的全线连通。

    1994年5月15日,高能所率先引入Web技术搭建了中国的第一台Web服务器,并推出第一个网站www.ihep.ac.cn和英文网页(那时,亚洲都没几个网站出现),介绍高能所的科研活动、中国的高科技发展,并引入国际上重要的相关网站。网站上还设有“Tour in China”栏目,提供新闻、经济、文化、商贸等更为广泛的图文并茂的信息。

    中国的第一台Web服务器

    1994年高能所网站上的英文网页(图片来自网络)

    1994年下半年,高能所曾邀请伯纳斯-李到中国做报告,因他当时的日程安排已满,只得派了助手前来介绍Web。由于要求听报告的人数较多,报告会地点从高能所改到了科技部科技情报所的会议室。报告人将伯纳斯-李制作的全套报告透明片留给了高能所负责组织将Web技术引入国内的许榕生博士作为纪念。以下列出的是其中两页有关Web原理的解析,描述得生动易懂。

    伯纳斯-李制作的报告透明片(其中两张)(图片来自网络)

    Web技术是粒子物理研究对社会产生直接影响的一个典型例子。粒子物理学家们开玩笑时常说:如果Web像微软那样收取专利费的话,全世界的粒子物理研究就不愁经费了。

    正因Web对科技与社会发展的影响极为深远,被称为是20世纪最伟大的发明之一。伯纳斯-李发明了Web,但他没申请Web专利、没做什么商业尝试,他把这项发明无偿地奉献给全人类,而自己继续做信息科学家。

    让我们向伯纳斯-李致以最崇高的敬意!

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