研究方向为互联网信息挖掘、机器学习、智慧医疗、教育大数据。目前主持国家自然科学项目、国家自然基金重点子课题、科学技术部国家重点研发计划课题等三项国家级科研项目。截止2019年8月，合作发表科研学术论文200多篇，被引9000多次，H因子37。获得ICML 2014最佳论文奖，获WWW 2016最佳论文提名。出版学术专著1部，获软件著作权8项，获发明专利3项。
主编多部教材，国家“十一五”、“十二五”规划教材。主持的“数据结构与算法”被评选为国家级和北京市级精品课程，也是教育部精品资源共享课程。 在Coursera、edX和中国大学MOOC开设“数据结构与算法”慕课课程，获评中国高校计算机教育MOOC联盟优秀课程奖、国家精品在线课程。