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【科学大观园杂志】吴文俊:数学“顽童” 算法人生
发布时间:2021-06-28 来源: 【字号:  
  

  

在人工智能大热的当下,有个人的名字时常被提及。他就是著名数学家、中国人工智能先驱——吴文俊。他由于在数学领域的开创性研究荣获国际自动推理的最高奖Herbrand奖。 

  
 

   

  吴文俊在数学所作拓扑学的学术报告 1955年   
 

1919年,吴文俊出生在上海一个书香世家。4岁时,他就进入了小学。直至上初中,数学都不是他青睐的学科。高中时,他逐渐对数学、物理,特别是几何与力学产生学习的兴趣。1936年,吴文俊中学毕业,因为家境困难,而学校提供的奖学金要求他必须报考上海交大数学系。由此,他进入名校。某种程度上来说,当初念数学系并非吴文俊的本意。没想到,这是命运造成的一个美妙的“错误”。在大三的时候,他接触到英文著作《代数几何》并深深地迷上了数学。大学毕业后,吴文俊由于在数学方面的突出表现,经引见认识了苏步青、陈省身等当时数学界的大家。后来,他进入中央研究院数学研究所,受教于陈省身,稳稳地踏上了数学研究的道路。

上世纪50年代,吴文俊誉满天下,他引进的示性类和示嵌类被称为“吴示性类”和“吴示嵌类”,他导出的示性类之间的关系式被称为“吴公式”。吴文俊的工作被公认为50年代拓扑学的重大突破之一,成果被5位“菲尔兹奖”获得者引用。1956年,吴文俊与钱学森、华罗庚获得首届国家自然科学奖一等奖。次年,他成为当时最年轻的中国之一。

上世纪70年代,在计算机工厂劳动的吴文俊切身感受到计算机的巨大威力,意识到将数学与计算机结合起来的必要性。已年近六旬的吴文俊决定从头学习计算机语言,转而开创了崭新的数学机械化研究领域。他一头扎进机房,学习算法语言,编制算法程序。很快他就找到了中外古今数学的结合点:用中国传统数学思想方法,在计算机上实现几何定理的证明,进而推动数学机械化,建立机械化数学。这一理论后来被应用于多个高技术领域,解决了曲面拼接、机构设计、计算机视觉、机器人等高技术领域核心问题,成为当代数学发展中,一个引人瞩目的新里程碑。

 

  
 青年时代的吴文俊


1977年,58岁的吴文俊已是中国科学院学部委员、国家自然科学奖一等奖获得者,拥有骄人的头衔和一般人难以企及的荣誉,可以说已功成名就,完全可以颐养天年了。然而,他以战斗的姿态在科学攀登路上再出发,开始了一个与他过去从事的研究完全不同的新领域──几何定理机器证明方面的研究。并在随后的数十年间,开创了一个既有浓郁中国特色又有强烈时代气息的数学领域──数学机械化。

1978年,吴文俊正式发表了他关于几何定理及其证明的第一篇论文,提出了几何定理机器证明的新方法。该方法是将要证明的几何问题代数化,并有一套高度机械化的、能够直接在计算机上有效运行的代数关系整理程序。这一方法是笛卡尔方案的继承,作为这一方法的关键算法——多元非线性代数方程组的消元程序,现在国际上就称为“吴方法”,利用这一方法不仅可以有效地证明初等几何的大部分定理,而且可以自动发现新的定理,微分几何中主要定理的证明也可以通过这一方法实现机械化。

编程一般都是年轻人做,为了确保研究过程准确无误,好几年的时间里,吴文俊一直坚持自己编程,他从零开始学习编写计算机程序,自己上机。上世纪70年代末期上机编程序的时候,条件非常简陋,存储媒介是穿孔纸袋、打洞的卡片。这样的卡片,在吴文俊的办公室里堆了一麻袋。

吴文俊是机房里年龄最大的“程序员”,在相当一段时间里也是中科院数学所上机时间最长的人。经常是早晨8点前,你就会看到他已在机房外等着开门。在机房里他会连续工作近10个小时,傍晚回家吃饭,还要整理计算结果。可两个小时以后你又会在机房里看到他,有时甚至要工作到深夜或次日凌晨。第二天清晨,他又出现在机房上机了。24小时连轴转的情况也时有发生。

2009年,90岁高龄的吴文俊开始研究世界级难题“大整数分解”。这是当今使用最为广泛的密码的安全性的数学基础。2010年,因他在数学领域的付出,经国际天文学联合会小天体命名会批准,第7683号小行星被永久命名为“吴文俊星”。

从几何定理机器证明到数学机械化理论,吴文俊的研究产生了巨大的国际影响。1997年吴文俊获得国际自动推理最高奖“Herbrand自动推理杰出成就奖”;2000年,吴文俊因其对拓扑学的基本贡献和开创了数学机械化研究领域成为了国家最高科学技术奖设立以来的首位获奖人;2006年,吴文俊获得了有“东方诺贝尔奖”之称的邵逸夫奖。邵逸夫奖评奖委员会在评论中写道:“吴的方法使该领域发生了一次彻底的革命性变化,并导致了该领域研究方法的变革。通过引入深邃的数学想法,吴开辟了一种全新的方法,该方法被证明在解决一大类问题上都是极为有效的,而不仅仅是局限在初等几何领域。”其工作“揭示了数学的广度。为未来的数学家们树立了新的榜样”。

面对这些光环,吴文俊却从未有丝毫的骄傲,他说:“我不想当社会活动家,我是数学家、科学家,我最重要的工作是科研。我欠的‘债’,是科学上的‘债’,也是对党和国家的债。”

2017年,“吴文俊应用数学奖”设立,以此推动数学与其他学科交叉领域的发展。“我此刻可以算个老人了,走过了人生的90多年,好长好长的一条河道呀。讲述这些旧事,有点像一个顽童,顺着河水捡拾石子,左一个,右一个,色彩斑斓的,外形怪异的,或者普通得没有一点耀眼之处的,形形色色,各色各样……”吴文俊在回忆一生时如是说道。

来源 | 综合中国科学技术协会资料、中国科学报

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