“人工智能日新月异,要想进一步发展,数学的突破少不了。”
10月29日下午,中国科学院院士、复旦大学数学科学学院教授陈恕行站上相辉堂北堂讲台,以《求索、攀登、奋斗》为题,开讲“强国之路”思政大课,从自己的经历说开去,结合应用案例深入浅出,将数学科研之路与复旦2024级理科新生分享、共勉。
在复旦,结缘偏微分方程
“我出生在解放前,成长在新中国,从小就对解方程很感兴趣。”
从未知推导已知,由问题找到答案,这个神奇的过程让少年陈恕行着迷。在高考选择专业的时候,他不假思索地报考了复旦数学系。1959年国庆,在第一教学楼前,陈恕行留下一张青涩的合影。
陈恕行(前排右1)
彼时的复旦数学系,在以苏步青教授、陈建功教授为代表的老一辈数学家的带领下,英才云集,名声鹊起。
从小对解方程的特殊爱好,促使陈恕行在大学四年级选专业方向时选择了偏微分方程。本科毕业后,他在复旦继续深造,师从谷超豪先生。
谷超豪(后排右2)与陈恕行(后排右1)
“一个好的偏微分方程,往往可以涵盖一门物理科学大多数数量规律。”譬如,navier-stokes方程总结流体力学主要数量规律于一体,麦克斯韦方程则涵盖了电动力学的数量规律……一行方程,短小简洁,却蕴藏深刻丰富的内涵,陈恕行被偏微分方程隽永的美,深深吸引。
数学研究如何走向应用?1960年代,青年陈恕行与复旦数学系同事深入工业一线调研,造访上海汽轮机厂,上海电机厂,前往上海重型机器厂探访江南造船厂生产的万吨水压机,到工业生产第一线调研学习。
通过深入社会生产实践,数学系师生对书本理论的应用需求有了更深了解,还参与到解决应用问题工作中去:以苏步青先生为代表的复旦数学人长期参与江南造船厂的研究工作,并发展了计算几何的新方向;数学系尚汉冀等与上海柴油机厂联合,研究出新型气缸活塞设计,不仅提高厂里的生产效益,成果还获首届国家科技进步奖一等奖。
在当时,有些人认为数学只是科学技术的计算工具,“这样的认知是肤浅的”,陈恕行说。“随着国家工业水平的提升,你会发现数学的很多应用,还远未被发掘出来。”
“用小机器解决了大问题”
1975年,子彬院二楼,年轻的陈恕行坐在学校机房前,留下一张珍贵的照片。
“白天机房电压不稳定,我们只能在深夜通宵计算。”临危受命,从设备到方法,陈恕行用“白手起家”形容这段在超音速绕流计算小组的经历。
当时,陈恕行等人采用复旦研制的719 浮点计算机进行计算,输入和输出设备仍采用原始的穿孔纸带。尽管719计算机是复旦计算机史上第一部用高级语言编程的机器,但相较于国外的先进计算机,在计算能力上仍有数量级差异。“但我们等不了”,陈恕行说。从来没有数字计算经验,那就从零开始,从头查资料、学方法。
“用小机器解决了大问题”,中国科学院院士、著名数学家谷超豪戏称这段难忘的科研经历。
“第四次智能化工业革命,或许就需要数学科学的革命性变化来推动。”陈恕行眼中的数学,既是多个科学领域的核心技术,也是国家实力的表现。北斗导航、隐身战机、嫦娥六号探月……我国重大科技成就的背后,都有数学的支撑。
陈恕行十分重视数学理论基础创新。在开展超音速绕流研究期间,他关注到超音速气流经过物体表面会产生不同形状的激波。这一结论得到空气动力学实验结果的支撑,但尚未在数学上得到证实。
他抓住这一由超音速气体运动引申出的数学理论问题,在长期研究后取得突破性进展。相关研究成果“高维非线性守恒律方程组与激波理论”于2005年荣获国家自然科学奖二等奖,并引发国际数学界关注。2010年,陈恕行受邀在国际数学家大会作45分钟邀请报告。
在求索的过程中攀登
回顾一生的研究工作,陈恕行说,“我这一生一直在求索,对数学的认识不断加深。”最开始,只认识到数学是人类生活的基本需求,学习数学是出于兴趣爱好;后来,了解到数学是科学的语言,是科技发展不可缺少的工具;随着学习与研究的深入,才认识到数学是促进人类文明进步推动社会发展的巨大动力,数学是核心技术,是国家实力的表现。“在求索的过程中,我不断攀登和奋斗。”
陈恕行对在场的同学们表示,来到复旦开启新的人生历程,会有很多问题需要思索,会遇到困难和挑战。碰到困难不是坏事,“每天都像喝白开水一样度过,那有什么意思呢?只有克服困难、踏上新台阶,才能不断前进。”科研的过程是突破与迷茫的反复纠缠,胜利喜悦是暂时的,艰苦攀登是长期的,他希望同学们始终保持强烈的探索兴趣。
提问环节,2024级数学科学学院本科生范苏伟问道:“为什么国内很多高校数学系都偏重偏微分方程领域的研究?未来是否会出现其他数学分支成为下一个数学研究的常青树?”陈恕行认为,偏微分方程的应用面很广,社会需求很大,还有许多理论问题尚未得到解决,值得学者探索。在偏微分方程之外,其他数学分支也重要,具有不同的理论深度和应用价值。
2024级计算与智能创新学院本科生樊越菡提问:“青年应该如何学好数学?如何利用数学工具做好研究?”“复旦大学的课程设计很精密”,陈恕行表示,“最重要的是把课程学精、学深、学透”。
“在人工智能时代,数学的重要性体现在哪些方面?”2024级大数据学院本科生刘俊彦提问。陈恕行认为“随着人工智能发展,算力需求越来越大,但只从数量上增加设备或计算时间是不够的,需要在数学思路、方法层面有所突破,才能实现真正的创新和提高。”
课程接近尾声时,陈恕行向同学们送上祝福:“个人发展跟国家命运交织在一起,能为国家昌盛、民族复兴竭尽个人之力是非常幸福与令人欣慰的事情。希望在年轻人身上。我衷心祝你们成功!”
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