袁亚湘:“幸运”离不开“优化”数学

“运气是什么,是你在关键时刻做出对自己最有利的决策,而且正好在对的时间碰到对的人,做了对的事情。” “我爱读书,买书也是我的爱好之一。” “我爱打桥牌,现在有时也打,如果你感兴趣,可以参加我们所每双周五晚上的定期桥牌活动。” “我曾经爱中距离跑步,但现在毕竟不再年轻而且也没场地,只好放弃,改成爬山,从2012年起又增加了游泳,每天1000米。” 这是一段个人简介——中国科学院数学与系统科学院袁亚湘在研究生招生网站上的个人简介。 与其他研究员“中规中矩”的版本相比,这段简介着实有些另类。然而,就是这位喜欢带着学生爬山、打桥牌,看似有点“不务正业”的导师,却拥有中国科学院院士、巴西科学院通讯院士、美国工业与应用数学会会士、美国数学会会士,国际运筹联盟副主席等诸多头衔。 近期记者见到他时,他又当选了发展中国家科学院院士、中国数学会新任理事长。 他在非线性规划方面的研究成果被国际上命名为“袁氏引理”;在信赖域方法、拟牛顿方法、非线性共轭梯度法、子空间方法等方面的创造性研究成果为世人所共赞。2014年10月26日,他因此荣获发展中国家科学院奖,成为我国第6位获得此殊荣的数学家。 当别人都在感叹他未来仕途不可限量时,47岁时,他却卸下所有行政职务,以一颗稚子之心回归科研净土,“带带学生,想想数学,写写文章,游游世界,不亦乐乎”。 机缘巧合走上“优化”之路 “为什么同年毕业,进单位工作的同事,若干年后会有很大的差别,为什么有的混的好,有的混的不好,就是因为大家每天做的决策都不一样。” 袁亚湘说,人生是不断优化和决策的过程。每个关键时候,做一个对自己有利的决策,这样人生才可能达到较好的状态。而他的研究就是解决求最优的数学的方法。“中国自古就有‘运筹帷幄’这个词,如今随着大数据时代的来临,大规模、非线性、多极值的实际问题如雨后春笋般越来越多,因此使得优化问题越来越多、越来越重要、同时也越来越难。” 不过,他坦言,走上“优化”学研究之路也是机缘巧合。22岁时,他以研究生入学考试第一名的成绩考上计算数学所(当时名为“中科院计算中心”),师从著名数学家、中科院院士冯康。公派留学前,冯院士建议他转到当时国内数学界相对薄弱的最优化方向。当时,他认为导师应该比较有远见,听从了冯院士的建议。“事后证明,他的确非常有远见。”袁亚湘说。 “其实关于我出国留学还有一个‘美丽的误会’。”他说。在考研究生填志愿表时,有一项内容是:是否愿意出国。当时他没多想随手选了否,这后来被冯院士看到了。1982年3月的一天,冯院士找来袁亚湘说,“小袁,和你商量个事情,组织上要决定派你出国,你去不去呢?”他至今都清晰的记得导师的这句“开场白”。 1982年11月,袁亚湘作为中科院各单位精心挑选的30多位尖子生之一,派往英国剑桥大学攻读应用数学与理论物理系博士,师从于优化领域POWELL派开山鼻祖英国剑桥大学M.J.D.Powell教授。 在此期间,他每天坚持早上8点进实验室,晚上10点回宿舍,大多周末都在办公室里度过。平时上下午茶歇时间,他和M.J.D.Powell教授几乎都会在系咖啡室里讨论问题,而这间咖啡室也常有霍金等科学大咖出入,这些大师治学严谨的态度,对科学的痴迷、纯粹的热爱与激情,深深影响着他的治学态度。 “数学是美好的,是有趣的” 经过不懈的努力,他在1984年获英国剑桥大学数学学业部研究生论文竞赛唯一的一等奖,以及1985年在英国伦敦获首届青年国际数值分析奖二等奖。他系统地给出了非光滑优化信赖域方法的收敛理论、在拟牛顿方法的理论研究方面,他和美国科学家合作证明了一类拟牛顿方法的全局收敛性,这是非线性规划算法理论在80年代最重要的成果之一。 对于所得的成绩,他归结为“幸运”,袁亚湘以数学的优化理论分析道:“运气是什么,是你在关键时刻做出对自己最有利的决策,而且正好在对的时间碰到对的人,做了对的事情。” 回国后,他继续将严谨的治学态度和对科学热爱之情投入到科研工作中,他和学生戴彧虹合作提出的“戴—袁方法”被认为是非线性共轭梯度法四个主要方法之一。他给出了双球信赖域子问题的最优性条件,证明了截断共轭梯度法的“1/2猜想”。他还首创性地提出了用信赖域方法和传统的线搜索方法的结合来构造新的计算方法,开创了利用非二次模型信息构造二次模型子问题的方法,提出了非拟牛顿方法。近年来,他深入研究和大力发展子空间方法。国外同行称袁亚湘在信赖域方法领域取得的成就是基石性的成果,他的贡献对最优化领域是至关重要的。 此外,他还积极行走至国内各大高校宣讲“数学之美”。在授课和作科普报告时,袁亚湘是出了名的“段子手”。瞎子爬山、达·芬奇与黄金分割、孙悟空与信赖域、恐龙是如何灭绝的等等。他所讲的带有“袁氏幽默”特色的数学趣味故事,通俗易懂,让学文科的同学都能兴趣盎然地听下去。 “我想给年轻人传递一个信息,数学是美好的,是有趣的。”袁亚湘说。 敢和外国人“吵架” 在国际数学舞台上,也频现他的身影,多次受邀在国际数学大会上作报告,而且作为巴西科学院通讯院士,他致力于中国和巴西数学界的互通往来。也正是由于在国际科研交流合作贡献,2015年11月袁亚湘当选为发展中国家科学院院士。 对此,他却说:“可能我比较‘勇敢’,虽然我18岁才接触英语,发音也不好,但我在国际上还是有一定的名声,属于敢说话的那一类数学家,我敢和外国人‘吵架’。”说完,乐呵呵地笑了起来。 去年11月,袁亚湘也收获了中国数学界的肯定,当选为中国数学会第12任理事长。“我很幸运,因为我所研究的优化领域并不是主流的基础数学,而是数学中比较‘小众’的边缘学科。”袁亚湘表示,在未来四年中,他计划进一步做好承接政府转移职能、学术交流、科学普及、人才举荐等工作,大力加强学会的国际交流与合作。 在人才培养方面,他也有一番独到见解。“科学研究不是像农民种田、工人做工,压任务就可以做出来,科学研究靠的是自觉、爱好、热情,才能做出真正有意义的成果,写文章、出成果是水到渠成的事。” 也正像他个人主页上所言,最多两个月,实验室就会组织一次登山,北京周围的山头几乎都有他们的足迹。爬山是一个跟导师交流的好机会,可能无关学术,但是袁亚湘会在思想上给学生们很多启发。 袁亚湘一直希望学生能处处发现生活中的乐趣,这样他们才能抱着良好的心情做科研。袁亚湘经常跟他们说:“老师逼出来的学生不是好学生,只有发自内心地去做一件事情,才能真正走上科研的道路。” 在袁亚湘的影响下,一批批带着“袁氏幽默”毕业生也逐渐走向各个科研和教学岗位。他指导的学生中有的获得国家杰出青年基金,有的获得国家优秀青年基金和入选国家拔尖人才计划。而他曾经的学生、计算数学所副研究员、数学院“陈景润之星”人才计划获得者刘歆,则与袁亚湘等合作者共同完成了一项关于Kohn-Sham方程求解的新进展。
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