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【启梦成电】肖鸣宇副教授:复杂计算的简单之道 精选

已有 9494 次阅读 2014-7-8 13:06 |系统分类:人文社科|关键词:学者| 计算机, 算法, 电子科大

复杂计算的简单之道


——记校“学术新人奖”获得者、计算机学院肖鸣宇副教授
作者:王晓刚
 

  肖鸣宇副教授又攻下了一个基础性计算难题——改进独立集问题的精确算法,打破了国际著名算法理论大师罗宾逊在1986年创下的纪录。这个难题已经让算法理论界头疼近30年,肖鸣宇从博士毕业到扎根电子科大,一直坚持不懈地潜心研究了整整五年。

  这是理论计算领域应用十分广泛且最为基础的难计算问题之一。近30年来,围绕这个独立集问题精确算法的研究论文不下20篇,但都没有超越罗宾逊的研究——肖鸣宇却使“罗宾逊”又往前走了一大步。

  2013年底,当肖鸣宇应邀参加在香港举行的第25届国际算法与计算大会(ISAAC)时,此文作为重要研究成果,入选大会“最佳论文”候选论文,并受到业内学者的高度关注。

  肖鸣宇没有拿过多少“大项目”,而是一门心思深入到“收效周期很长”的基础计算理论研究,并乐此不疲。虽然这项研究的更大价值或许要在5年之后才能充分显现,但他认为,作为基础与前沿理论的研究者,这已足以让他感到快慰了。

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发现天赋:算法奇才让人眼前一亮

  肖鸣宇本科时就读于中南大学数学系,做的最多且最有乐趣的事情,就是参加数学建模竞赛。当时,他在同学们眼里是当之无愧的数学建模高手,曾在美国数学建模竞赛中连续两次斩获一等奖。

  从数学到计算机,只有一步之遥,数学建模或算法研究就是这样一种数学与计算机交叉融合的典型。很多学科都会遇到数学建模或算法研究,肖鸣宇的所有努力可以划分为两个步骤:第一是对问题进行优化建模,第二是对优化模型进行算法设计来求解。

  他对算法很感兴趣,但一直没有系统学习过,而是随着“求解”的需要,东一榔头、西一棒槌,现学现用。2002年和2005年他在中南大学分别获得数学学士和硕士学位,并获得湖南省优秀毕业论文和湖南省优秀毕业生称号——但这些与算法没有多少关联,直到上博士当助教时,为了给香港中文大学的本科生讲课,他才系统接触了算法课程。

  以此为标志,他彻底从数学转入算法研究,再也没有变更过方向。算法是计算机领域内十分基础的理论,他说,“计算机是死的,你得用算法告诉它做什么、怎么做,因此,计算机的智慧就取决于你的思想!”

  其实,肖鸣宇并非从一开始就选择算法为毕生事业,当他在数学的海洋遨游时,甚至从未想到自己以后会和算法结下如此深厚的情谊。促使他发生转变的是一个“中南传奇”:二十年前,有一位数学天才转行做了算法研究,并成为算法领域的巨擘。

  这个人就是美籍华人学者、当时中南大学的“长江学者”陈建二教授。陈建二多年来主要从事计算机理论及应用技术的研究,在计算复杂性理论、图理论与算法、计算优化理论、网络理论等领域内进行了深入系统的研究,取得了一批具有世界领先水平的理论成果。

  一位数学奇才何以转入算法领域?带着这个困惑和对自己未来方向的思索,肖鸣宇鼓起勇气求教陈建二教授。他听完肖鸣宇的疑问之后,并没有直接回答,而是随口出了几个算法难题;肖鸣宇略加思索,即给出了自己的答案。这让陈建二顿时对眼前的这个小伙子刮目相看,他认为,肖鸣宇的解决思路与算法领域近十年来的前沿思想十分吻合,甚至有一些思路独辟蹊径,有过之而无不及。

  于是,陈建二果断建议肖鸣宇向算法研究转型,“虽然做数学研究也可以做出杰出的成就,但如果不做算法研究就太可惜了!”在肖鸣宇硕士毕业时,陈建二欣然为他写了推荐信,荐他到香港中文大学蔡雷震教授麾下学习。不料,蔡雷震怜爱肖鸣宇之才,立即鼎力推荐给了学界泰斗——姚期智院士。

  姚期智是世界著名计算机学家、美国科学院院士、美国科学与艺术学院院士、中国科学院外籍院士,2000年“图灵奖”得主。2004年9月,他辞去美国普林斯顿大学的终身教职,正式加盟清华大学高等研究中心,成为清华的全职教授,并于2005年成为香港中文大学的博文讲座教授。

  2005年,肖鸣宇在蔡雷震的推荐下,在香港中文大学见到了他的博士生导师姚期智。3年后,他就获得了哲学博士学位,成为姚期智在香港中文大学培养出的第一位博士,也是2008年香港中文大学计算机系仅有的两位三年毕业的博士之一。

得遇名师:在算法领域落地生根

  第一次与导师见面时,肖鸣宇并没有立即引起姚期智的特别注意。与如此大师级的学者面对面交谈,让他感觉很紧张。见面之前他已做了充分准备,“以为会问到很高层次的问题,所以准备时和见面回答时,都努力往哲学方面靠,结果适得其反,给姚老师留下了一种夸夸其谈的形象!”姚期智的考察很实在、很直接,只说了一句“你把某某定理给我证明一遍”。这次见面,让肖鸣宇学到了很多,也对导师的求实和严谨精神由衷地敬佩。

  半年后,姚期智给了第二次见面的机会。经过半年的调整和摸索,肖鸣宇把自己半年来的思考和想法实实在在地做了汇报,让姚期智十分满意,他认为肖鸣宇的进步超乎想象。肖鸣宇也从此获得了更多的见面机会,并有机会聆听更多的指导。

  经过几次见面交流,姚期智对肖鸣宇在算法方面的灵感和问题意识非常看好。在第三次见面时,他对肖鸣宇的研究方向进行了充分的评估,建议他在“图算法”和“NP难问题”领域开疆扩土。当时,姚期智主攻“量子计算”,肖鸣宇也曾考虑这个方向,但姚期智却认为肖鸣宇在“图算法”和“NP难问题”方面将会取得更大的成就。

  此后,肖鸣宇不负所望,在算法领域非常前沿的“图多优化分割问题”研究中取得巨大进展。当时“图多优化分割问题”研究中有多个悬而未决的“公认难题”,肖鸣宇沉浸其中,高度专注,在一周内破解了其中一个难题。当他把最终研究结果报告给“副导师”蔡雷震后,蔡雷震十分重视,但没有立即给出答复,而是报告给姚期智。

  事后才知道,两位导师都在独立地对该研究进行科学严谨的验证。一个月后,肖鸣宇再次见到姚期智,惊讶地发现办公桌上有100多页的手写演算稿纸,对自己研究中的每个步骤都给予了推导和证明——结论是正确的!

  以此为开端,肖鸣宇在博士期间获得了大丰收,不仅成为国内算法理论方向最为活跃的科研者之一,也是多个基本NP难问题最佳参数算法和精确算法的保持者。姚期智、王鲁生等教授曾这样评价肖鸣宇:“他研究的这些问题都十分重要,其中大部分问题被国际顶尖学者广泛研究。我们相信,他将在这些领域取得更显著的进展!”

  在参数算法基本问题的“Benchmark列表”中,收录着肖鸣宇的两项研究结果,是仅有的两项来自中国的研究结果。他提出的复杂参数方法简化并改进了很多基本参数算法,被国际同行评价为“有趣并有前景”。

潜心研究:在基础与前沿领域驰骋

  一个又一个公认难题的解决,让肖鸣宇在学术界声名鹊起,姚期智也大力推荐这位得意弟子参加相关的国内外高级别学术会议,让肖鸣宇大开了眼界,同时也在国际学术界获得了声誉。

  博士毕业后,日本京都大学每年都邀请肖鸣宇赴日本访问交流,并且每年都派人来中国学习。肖鸣宇加盟电子科大后,京都大学的学者每年都来清水河畔拜访他。京都大学为肖鸣宇专门留出宽敞的办公室,并邀请他“任何时候都可以来京都大学办公”。

  “成名”之后,肖鸣宇本来有更多的机会获取更多的资源做“应用研究”,但是,他一直不肯迈出这一步。导师姚期智也十分希望肖鸣宇坚持做“理论研究”而非“应用研究”,他曾对肖鸣宇说:“我相信你有能力在应用研究中解决一些重大问题,但如果在基础理论研究中取得突破,将会对学术界和产业界产生更大、更为深远的影响。”

  因此,从博士毕业到现在,肖鸣宇都把自己定位在基础计算理论研究。“解决大家都解决不了的难题或不愿意投身研究的基础问题,也是一种成功的学术路径”,他说,“我就是那种专注地解决难题的人!”

  肖鸣宇说到做到,从2008年加盟电子科大,他一直致力于基础研究,没有接过任何“横向项目”。“图多优化分割”理论在计算机、集成电路的生产中具有十分广泛而重要的应用价值,华为等公司多次邀请肖鸣宇做“横向项目”,助力解决相关技术难题,但肖鸣宇都决然地拒绝了。2009年,他只做成了一件事情,就是成功申请了一项国家自然科学基金——《图上若干基本NP难问题的算法研究》。

  “从理论研究到产业应用有一定的距离,我的精力有限,没有更多的时间去解决应用领域的问题,所以只能集中力量深入研究基础理论!”肖鸣宇说,“我相信,只要基础理论获得突破,从理论到应用的实现环节肯定会有其他优秀的人才努力完成!”

  然而,纯粹沉浸在基础理论研究,对心态和定力是一种极大的考验。经济收入、量化考评、职称晋升等,既是对基础理论研究者的压力,也是对他们的极大诱惑。但是,肖鸣宇对此淡然处之,一直选择在基础理论领域坚守!

  由于“图算法”和“NP难问题”等领域曲高和寡,国际上相关的学术期刊影响因子较小,论文引用数量不大。而国内的相关研究因起步较晚,气氛并未广泛形成,目前大陆仅有清华、北大、上海交大等少数几所高校致力于此。但是,肖鸣宇并不在乎“热门”还是“冷门”,而是持之以恒,并希望把我国西南地区的这个学科方向撑起来!

  近几年来,肖鸣宇每年都参加许多次各种计算理论方向的重要国际会议,从最开始的“默默无闻”逐步发展为今天的“备受瞩目”,肖鸣宇也将“电子科大”推介到了重要的国际学术会议,使其成为国际国内同行最为熟知的内地高校之一。“做大做强计算机基础与前沿理论,这是我的兴趣,也是我的责任!”肖鸣宇说,“做基础理论研究需要静心静气,在这条路上,我将一如既往、风雨兼程!”

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