百年清华

顾险峰:奏响计算机与数学交织的乐章

2018-08-30 | 段美汐 | 来源 清华大学计算机系校友会公号 |

顾险峰,美国纽约州立大学石溪分校计算机系终身教授,美国哈佛大学数学与应用中心客座教授,清华大学丘成桐数学中心客座教授。1989年考入清华大学计算机科学与技术系,攻读基础理论方向,1992年获得清华大学特等奖学金,后于美国哈佛大学获得计算机博士学位,师从国际著名微分几何大师丘成桐先生。曾获美国国家自然科学基金CAREER奖,中国国家自然科学基金海外杰出青年奖(与胡事民教授合作),“华人菲尔茨奖”:晨兴应用数学金奖。丘成桐先生和顾险峰博士团队,将微分几何,代数拓扑,黎曼面理论,偏微分方程与计算机科学相结合,创立跨领域学科“计算共形几何”,并广泛应用于计算机图形学,计算机视觉,几何建模,无线传感器网络,医学图像等领域。

打开顾险峰的博客和微信朋友圈,上面全是前沿的数学与计算机知识,字里行间饱含着他对数学和计算机的热爱。他和他的团队把微分几何以及代数拓扑等数学理论与计算机科学相结合,创立了跨学科新领域“计算共形几何”。这一成就,早在他进入清华大学计算机系时,就埋下了种子。

计算机和数学的双重“洗礼”

顾险峰在1989年考入清华大学计算机科学与技术系,研究基础理论方向。刚进来的时候大家对于理论专业都是两眼一抹黑,老师用一句话来简单介绍就是“一半时间学数学,一半时间学计算机”。

计算机系本来就又学硬件又学软件,学习压力很大,现在还要花大量时间学习抽象又深奥的数学,大家叫苦不迭。“数学你学很久也不明白,当时我们花了三个月学什么叫数,”顾险峰回忆道,“两三岁大家就开始数数了,结果到大学之后还得花三个月讲什么叫数,不过实数理论确实还是非常深刻,但是那个时候是真的不理解。”

那个时候顾险峰压力特别大,既不理解为什么要在“无用”又艰深的数学上投入大量时间,又没能摸索出好的学习方法。周围的同学也在荆棘路上挣扎,最初班里的17个人都是各省高考成绩最顶尖的学生或者竞赛保送的学生,但是在数学与计算机的双重“打击”下,有的同学难以承受巨大的压力,转到了普通班,最后班里只剩下13人。

“我觉得清华的教育非常全面,学得很深,要求也特别严。”算法很复杂,大多数人写算法都是仿参考材料,认为没有必要完全记忆下来。但在清华,哪怕是一个符号错了老师都会严厉地指出。当时不少学生认为这样严格的训练并不必要,毕竟以后可以随用随查。然而几十年后回望,顾险峰深觉其中的益处,在计算机科学和纯理科思维的双重训练下,他拥有了多元的思维方式和广阔的视野,更能看透问题的本质。

“从毕业到现在,计算机技术的发展速度特别快,科技浪潮一代代迅速更迭,互联网、移动计算到现在的AI,把人搞得眼花缭乱,但是从数学角度来看的话本质变化不大。”

当时,大多数搞计算机的人缺乏数学方面的训练,很多做数学的又没有计算机方面的训练,计算机和数学之间有着巨大的鸿沟。但是“技术发展那么快,你用肤浅的数学是做不了很深的问题,时代发展要求你必须要用很深的数学”。

而计算机系的老师们在几十年前就敏锐地认识到这一点,逼迫学生去掌握这两个领域的知识。奈何当时的学生们年纪小不懂事,没能洞悉老师们的真知灼见,大家叫苦不迭,很多人把主要精力用在计算机的学习上,对数学不够重视,顾险峰对此也感到有些遗憾。

老师引领,奏响数学、计算机交织的华章

顾险峰至今仍对计算机系的黄老师记忆犹新,黄老师在第一天同他们见面时就说:“你们出生在很好的时代,前人发明的机械电力等都是手的延长物,而你们做的是脑的延长物。”顾险峰毕业时黄老师赠给他一本《椭圆曲线》,当时他没有在意,后来,安德鲁·怀尔斯在费马大定理的证明中使用了大量椭圆曲线的知识,近几年爆火的区块链的数学核心也是椭圆曲线加密,他逐渐领悟到黄老师目光之深远。

“黄老师是从数学角度来看,他认为这个方向特别有潜力,然后就推荐给了我们,但是我们当时热衷于做别的事,没有坚持这个方向,回头想来老师潜移默化给了我们非常好的熏陶。”到后来顾险峰开始进行学术研究,使用的研究方法的根基也是黄老师帮助打下的。

现在计算机发展很快,很多应用需要比较深的数学知识,顾险峰的工作就是把抽象的数学变成计算机的算法,同时也把一些现代的数学理论引入到计算机科学里。

顾险峰的文章用了很多拓扑学、黎曼几何方面的知识,很多理论只有纯数学专业的研究生才会学,“但是思想可以直接换成计算机算法,变成算法之后在计算机上可以直接运行”。这样做的意义在于:“以前的数学太抽象,需要太多的预备知识,现在你有算法可以直接看、直接运行,就变得特别直观,所以我们想用这种新的方式推广这些知识”。

从7、8年前起,顾险峰每年都会到清华的数学科学中心讲学,推广这一想法,讲课受众广,不同的研究方向的人都能获得裨益,每次都有上千人参加。今年还使用了现场直播这一方式,让更多的人能够从中受益。

军乐队中的圆号手

除了数学和计算机,军乐队也装着顾险峰满满的回忆。顾险峰在军乐队中担任圆号手。圆号的管子很长,展开有两米多,且号嘴小,很难控制,演奏起来很有难度。更重要的是,很多交响乐是从圆号开始演奏的,比如《多瑙河之歌》开始时雾气昭昭旭日东升,而雾里传来一声号,就是由圆号来演奏的,“这时因为号还没吹热,圆号长长的管子导致声音的反馈时间也特别长,”顾险峰对演出的种种感受仍记忆犹新,“你吹一口气,两秒钟才出声,开始万籁寂静,全场就等你,这时候特别容易吹跑,心理压力特别大。”但演出成功的喜悦让他甘之如饴。

清华的踏实的学风和行胜于言的校训在求学生涯中塑造了他,时至今日,仍影响着他。正值计算机系60周年系庆,顾险峰希望计算机系能够继续秉持优良传统,让学生在硬件、软件、基础理论方面都打下坚实基础。“我们系有世界上最好的学生,有国家的大力支持也有产业界的支持,希望我们能一直保持世界前沿的位置。”


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