百年清华

朱小燕|行稳“智”远,“能”塑未来

2022-04-12 | 来源 公号“清华大学计算机系校友会”2022-04-11 |

朱小燕,清华大学计算机系教授、博士生导师,曾任智能技术与系统国家重点实验室主任、北京市计算机学会副理事长、清华大学计算机系副主任、加拿大国际开发研究中心(DIRC)首席科学家。她长期在智能信息处理领域开展深入研究,在人工神经元网络、机器学习、自然语言处理、信息获取、智能问答系统、交互智能和人机交互等方面取得显著成果。

她研发的手写数字识别系统作为核心技术被应用到我国跨世纪人口普查中,验证了人工智能特别是人工神经网络的应用价值,使得我国人口普查数据录入技术达到了国际先进水平;她的“北极光”盲用计算机系统在中国第一次盲人计算机资格认证考试中全面应用,为大量盲校集体用户和个人用户带来福音。她作为项目负责人先后承担国家863项目、973课题、自然科学基金重点基金、国际合作项目,获得十余项国家发明专利。她在SIG KDDSIGIRIJCAIAAAIACLCOLING等国际刊物和会议上发表论文百余篇,并获得IJCAI2018杰出论文、ACL2012最佳学生论文、COLING2010最佳论文,在国际评测Biocreative II2005上取得了多项第一名,在国际文本摘要评测TREC20072008TAC20082009中连续获得第一名的好成绩。她曾荣获中国人工智能学会吴文俊人工智能科技进步奖一等奖、国家教委科技进步二等奖、北京市科技进步二等奖等奖项,入选“人工智能全球女性榜单”和“2019年度中国人工智能100人榜单”。

求学之路 · 一波三折、全力以赴

1977年,国家恢复高考政策时,在北京宣武无线电厂当工人的朱小燕正整天穿着白大褂,在各种仪器设备之间来回穿梭。她爱钻研、肯吃苦,工作能力特别突出,作为先进工作者被评为区里的“新长征突击手”。忙碌、开心又充实的生活让她从没动过参加高考的念头。

看着整日埋头工作、无心高考的女儿,解放前毕业于清华大学的父亲认为不应当错过继续深造的机会,便劝道:“恢复高考是件大好事,你也把握机会去试试吧。”正是父亲的劝说,揭开了朱小燕人生轨迹转变的序幕。

在工厂工作时期的朱小燕

1982年,朱小燕以优异的成绩从北京科技大学自动化系毕业,服从国家分配来到北京冶金机电学院当老师。搞科研、做调研、设计实验设备,忙得不亦乐乎。

1984年,在一场全系大会上,命运之轮再次被转动。当时,朱小燕在会场里刚找了个位置坐下来,就听旁边同事说:“知道吗,学校允许教师考研了,每人只有一次机会……”原本在大学时就有意深造的朱小燕一听此言,立刻来了兴趣:哪怕是离考试还有满打满算两个月的时间,哪怕是只有一次机会,她都要去试一下。这一试,无关前程;这一试,发自心底。

起早贪黑、废寝忘食、元旦春节、分秒必争,一路披荆斩棘、一路全力以赴,朱小燕终以第一名的成绩被录取,更出乎意料地获得了全系唯一一个公派出国名额。从未想过出国的朱小燕经过一番认真思考,再次做出前往日本求学的重大决定。

初到日本的朱小燕利用闲暇熟悉当地环境

1985年,开始在日本神户大学计测工学专业攻读硕士学位;1990年,在日本名古屋工业大学信息工程系获得博士学位。

在名古屋工业大学求学时期的朱小燕

五年里,她实现了从自动化仪表向人工智能领域的跨越。

五年里,她只回了一次家。

科学探索 · 勇敢坚毅、独辟蹊径

凡事都有偶然的凑巧。朱小燕与人工智能的缘分是偶然,也是必然。

1987年,朱小燕思考着硕士毕业后的选择时,恰好听说半导体物理界的著名学者Masayouxi Umeno教授在招计算机背景的博士生做人工视网膜的软件仿真研究。“如果人工视网膜能研制成功,就能让视障人士重见光明,这是一个造福社会的事啊,太值得做了!”朱小燕被这个研究课题内容所吸引,更为其研究意义所打动,便抱着试试的态度参加了面试。结果,经过交流,Umeno教授非常满意朱小燕,认定了她正是他们所需要的合适人选,立刻向朱小燕发出了合作邀请。

在那个没有互联网的年代,当Umeno教授团队所有人都在一个偌大的超净实验室里做半导体芯片研究的物理实验时,作为唯一一名有计算机背景的学生,朱小燕只能独自一人面对计算机在“人工视网膜仿真研究”的无边大海上奋楫逐浪。

巴尔扎克曾说过“人类所有的力量,只是耐心加上时间的混合。所谓强者是既有意志,又能等待时机”。为了能找到突破口,朱小燕成天到晚泡在图书馆、查阅各种文献,抓住各种聆听学术报告的机会……功夫不负有心人,在一次神经元网络最新研究进展的学术报告会上,一篇人工神经网络BP算法相关论文,引起她的极大关注。在辗转得到几页BP算法论文的复印件后,朱小燕认真研究、仔细琢磨,不仅成功地完成了人工神经网络软件仿真系统、同时构建了人工神经元网络的硬件仿真系统,创造性地设计了电子器件搭建的电路板构成的字符自动识别演示系统,发表了一系列高水平论文。

Umeno教授验收神经元网络仿真系统的功能和效果

没有研究所需的样本数据,朱小燕就自己编写游戏小程序,在日本高校的大学季里“练摊”招徕“顾客”,采集到大量“一手”数据;为了实现硬件仿真系统,没有现成的神经网络专用芯片,她就想方设法用运算放大器、电阻、光敏二极管、发光二极管等器件进行模拟,以当年在自动化系学到的电子线路设计的功底,发挥在工厂学到电子器件焊接组装的本领,自行设计电路板、自己动手焊接、制作硬件仿真系统设备。为了把一个含有25个计算单元的系统中包含的几百个器件按照设计线路图一个一个有序地正确地焊接关联起来,她要求自己必须一气呵成。于是,趁着晚饭后实验室里比较安静的功夫开始,她一个人“闷着头”“一口气儿”全部做完了所有工作,再抬起头时,才发现天色早已大亮……

朱小燕用于采集一手数据的电脑,上方的大熊猫手偶是用于“招徕顾客”的道具

正是凭着这样一股子“忘我”的拼搏精神,朱小燕仅用3年就拿下了博士学位,这对于一个在日本跨学科读博的学生实属不易。“当别人问我,你是怎么做到的,我只想说,选择了就不要轻言放弃……”

朱小燕和丈夫(清华大学自动化系罗予频教授)同日获授博士学位,引发日媒高度关注予以报道

科技为民 · 不忘初心、大爱无疆

科学技术关乎人民生活福祉和国家前途命运。在朱小燕看来,科学研究既要有仰望星空的浪漫,从心出发、以兴趣为导向;更要有脚踏实地、解决实际问题的决心,以惠民、利国为根本。

1993年,朱小燕入职清华大学计算机系,加入“智能技术与系统国家重点实验室”,在张钹院士、夏莹老师等老一辈专家的带领下,继续从事人工神经网络及其应用的研究。彼时,全球人工智能研究正值寒冬,囿于计算机算力、算法和相关技术无法满足各种实际应用,社会上出现了很多质疑人工智能的声音。神经网络研究更是因为其当时的算法根基不稳固、应用算力不足,让人“闻之色变”。

在许多人纷纷转变研究方向时,朱小燕迎难而上,不改初心,在“神经网络”这个“冷门”方向上凝心聚力、一往无前。她设计研究的基于神经网络的手写数字自动识别系统,在国家863测试中多次独占鳌头,在包括日本东芝公司等国内外重大企事业单位的项目竞标中脱颖而出,所研发的系统获得了1997年教育部科技进步二等奖。

朱小燕参评教育部科技成果奖的答辩现场

1998年,全国第五次人口普查的前期准备阶段,在国家统计局举办的统计表格自动识别国际招标测试中,朱小燕设计提出的神经网络并行处理和增加纠错功能方案,不仅将计算速度大大提高,还将手写数字识别的错误率降到万分之五以下、拒识率降到百分之三以下,一举震惊四座。国家统计局当即决定彻底改变原设计方案,将光学字符识别OCROptical Character Recognition)引擎作为核心技术运用到高速度光电录入系统中,并经过再次竞标,采用了以朱小燕的识别引擎为核心技术的紫光识别系统。实践证明,这项技术的使用,不仅大大提高了人口普查的工作质量和效率、降低了工作强度、减少了统计误差,使我国的人工普查数据录入技术提升到国际先进水平,更直接有力地验证了人工神经网络的应用价值。

《人民日报》对第五次全国人口普查使用的高速光学字符识别录入系统极大提高工作效率进行了相关报道

2000年,为了帮助视障用户能够更方便地使用计算机,在国家973项目的支持下,朱小燕遍访国内会使用计算机的视障人士,实地深入了解他们的需求和困难。经过反复实验,朱小燕运用神经网络、自然语言处理、语音合成等技术发明了中国第一套能够帮助视障人士在Windows环境中操作电脑的辅助软件“北极光”。

这套软件不仅可以实现中文盲文和中文汉字之间的转换,还具备文本编辑、邮件管理、打印机驱动等一系列功能。有了它,从网上下载的文字材料可以很方便地被转换成盲文供视障人士使用。为了让更多的人使用到这套软件,朱小燕亲自组织培训、指导安装,甚至还将软件挂到网上,供有需要的人免费下载。为了使视障人士在临时需要用计算机的时候,在不用安装系统的情况下,可以随时借用一下别人的电脑,朱小燕还贴心的设计、开发了一套绿色系统供他们随身携带和使用。不仅如此,这套系统还被应用到全国第一次视障人士计算机资格认证考试中。“用技术为他人和社会造福,最是幸福!”朱小燕的双眸粲粲如星。

朱小燕研发的“北极光”盲用计算机系统软件,右一小光盘是可随身携带的绿色系统

随着在人工智能理论和应用方面研究的不断深入,朱小燕发现人工智能领域可研究的内容非常多,可以在国计民生、社会进步的很多方面发挥作用。所以,从2004年以来,朱小燕带领课题组同学们围绕文本信息在文本挖掘、文本摘要、情感挖掘与分析、以及问答/对话系统、交互智能等方面展开了大量研究,相关成果应用于阿里小蜜、三星、美团、搜狗、宝尊电商等知名公司的实际业务中,产生了良好的社会效益和经济效益,在包括SIG KDDSIGIRIJCAIAAAIACLCOLING等在内的高水平国际会议和期刊上发表论文100余篇,获得IJCAI2018杰出论文、ACL2012最佳学生论文、COLING2010最佳论文等奖项,在国际评测Biocreative II2005上取得了多项第一名,在国际文本摘要评测TREC20072008TAC20082009中连续获得第一名的好成绩,获得2019年中国人工智能学会吴文俊人工智能科技进步奖一等奖。凭借在人工智能领域的杰出贡献,朱小燕入选“人工智能全球女性榜单”和“2019年度中国人工智能100人榜单”。

朱小燕获得中国人工智能学会吴文俊人工智能科技进步奖一等奖

立德树人 · 躬身垂范、着眼未来

在清华工作的近30年里,她是课题组的主心骨、是学生们的指路人,带领团队在科研之路上勇毅求索;她曾任智能技术与系统国家重点实验室主任、计算机系副主任,为实验室和系里发展精进不休、尽心竭力。

一个身份,就是一份责任;一份责任,就是一份信任。无论是哪个身份,朱小燕都尽心尽力,不负众望,而在众多身份中,唯有“老师”是她最为珍视的称谓。

朱小燕和学生们在一起

甘坐“冷板凳”、立足实际、着眼未来、敢于尝试是她的一贯作风,也是她对学生的最高要求。1994年,当朱小燕从前辈石纯一教授手中接过研究生课程《人工智能原理》的教鞭时,学术界鲜有人“问津”人工神经网络,国内外也很少有学校开设人工神经元网络的课程。而朱小燕却凭借对人工神经网络必将“大有可为”的笃定,不遗余力地率先于1997年开设本科生课程《人工智能应用技术》,在其中引入大量人工神经网络原理算法与应用案例,并于2006年,面向本科生专门开设《人工神经网络》课程,一直讲到现在。

“在本科阶段,让学生接触到一些可能暂时还不是热点的,但却一定有发展前景的理论或学科,可以为他们未来的成长拓宽视野、奠定基础,同时也能够让他们对所谓的‘冷门’和‘热门’形成清醒的认识”。在朱小燕看来,“冷意味着你可能孤立无援、独自摸索;但冷也意味着你所做的每一件事都是独特的,都潜藏着突破的可能。”所以,她常鼓励同学们“与其人云亦云,不如想做就做”。“能在本科阶段跟着朱老师学习人工神经网络,对我整个的科研之路都影响深远。”许多毕业多年的学生忆起朱小燕的良苦用心时,言语间都充满着敬意和感谢。

毕业学生回校看望朱小燕

注重营造团结、互利、开放的学术氛围,朱小燕用对工作的投入、对生活的豁达,在学生心灵中埋下真善美的种子。

刚回国时,朱小燕注意到因为缺乏信息来源,学生们缺少基本的学术论文阅读训练,知识面和思路受到局限。她就借鉴自己在国外学习时的经验,亲自带领学生们去图书馆查阅国际上最新发表的论文,并率先开始每周定期组织学术研讨和论文分享的例会。同学们在交流中不但可以充分地交流所得、扩展思路、提高学习效率,还切身体会到了分工协作、互利共赢的道理。

2004年,自担任副系主任后,她大力开展对外合作和交流,积极推进中外高水平国际学术论坛和本科生联合培养项目。她还将课题组的交流学习经验在全系范围内进行推广,每周组织一次青年学术沙龙,创建一个内外交流的平台,邀请业内专家做主题报告,分享前沿动态。沙龙形式后来虽几经演变,但一直得以沿用至今。

宏亮清脆的嗓音、富有感染力的笑容、干净利落的步伐,很难让人将朱小燕与“医院常客”这个身份关联在一起。可实际上,在她办公室的桌子上,常年摆放着各种各样的药物,每周定期去医院取药是她生活的常态。可纵使疾病缠身,她也从未落下一节课、耽误一次工作。实在不能到实验室跟学生交流时,她就尽量在线上准时出现;就连躺在医院病床上,她也要在“闲来无事”时“盘算盘算”谁的论文应该快改好了……

清华大学计算机系副教授黄民烈是朱小燕曾经的学生、现在的同事,20年来,他跟随朱小燕在人工智能领域深耕前行,“朱老师对我的影响非常之大。我从她身上学到很多为人处世的道理,她做事情的认真态度和专业精神,她对自己初心的坚守和追求,以及淡泊名利的态度,对我的整个职业生涯都影响深远”……

朱小燕与即将毕业离校的学生合影留念

以不为繁华的初心行事,以温谨于形、润泽于心的情怀育人。望着窗外一朵朵盛开的玉兰花,朱小燕说“我这辈子最满足的事,就是跟年轻人在一起,全力以赴地在人工智能领域做些力所能及的事情”……


感谢朱小燕老师接受采访;感谢黄民烈老师提供感言

记者:刘丹、张超;照片:朱小燕

/编排:刘丹;总审核:贾珈



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