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吴文俊为什么被称为古为今用的“算法”大师?© 由 海盗科普 提供
从平凡少年到拓扑学大师
吴文俊1919年5月12日出生于上海,祖籍浙江嘉兴。因战乱原因,全家从嘉兴迁至地势高、远离战乱的上海青浦县朱家角定居。吴文俊自幼受父亲的民主思想熏陶,4岁时被送到弄堂里的文蔚小学读书,课程简单,因此有许多空余时间。但是吴文俊在小学时成绩平平,也没有显示出独特的数学才华,初中时数学甚至得过零分。不过,他从小就对读书有浓厚兴趣,初中时国文成绩一直不错。
14岁时,吴文俊在上海正始中学读高中。一次物理考试,题目特别难,但吴文俊的成绩极为出色,引起物理老师赵贻经和校方的重视。但是赵贻经认为,吴文俊物理好主要是因为数学特别强,后来力荐他在进入大学时选择数学系。以优异成绩结束3年的中学生活后,吴文俊获得了学校特设的奖学金——每年100块银元的资助。在当年这笔钱相当可观,几乎是一家人一年的花销,如果没有这笔奖学金,家里支撑他读大学将会很艰难。但这笔奖学金有个条件,要报考校方指定的学校和专业。“因为这笔奖学金,我歪打正着走上数学这条路,可以说一半主动,一半被动。”吴文俊如是说。但无论如何,这第一笔奖学金推动了吴文俊其后几十年获得各种荣誉的数学生涯。
吴文俊的青少年时代是在抗战的炮火中度过的。1940年,他从上海交通大学数学系毕业,到处奔波才在郊区的中学找到了一个位置。此后整整5年,他都没有接触数学研究。抗战胜利后,吴文俊由亲友推荐结识了数学大师陈省身。此时,拓扑学正在兴起,被称为“现代数学的王后”,陈省身把他引上了拓扑学的正途。在陈省身身边一年多的时间里,吴文俊展露了颖异的才华,极受陈省身赏识。
1947年春天,陈省身到北京清华大学数学所教课,数学家曹锡华和吴文俊同行。在清华,他们两人同住一间宿舍。吴文俊每天攻关到深夜,证明出自己想要的结果才上床睡觉,早晨一觉醒来,对曹锡华说:“证出来了。”到了晚饭时发现证明有错。于是继续攻关,早晨起床,又对曹锡华说:“证好了。”到了下午又发现证明有漏洞。如此反复多次,最终获得成功。取得阶段性成果时距他进数学所还不到一年,这充分显示了吴文俊的实力。
吴文俊为什么被称为古为今用的“算法”大师?© 由 海盗科普 提供
在拓扑学研究中,他引进的“示性类”和“示嵌类”被称为“吴示性类”和“吴示嵌类”,他导出的“示性类”之间的关系式被称为“吴公式”。他的工作是1950年代前后拓扑学的重大突破之一,成为影响深远的经典性成果。在现代示性类理论中,吴文俊的这项成果已经被看成公理,是整个理论的基石。
在陈省身教授的推荐下,吴文俊去法国研读深造。后来,他在接受中央电视台《大家》栏目采访时,回忆道:“陈省身先生没有让我去当时欧洲的数学中心巴黎,而是把我安排在法国的一个边陲小城里。陈先生说,‘你是去学习,做研究,应该离那些繁华喧嚣的城市远些’。”
在法国寂静的边城,吴文俊一如当地的学者,在咖啡馆的一角独自日复一日地进行缜密的思考和运算,埋头沉入到拓扑学中。在这一时期,他证明了4K维球无近复结构,在拓扑学界引起不小的震动。当年的拓扑学界大师霍普夫质疑这个结果,“他带了助手来‘兴师问罪’了,在校园中坐下我们就开始讨论,最后他还是服气了”。时隔多年后,吴文俊依然能清晰地回忆起当年这段“官司”,并且为此而发笑。“你要认真去做,不要去考虑是否得奖这类的问题。如果只想着我要做一个得奖的工作,那么你恐怕什么工作也做不出来。”吴文俊如此解读自己在数学领域的巨大成就。
从数学史中领悟算法精髓
在文革期间,吴文俊被下放到北京海淀区学院路附近的北京无线电一厂劳动。他的到来引起厂里工人的好奇心,大家纷纷跑去看一位教授是怎么工作的。在车间里,吴文俊戴着眼镜,认真地焊接线路,脸凑得很近,围观的工人看着都笑了,有人就说:“教授干活要把自己的鼻子焊上去。”
但吳文俊是个乐观的人,即便是谈到文革时期的遭遇,他也认为自己受益颇多。首先,不得不劳动,改变了他的一些思想观念。吴文俊说:“我的习惯是不动手的,家务事我到现在也不做。但在文革期间思想受到冲击,认识到人不能不动手。那时候买了一套工具,我也这儿钻钻,那儿捅捅地瞎碰,总是出问题。那段时间,我的最大收获就是深刻认识到——人还是要动手。数学机械化研究就是得益于那一时期的动手工作。”
20世纪70年代,吴文俊把注意力转向了计算问题,特别是寻找几何中自动机器证明的有效方法。由于当时的环境,还不能读专业书刊,但能读史书,吴文俊便转向中国数学史研究,并从中得到启发,为未来开创具有中国传统数学特点的数学机械化之路,奠定了思想基础。当时北京无线电一厂正在生产电子计算机,计算机的性能引起吴文俊浓厚的兴趣。于是,在近耳顺之年,吴文俊开始学习计算机,并且在若干年内,他的上机时间都遥居全所之冠。经常早上不到8点,他已在机房外等候开门,甚至24小时连轴转的情况也时有发生。当时,吴文俊这样描述电子计算机对数学的发展将产生的影响:“对于数学未来发展具有决定性影响的一个不可估量的方面是,计算机对数学带来的冲击。”
在崭新的数学机械化领域,他提出的用计算机证明几何定理的“吴方法”被认为是自动推理领域的先驱性工作。“吴方法”继承和发扬了中国古代数学基于“计算”的传统,与通常基于逻辑的方法根本不同,首次试想了高效的几何定理自动证明。国际机器证明研究领域的权威人物S.穆尔说:“在吴文俊之前,机械化的几何定理证明处于黑暗时期,而吴的工作给整个领域带来光明。”
吴文俊为什么被称为古为今用的“算法”大师?© 由 海盗科普 提供
因为这项工作,他获得了2006年的“邵逸夫数学奖”,评奖委员会写道:“通过引入深邃的数学思想,吴文俊开辟了一种全新的方法,该方法被证明在解决一大类问题上都是极为有效的。吴的方法使该领域发生了一次彻底的革命性变化,并导致了该领域研究方法的变革。”
中国古代数学道路将成为数学的未来
吴文俊十分推崇我国宋代科学家沈括,“沈括是很了不起的,他在物理、地质、数学、天文、冶炼、医药等领域都有杰出贡献。我常对别人说,沈括的了不起之处,就在于他重视实践和科学实验,在中国古代科学史上无出其右。如果他的实践精神能早些为人所认识并继承的话,中国早就成为科技大国了”。
吴文俊是一位传奇人物。国际数学界不乏早年成名的杰出天才,但很少有人会两度登上学术巅峰,更少有人能在晚年开创一个新领域,并再度占据世界领先地位。“天资聪慧,有数学天赋。是一位杰出的数学家,他的工作表现出丰富的想象力及独创性。他从事数学教研工作,数十年如一日,贡献卓著。”这是国际数学大师陈省身对吴文俊的评价。吴文俊为人低调,并不喜欢评价自己,但是对数学未来的发展,这位数学大师却留下了独到的见解:“将来的数学,应该是走中国古代数学道路,而不是国际道路,这是一条总的趋势。”
2010年5月4日,国际小行星中心发布公报通知国际社会,将国际永久编号第7683号小行星永久命名为“吴文俊星”。这位大师虽然已经逝去,但他留下的科学贡献却会永久闪耀在人类文明的星空之上。