“图灵奖(A. M. Turing Award)和太太是我人生最成功的两件事。”姚期智于1972年获得美国哈佛大学物理博士学位,本以为终身投入物理研究,却在美国遇到了研究数学、后来成为他妻子的储枫,耳濡目染下,姚期智开始接触计算机科学,并有感计算机比物理学更适合自己发展,于是在1973年转投这门科学。
自1975年获得美国伊利诺伊大学计算机科学博士学位,姚期智在理论计算机领域作研究至今,曾先后在美国麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、普林斯顿大学等著名学府担任教授,从事教学及研究工作。多年来,姚期智以其敏锐的科学思维,在数据组织、密码学、通信复杂性乃至量子通信和计算等多个尖端科研领域,都作出了巨大而独到的贡献,曾获美国工业与应用数学学会George Polya奖,美国计算机协会算法与计算理论分会(ACM SIGACT)Donald E.Knuth奖等荣誉。全球首要计算机协会(ACM)在2000年授予姚期智图灵奖。姚期智是图灵奖创立以来首位获奖的亚裔学者,也是迄今为止获此殊荣的唯一华裔计算机科学家。图灵奖是世界计算机科学领域的最高奖项,与物理、化学、医学、经济学领域的诺贝尔奖齐名。
2004年姚期智离开普林斯顿大学,到清华大学任全职教授。
“能否短期内在中国建设出世界一流大学?能否在中国培养出诺贝尔奖得主?” 从计算机科学的角度,这个问题可以转换成“能否短期内在中国建设一流计算机学科?能否在中国培养出图灵奖得主?”
7月7日,姚期智在清华论坛第十四讲中回答:“在国家有关部门和清华的大力支持下,答案是肯定的。我们正在清华做,图灵之路已走了三分之一。”姚期智用自己回国4年在清华教书、办学的经历,并结合在美国大学工作的经验,从实际的角度探讨了国人广泛关注的“世界一流”问题。
姚期智认为,在中国,大家对一流大学的讨论多集中在中国文化、制度层面上,更多看到的是不利因素,很少注意到中国特有的优势。一流大学最主要的是一流学科的集合,是教育出一流的本科生、博士生并产生一流的研究成果,在这方面中国有其自身特有的优势。现在可探讨:在现代中国有什么优势,然后怎么利用优势,避开文化和制度的争议,提出一个具体的思路和方案,循序渐进地建设中国图灵之路。
“我所学的东西正好适合做一个先锋的工作,如果我已经成功地让你觉得很有说服力的话,那么我来讲一下,什么样的工作和创新,可以使你赢得图灵奖,什么样的工作是一个一流的计算机科学家所应该做的。”姚期智介绍,理论计算机科学在整个计算机科学里是个不小的单位,同时,国际上任何一个出色的计算机系都有出色的理论计算机团队。从科学上出名的角度来讲,做理论计算机科学是一个很有地位的领域;从一个更实际的观点来看,理论计算机科学可为计算机科学提供严谨的科学基础。“计算机科学最大的特点是在过去30年日新月异,不断有新的应用,每一次有新的发展都需要用数学的工具来了解问题是什么,怎样能用最好的方法加以解决。它不断对新的数学工具提出需求,而理论计算机科学家从事的正是这方面的工作。”
理论计算机科学的重要性
理论计算机科学的作用在于不仅为计算机科学提供严谨的科学基础,它用数学工具来建模新的领域,并具有广泛的商业应用。姚期智介绍,麻省理工学院的计算机实验室差不多有90多位教授,实验室主任是一位华裔教授,这个实验室在研究上划为3个领域:人工智能(比较广义的范畴,包括机器人、图形学等)、系统(计算机结构、网络,是传统计算机学科)、理论(算法、 信息安全等)。从教授所占的比例来看,大概有20%以上从事理论研究。
理论计算机科学的重要,也可以从图灵奖得主的领域分布看出来。自1966年以来产生了42届图灵奖得主,其中有10位从事理论计算机研究,所占比例同样在20%以上。
“理论计算机科学最核心的问题就是算法。如果你有很好的商业机会和商业头脑的话,算法马上就可以变成应用。在我们理论计算机科学研究的同事里面,有些非常有才能的教授后来都变成了创业家。”姚期智举例说:“比如Google,最核心的技术就是一个算法。所以,理论计算机科学并不是说一辈子要作科学研究,在适当的时候、在适当的机会下,创业也大有可能。”
什么样的创新工作能在科学上取得突破?什么样的工作能在应用上创新?姚期智引用《水浒传》的故事说明这一问题。这部小说中的英雄好汉相遇会用一些暗语,比如花和尚鲁智深说“遇林而起”,豹子头林冲则说“遇山而富”, 鲁智深说“遇水而深”,林冲则说“遇江而止”。设想现代的鲁智深与林冲相遇,他们的志向不再是占山为王,而是要通过创业成为新时代的英雄,他们事先并不认识,要达成生意上的合作需要有一个共同的暗号,在这个互联网的时代,就是希望在信件来往中产生一个共识,形成一个只有他们自己知道的暗语。然而,现在我们的通信处于一个不安全的状态中,可能有别的商业竞争者看到这两个人之间的通信;因此怎样在公开的通信里产生一种通用的密码,这就是非常重要的一个问题。这个问题在1976年被提出来:两个陌生人怎么样在网络上建立一个共通的暗语,而别人都不知道?
对于这个问题的答案,绝大多数计算机科学家的第一反应就是:在香农信息理论的框架下这是不可能的,任何一种方式都能被破解。但是,如果你真的是一个有激情、想要做有创造力工作的人,想想看,是不是能够打破现在的框架,这个就需要一个创新的能力。这在西方英语里面叫“跳出盒子思考”(thinking outside of the box)就是说,一般人遇到一个问题,基本上会走入大家都思考的框框,而你能够打破这个框框,跳到框框外面去。
“接着刚才的例子讲,虽然大多数人认为实现这个目标是不可能的,但我们也可以想想也许有部分可能性。因为这两个人都有部分密匙,这就是这种可能性的基础。现代密码学创始人Diffie-Hellman就想到,可以用密钥交换的方法做这件事情。这是一个非常巧妙的算法。从这个例子里,我们可以看到他的创新精神,他从香农信息理论这个盒子里跳出来。这个盒子把人们困住了,我们如果相信这个盒子的话,就会说这件事情不可能。但如果跳出这个盒子,进入一个大的盒子,就能解决你的问题。这是一个非常重要的密码学的基本工作。到现在,有很多方法能够做这件事情。”姚期智说。
普林斯顿的图灵之路
姚期智1986年到普林斯顿大学,一直到2004年全职回国,对这所学校比较了解。这所学校是常青藤学校之一,做事很审慎,他们很多年都不愿意把计算机变成一个学系。1985年的时候,普林斯顿大学计算机系成立,一方面因为计算机学科发展很快,一方面计算机科学也到了一个成熟的阶段。当时的计算机系有9位教授,其中5位做理论计算机科学。姚期智和另外一位很有名的计算机教授Tarjan都在斯坦福大学,被普林斯顿延揽过去了。
整体来看,普林斯顿计算机系的人数比较少,其中一半是做理论计算机科学。虽然在有些人看来他们做得太偏了,但实践证明非常有效。Tarjan去普林斯顿的第二年就拿到了图灵奖,姚期智于2000年在普林斯顿拿到了图灵奖。1993年,普林斯顿大学计算机系在NRC(National Research Council,美国国家研究委员会)的计算机科学排名第六。短短几年,普林斯顿计算机系跃居世界一流,这是非常了不起的结果。
姚期智认为,普林斯顿的经验是可以借鉴的。第一,创建一流学科可从强项切入,不需同时面面俱到。第二,理论计算机科学可以撑起半边天,带动中国的计算机科学。
“从一个大的方面讲,建设一流大学也是同理。比如一个大学里有40个学科,若有七八个学科是一流的,就可谓是一流大学。”
中国的特有优势
姚期智认为,目前中国有一些特有的优势,比如有好的学生、经济成长非常快、有用以加强一流大学建设的资源。同时,国内大学的领导和教师对于大学的现状都非常清楚。“在世界上还很难找到一个别的正在发展中的国家能够有这样的优势,应该利用中国特有的优势,达到建设一流大学的目的。”
姚期智分析,中国的计算机学科和20年以前相比有了很大进步。20年前,中国的计算机学科对世界上正在做什么课题、哪些问题有发展的可能性不是很了解;时至今日,至少在代表国内最好水平的清华大学计算机学科,中国和外界有一个共同的理念,数据库、网络、人工智能的成果也都相当不错,已经成为国际上相当有影响的一个团队,但与世界上最好的计算机系和实验室还有差距。“我们应该从现在的起点上不断增加影响。因此必须深入考虑到底要发展哪一方向、从哪个切入点切入,才能够真正实现这一目的。”
姚期智用《为学·蜀鄙二僧》的故事提醒大家:人最重要的是要有志向。“我始终觉得,我们中国能够建立一流大学。希望大家更重视、看到自己的优势。建立起世界一流大学,从事教育就应该有这个志向。”
中国图灵之路
“中国图灵之路”该怎样走?怎样能够建设一个一流团队、产生一个培养一流团队的环境?姚期智认为有两种方案:一种是由上而下的整体制度改革,这种整体的调整必须审慎;另一种是由下而上,首先个人的研究达到世界水平,接着团队研究的世界水平,进而是专业领域的世界水平,最后必将使整个学科达到世界水平。
“在清华这两种策略都在用。”他回顾了2004年从普林斯顿全职回到清华,4年来探索“中国图灵之路”的实践。
姚期智认为,清华计算机系在某些方面是相当强的,但理论计算机部分没有得到发展。因为理论计算机是他的本行,他认为这是最适合他的切入点,即在理论方面帮助中国的计算机学科。他认为,理论计算机科学有这样的潜力,能够为中国的计算机科学开路。
姚期智的构思非常简单,带领10位海外杰出教授组成一个讲席教授组,指导少数研究生。但他随即发现新收的研究生聪明但缺乏基本理论知识,需要至少要花一年到一年半的时间学习本科理论知识。这些亲身感受让他逐渐萌生了“精英教育要从本科生开始”的想法,希望“