袁亞湘院士：從放牛娃到數學家

作者：姜靖 陳思雅

嘉賓簡介：袁亞湘，男，中國科學院院士、中國科協副主席、中國科學院數學與系統科學研究院研究員。

袁亞湘於1960年1月出生於湖南資興，1981年畢業於湘潭大學數學系，1986年獲英國劍橋大學博士學位。1988年回到中國科學院計算中心工作，成為中科院當時最年輕的正研究員。曾任中國科學院計算數學所所長、科學與工程計算國家重點實驗室主任、中科院數學與系統科學研究院副院長。他在非線性優化計算方法、信賴域方法、擬牛頓方法、共軛梯度法等領域做出了突出貢獻，他在非線性規劃方面的研究成果被國際上命名為「袁氏引理」。

「我愛讀書，買書也是我的愛好之一。」

「我愛打橋牌，現在有時也打，如果你感興趣，可以參加我們所每雙周五晚上的定期橋牌活動。」

「我曾經愛中距離跑步，但現在畢竟不再年輕而且也沒場地，只好放棄，改成爬山，從2012年起又增加了游泳，每天1000米。」

這是中國科學院數學與系統科學研究院袁亞湘院士在他招收研究生的導師介紹上的簡介。然而，就是這位喜歡帶著學生爬山、打橋牌，看似有點「不務正業」的導師，在學生的心中有著頗高的人氣。

他現為中國科學院院士、巴西科學院通訊院士、美國工業與應用數學會會士（SIAM Fellow）、美國數學會會士（AMS Fellow）。在2015年11月里，他又當選了發展中國家科學院院士、中國數學會新任理事長。

他研究非線性優化的演算法以及理論，在信賴域法、擬牛頓方法、共軛梯度法、子空間方法等方面取得了一系列的重要成果，他在非線性規劃方面的研究成果被國際上命名為「袁氏引理」。

• 自稱為「農民」的數學家

翻看袁亞湘的履歷，26歲獲得英國劍橋大學數學博士學位，37歲擔任中科院計算數學與科學工程計算研究所（簡稱計算所）所長，39歲成為中科院數學與系統科學研究院副院長……

但在計算所的網站上，袁亞湘為自己設計了一個頁面。上面的個人簡介甚少提及榮譽和成績，卻寫道：「我叫袁亞湘，『亞』是因為排行老二；『湘』是由於來自湖南。我曾是農民，而且從心裡一直自認為永遠是農民。我5歲上學，11歲休學一年，在家放牛。15歲高中畢業后回村當農民3年，我很想當個詩人，可惜沒有天賦。」

的確，兒時的袁亞湘，求學之路並不順利。5歲便早早啟蒙，小學甚至因成績優異又跳了一級，讓他成為班上年紀最小的「小神童」。同時他在求學之路上，有一個人在默默地影響他，就是他的母親。

「雖然我母親沒什麼文化，但她對教育很有一套。在那麼偏僻的地方，她引導我學習，讓我明白讀書是美好而充實的事，在我的心中播下學習的種子。小學三年級時，母親將我叫到跟前說：『亞湘，你現在懂的東西比我多了，媽媽幫不了你了，以後你就要靠自己。』這句話是我永遠追求知識、永不停止的動機。」

然而由於時代的原因，11歲他不得不中途休學一年。「整整一年不能上學，蠻痛苦的。」袁亞湘回憶道。但這也有個好處，「你越不讓小孩子幹什麼，他就越想幹什麼。」因此，眼睜睜地看著其他小孩去上學的「小小袁」，學習勁頭更足了。

「文革」期間，15歲高中畢業的袁亞湘回村當了3年農民。那時，愛讀書的他由於找不到書看，只能在做農活的間歇來回翻看過去的初高中教材。高考恢復后，袁亞湘立即報考湘潭大學，並以優異的成績成為「文革」后第一批大學生。

與袁亞湘同齡的人，很多都留在了農村，結婚生子。這時的袁亞湘覺得自己已經非常滿足。他說，那個年代考上大學，就意味著畢業後有一個鐵飯碗，當時想的最好是能留在長沙工作。

「當時我的想法比較簡單，自己是個學生，就把自己學業完成好。」但當他不斷取得進步，對自己要求也越高。「如果一直待在井底，不知道外面的天下，也就不知道這世界上還有這麼優秀的人，然而一旦跳出井底以後，就可以看到香山，又能看到西山，還能看到珠穆朗瑪峰，這是不斷的反饋過程。」

就是在這不斷的反饋激勵作用下，他一路從湖南到北京、再到英國留學，一次次打破了他人生的「天花板」。

• 機緣巧合走上「優化」之路

「為什麼同年畢業，同時進單位工作的同事，若干年後會有很大的差別，為什麼有的混得好，有的混得不好，就是因為大家每天做的決策都不一樣。」

袁亞湘說：「人生是不斷的優化和決策的過程。每個關鍵時候，做一個對自己有利的決策，這樣人生才可能達到較好的狀態。我的主要研究是求解最優問題的計算方法，中國自古就有『運籌帷幄』這個詞，如今隨著大數據時代的來臨，大規模、非線性、多極值的實際問題如雨後春筍般越來越多，因此使得優化問題越來越多、越來越重要，越來越難。」

他坦言，走上「優化」學研究之路也是機緣巧合。22歲時，他以研究生入學考試第一名的成績考上計算數學所（當時名為「中國科學院計算中心」），師從著名數學家、中科院院士馮康，因公派留學前，馮院士建議他轉專業方向，向他推薦了國內數學界當時相對薄弱的最優化方向。袁亞湘聽從了恩師馮康的建議。他說：「馮先生當時讓我轉方向，事後證明，他的確非常有遠見。」

「其實關於我出國留學還有一個『美麗的誤會』。」他說。在考研究生填表時，有一項內容是：是否願意出國。當時他沒多想隨手選了否，這後來被馮院士看到了。1982年3月的一天，馮院士找來袁亞湘說：「小袁，和你商量個事，組織上決定派你出國，你去不去呢？」他至今都清楚地記得導師的這句「開場白」。

1982年11月，袁亞湘作為中科院從各單位精心挑選的30多位尖子生之一，派往英國劍橋大學攻讀應用數學與理論物理系博士，師從於優化領域POWELL派開山鼻祖英國劍橋大學M.J.D.Powell教授。

「在師從Powell教授前，其實還有一個『小插曲』。」「文革」期間，數學家華羅庚在全國範圍內推廣優選法。華羅庚和馮康教授聯名邀請劍橋大學教授Powell來北京訪問，當時馮康先生安排袁亞湘，做了一個小的英文學術報告，給Powell留下了深刻的印象。「事後回想起來，這其實是一場有『預謀』的推薦，為了把我推薦到Powell教授的門下。」袁亞湘笑著說。

隨後，他在劍橋大學留學期間，幾乎每天堅持早上8點進實驗室，晚上10點回宿舍，周末大多都在辦公室度過。平時上下午茶歇時間，他和M.J.D. Powell教授幾乎都會在系裡的咖啡室中討論問題，而這間咖啡室也常有類似霍金等「科學大咖」出入，這些大師嚴謹治學的態度，對科學的痴迷、純粹的熱愛與激情，深深影響著他的治學態度。

• 回國工作就像回家一樣天經地義

經過不懈的努力，他在1984年獲英國劍橋大學數學學業部研究生論文競賽唯一的一等獎，以及1985年在英國倫敦獲首屆青年國際數值分析獎二等獎。他系統地給出了非光滑優化信賴域方法的收斂理論，在擬牛頓方法的理論研究方面，他和美國科學家合作證明了一類擬牛頓方法的全局收斂性，這是非線性規劃演算法理論在20世紀80年代最重要的成果之一。

對於所得的成績，他歸結為「幸運」，袁亞湘以數學的優化理論分析道：「運氣是什麼，是你在關鍵時刻做出對自己最有利的決策，而且正好在對的時間碰到對的人和做了對的事情。」

當記者問及他為什麼會回國時，他坦然地笑了。他答道：「很多人都問過我當年為什麼回國，這個問題對於我來說彷彿是家人在問自己為什麼要回家一樣。回家是天經地義的，沒有為什麼，應該去問下那些留在國外的人是什麼原因沒有回來呢？當年是國家派我出國學習，我一直就認為，留學是為了更好地報效國家。所以，我留學后一定會回來，因為我從來沒想過要留在國外。」

回國后，他繼續將嚴謹的治學態度和對科學熱愛之情投入到科研工作中，他和學生戴彧虹合作提出的「戴—袁方法」被認為是非線性共軛梯度法四個主要方法之一。他給出了雙球信賴域子問題的最優性條件，證明了截斷共軛梯度法的「1/2猜想」。他還首創性地提出了用信賴域方法和傳統的線搜索方法的結合來構造新的計算方法，開創了利用非二次模型信息構造二次模型子問題的方法，提出了非擬牛頓方法。近年來，他深入研究和大力發展子空間方法。國外同行稱袁亞湘在信賴域方法領域取得的成就是基石性的成果，他的貢獻對最優化領域是至關重要的。

此外，他還積極行走於國內各大高校宣講「數學之美」。在授課和作科普報告時，袁亞湘是出了名的「段子手」。瞎子爬山、達•芬奇與黃金分割、孫悟空與信賴域、恐龍是如何滅絕的等等。他所講的帶有「袁氏幽默」特色的數學趣味故事，通俗易懂，讓學文科的同學都能興趣盎然地聽下去。

「我想跟年輕人傳遞一個信息，數學是美好的、有趣的。」袁亞湘說。

• 我敢和外國人「吵架」

在國際數學舞台上也頻現他的身影，多次受邀在國際重要學術會議上做報告。他還積极參与許多國際學術組織（如國際數學聯盟、國際工業與應用數學聯盟、國際運籌學聯盟等）的活動和任職，曾任國際運籌學聯盟副主席、亞太運籌學聯合會主席、國際工業與應用數學聯盟執委、國際數學聯盟代表大學代表等，出任許多國際著名學術期刊的編委。作為巴西科學院通訊院士，他積極推動中國和巴西數學界的交流與合作。由於他的科研成就以及國際影響，2015年11月18—21日在奧地利召開發展中國家科學院（原第三世界科學院）第二十六屆院士大會，袁亞湘在會上當選為發展中國家科學院院士。

對此他卻說：「可能我比較『勇敢』，雖然我學英語是18歲才從ABC學起，到現在英文發音還是帶濃厚的湖南腔，但我在國際上還是勇於參與國際學術交流和合作，屬於敢說話的那一類，我敢和外國人『吵架』。」說完，呵呵地笑了起來。

11月21日，袁亞湘也收穫了來自中國數學界的肯定，當選為中國數學會第十二任理事長。「我很幸運，因為我所研究的優化領域並不是主流的基礎數學，而是數學中比較『小眾』的邊緣學科。」袁亞湘表示，在未來4年中，中國數學會將進一步做好承接政府轉移職能、學術交流、科學普及、人才舉薦等工作，大力加強學會的國際交流與合作。

他認為，科學研究不像農民種田、工人做工，壓任務就可以做出來，科學研究靠的是自覺、愛好、熱情。唯有充滿興趣、充滿激情才能做出重要的、有意義的研究，寫文章、出成果是水到渠成的事。

也正像他個人主頁上興趣介紹所寫，最多兩個月，他的課題組就會組織一次登山，北京周圍的山頭幾乎都有他們的足跡。爬山是給學生提供一個跟導師交流的好機會，無論是學術還是生活，袁亞湘都會給學生很多啟發和指導。

袁亞湘一直希望學生能處處發現生活中的樂趣，這樣他們才能抱著良好的心情去做科研。袁亞湘經常跟他們說：「老師逼出來的學生不是好學生，只有發自內心地去做一件事情，才能真正走上科研的道路。」

在袁亞湘的影響下，一批批帶著「袁氏幽默」的畢業生也逐漸走向各個科研和教學崗位。他指導的學生中已有戴彧虹、王彥飛先後獲得國家傑出青年基金；文再文獲得國家優秀青年基金和入選國家拔尖人才計劃。今年，他曾經的學生、計算數學所副研究員、數學院「陳景潤之星」人才計劃獲得者劉歆，與袁亞湘等合作共同完成了一項關於Kohn—Sham方程求解的新進展。

作者簡介：

姜靖，畢業於中國科學院大學科技傳播專業，現為科技日報社記者，美國斯坦福大學John S. Knight Fellow。頭頂博士光環，留學美利堅，始終堅信榜樣的力量是無窮的，專註科技領域人物報道十餘載，發表中外人物通訊百餘篇，近年來痴迷科學家紀錄片創作。

陳思雅，科普愛好者一枚。一直以來，沉迷於科技散發的「高大上」氣息不能自拔。儘管受限於智商和專業，而成為不了科技專家，但這不妨礙她勇闖科技圈，追隨「科技帥」和「科技美」的步伐，聆聽他們的科研學術經歷，將他們的治學精神與生活態度發揚傳播。

本文刊登在《今日科苑》雜誌2016年3月刊《青年才俊》欄目。

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