拓?fù)淙松麛?shù)學(xué)家吳文俊

科技人生

他是我國(guó)唯一兩次獲得國(guó)家科學(xué)最高獎(jiǎng)的數(shù)學(xué)家；

數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)在他的手中相遇；

碰撞出了怎樣的火花？

1957年，在新中國(guó)首次 “國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)典禮上，與大名鼎鼎的華羅庚、錢(qián)學(xué)森同臺(tái)領(lǐng)獎(jiǎng)的有一位年僅37歲的年輕人。此后，這位年輕人很快就在公眾的目光中消失了。45年后，當(dāng)首屆國(guó)家最高科技獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)時(shí)，人們突然發(fā)現(xiàn)那位當(dāng)年獲獎(jiǎng)的年輕人又再度站在了領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)上。此時(shí)，他已經(jīng)是82歲高齡的老者。

他，就是享譽(yù)世界的著名數(shù)學(xué)家——吳文俊（圖1）。

（1）1957年，吳文俊在新中國(guó)首次 “國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)典禮上領(lǐng)獎(jiǎng)

吳文俊，中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)數(shù)學(xué)機(jī)械化研究的創(chuàng)始人之一，國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)、國(guó)家最高科技獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

也許有人不相信，搞了一輩子數(shù)學(xué)研究，并在數(shù)學(xué)領(lǐng)域取得了世界公認(rèn)的巨大成就的吳文俊，卻說(shuō)他本來(lái)不喜歡數(shù)學(xué)。

吳文俊:我原來(lái)是喜歡物理的，不太喜歡數(shù)學(xué)（圖2）。

（2）吳文俊接受采訪

喜歡物理而不喜歡數(shù)學(xué)的吳文俊最后怎么成了數(shù)學(xué)家？一段特殊的經(jīng)歷，讓年輕時(shí)的吳文俊險(xiǎn)些與數(shù)學(xué)研究擦肩而過(guò)。

1919年，吳文俊出生于上海，上中學(xué)時(shí)，吳文俊對(duì)物理產(chǎn)生了濃厚的興趣，考試成績(jī)異常優(yōu)秀。那時(shí)，他從未想過(guò)要當(dāng)一名數(shù)學(xué)家。然而，就像是命運(yùn)開(kāi)了個(gè)小小的玩笑，他所在的中學(xué)校長(zhǎng)格外看重他的數(shù)學(xué)才華，希望他報(bào)考上海交通大學(xué)數(shù)學(xué)系，并承諾為他提供一筆獎(jiǎng)學(xué)金。

吳文俊:那個(gè)校長(zhǎng)說(shuō)，我要是考數(shù)學(xué)系就給我獎(jiǎng)學(xué)金。那時(shí)學(xué)費(fèi)很貴，我的家庭經(jīng)濟(jì)很一般，沒(méi)有辦法支付我的學(xué)費(fèi)。

1936年，吳文俊以?xún)?yōu)異的成績(jī)考取上海交通大學(xué)數(shù)學(xué)系，兩年后，他對(duì)“組合拓?fù)鋵W(xué)”產(chǎn)生了濃厚的興趣（圖3）。

（3）年青時(shí)的吳文俊

然而，吳文俊的生活陷入了困境，抗日戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，原來(lái)中學(xué)發(fā)給他的獎(jiǎng)學(xué)金中斷了。

這時(shí)，已成為漢奸的中學(xué)校長(zhǎng)派人來(lái)找他。

吳文俊:這個(gè)中學(xué)校長(zhǎng)通過(guò)另外的方式要繼續(xù)給我獎(jiǎng)學(xué)金，我拒絕了。就是因?yàn)樗菨h奸。

1940年，吳文俊大學(xué)畢業(yè)，由于時(shí)局動(dòng)蕩，生活困頓，不得不放棄數(shù)學(xué)研究，去中學(xué)當(dāng)教師。5年之后，他連這份工作也沒(méi)有了，陷入了失業(yè)的窘境。

就在吳文俊感到前途渺茫時(shí)，他的命運(yùn)卻出現(xiàn)了重大轉(zhuǎn)機(jī)。出于對(duì)吳文俊數(shù)學(xué)才華的欽佩，他的大學(xué)同學(xué)趙孟養(yǎng)主動(dòng)把自己大學(xué)助教這一難得的職位讓給了吳文俊。

吳文俊:沒(méi)有他的幫忙，數(shù)學(xué)根本就不要想。

重新回到數(shù)學(xué)研究第一線的吳文俊，充分利用每一分鐘，潛心研究數(shù)學(xué)。

這時(shí)，一個(gè)人的出現(xiàn)，又給吳文俊的學(xué)術(shù)生涯帶來(lái)了新的曙光。

吳文俊遇到的這個(gè)人就是享譽(yù)國(guó)內(nèi)外的數(shù)學(xué)大師陳省身。當(dāng)時(shí)陳省身剛從國(guó)外回來(lái)，正籌建中央研究院數(shù)學(xué)研究所。得知這一消息后，生性靦腆的吳文俊主動(dòng)找到了陳省身，希望得到一份數(shù)學(xué)研究所的工作。經(jīng)過(guò)考試，吳文俊如愿以?xún)敗?/p>

從此，陳省身教授迅速把他帶到數(shù)學(xué)研究最前沿，吳文俊很快就在數(shù)學(xué)王國(guó)里找到了適合自己的研究領(lǐng)域和研究方法（圖4）。

（4）多年后，吳文俊（左）與陳省身合影

拓?fù)鋵W(xué)是當(dāng)時(shí)世界最前沿的數(shù)學(xué)研究領(lǐng)域，它主要研究幾何圖形在連續(xù)改變形狀時(shí)，還能保留一些不變的特性。它只考慮物體之間的位置關(guān)系，而不考慮它們的距離和大小。遵從陳省身先生的建議，吳文俊開(kāi)始研究美國(guó)數(shù)學(xué)大師惠特尼的乘積公式。在不到一年的時(shí)間里，吳文俊就用簡(jiǎn)單而清晰的方式證明了惠特尼極為繁雜的乘積公式，攻克了這個(gè)數(shù)學(xué)難題，在拓?fù)鋵W(xué)研究領(lǐng)域嶄露頭角。

吳文俊:惠特尼本來(lái)是要專(zhuān)門(mén)寫(xiě)一本書(shū)的，我現(xiàn)在這個(gè)文章只有幾頁(yè)就說(shuō)明白了, 這么一來(lái)，他就不寫(xiě)了，流產(chǎn)了。

1947年，吳文俊經(jīng)陳省身推薦，到法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)學(xué)習(xí)。在法國(guó)留學(xué)期間，吳文俊的研究取得了重大突破，他的最新成果被國(guó)際上稱(chēng)為“吳類(lèi)”、“吳公式”，在國(guó)際數(shù)學(xué)界產(chǎn)生了巨大的影響（圖5）。

（5）在法國(guó)學(xué)習(xí)時(shí)的吳文俊

吳文俊在國(guó)際數(shù)學(xué)界初露鋒芒，他卻決定回國(guó)。這個(gè)出人意料的決定讓他的法國(guó)同行非常不解：法國(guó)有著這么好的研究環(huán)境，吳文俊為什么要回到中國(guó)呢？他們預(yù)測(cè)，“拓?fù)淦娌拧眳俏目』氐街袊?guó)很可能一事無(wú)成。

吳文俊:學(xué)成歸國(guó)是理所應(yīng)當(dāng)，祖國(guó)永遠(yuǎn)是最神圣的地方。

1951年，他毅然離開(kāi)法國(guó)，回到了新中國(guó)。

事實(shí)證明，回國(guó)并沒(méi)有影響吳文俊的學(xué)術(shù)研究，并且取得了優(yōu)異的成績(jī)。1957年，因“示性類(lèi)和示嵌類(lèi)”研究取得優(yōu)秀成果，吳文俊榮獲國(guó)家第一屆自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

他究竟是怎樣登上數(shù)學(xué)巔峰的呢？

吳文俊:我說(shuō)數(shù)學(xué)應(yīng)該適合于笨人做的，我是很笨的，腦筋反應(yīng)比較慢。

就是這樣一位自認(rèn)為“很笨”的人，總能站在數(shù)學(xué)研究的最前沿，數(shù)學(xué)機(jī)械化就是他晚年創(chuàng)建的一個(gè)重要理論。

吳文俊晚年取得的這項(xiàng)新成就，源自他一次令人驚訝的選擇。在拓?fù)鋵W(xué)領(lǐng)域取得重大成就20年后，年近六旬的他忽然調(diào)轉(zhuǎn)研究方向，開(kāi)始專(zhuān)注于中國(guó)數(shù)學(xué)史的研究。他一頭扎進(jìn)圖書(shū)館，全面系統(tǒng)地閱讀古今中外關(guān)于中國(guó)古代數(shù)學(xué)的文獻(xiàn)書(shū)籍，遇到難懂的外文資料就一遍又一遍地查字典。憑著這股鉆研精神，吳文俊發(fā)現(xiàn)了中國(guó)古代數(shù)學(xué)的完整邏輯體系，領(lǐng)會(huì)了中國(guó)古代數(shù)學(xué)的精髓。

1975年，吳文俊在《數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一篇題為《中國(guó)古代數(shù)學(xué)對(duì)世界文化的偉大貢獻(xiàn)》的論文，文章對(duì)中國(guó)數(shù)學(xué)和西方數(shù)學(xué)的發(fā)展進(jìn)行了深入的比較和分析，以史為據(jù)，論證了16世紀(jì)前中國(guó)人在數(shù)學(xué)領(lǐng)域的輝煌成就，明確提出：近代數(shù)學(xué)之所以能夠發(fā)展到今天，主要是靠中國(guó)式的數(shù)學(xué)，而非希臘式的數(shù)學(xué)。這篇文章的發(fā)表，在當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)界引起了不小的轟動(dòng)。

正是在數(shù)學(xué)史研究方向上受到啟發(fā)，吳文俊開(kāi)創(chuàng)了國(guó)際數(shù)學(xué)界一個(gè)全新的研究領(lǐng)域：數(shù)學(xué)機(jī)械化。簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)學(xué)機(jī)械化就是將數(shù)學(xué)龐大而繁瑣的運(yùn)算、證明和研究，交由電子計(jì)算機(jī)來(lái)完成，從而實(shí)現(xiàn)人類(lèi)腦力勞動(dòng)的機(jī)械化。

1971年，吳文俊在下工廠勞動(dòng)期間，第一次接觸到了簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)。他一下子就被這種機(jī)器深深地吸引住了。那時(shí)，他就敏銳地預(yù)感到：“不久的將來(lái)，電子計(jì)算機(jī)必定成為數(shù)學(xué)家研究工作中不可或缺的一項(xiàng)工具”。

吳文俊:數(shù)學(xué)研究苦得不得了，要大量地計(jì)算。后來(lái)我想，中國(guó)古代數(shù)學(xué)最適合計(jì)算機(jī)了，我就用計(jì)算機(jī)來(lái)考慮一些問(wèn)題。

吳文俊所考慮的問(wèn)題，是用計(jì)算機(jī)來(lái)證明幾何定理。

要使用計(jì)算機(jī)來(lái)證明幾何定理，必須有專(zhuān)門(mén)的程序。于是，吳文俊再次下“笨功夫”，從零開(kāi)始學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，編寫(xiě)程序（圖6）。

（6）工作中的吳文俊

吳文俊:我喜歡Algol語(yǔ)言， Algol語(yǔ)言跟我搞的機(jī)械化數(shù)學(xué)比較合拍。

學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言，吳文俊很是下了一些“笨功夫”。他最初學(xué)的是BASIC語(yǔ)言，已經(jīng)編寫(xiě)了四五千行證明定理的程序。結(jié)果BASIC語(yǔ)言被淘汰，換成ALGOL語(yǔ)言。迫不得已，他又得從頭學(xué)起。等他熟悉ALGOL語(yǔ)言之后，ALGOL語(yǔ)言又被棄用，編好的程序又作廢了，他只好再次另起爐灶。

然而，20世紀(jì)70年代，在我國(guó)要找到一臺(tái)可以進(jìn)行大運(yùn)算量的計(jì)算機(jī)談何容易。于是，他在出國(guó)訪問(wèn)期間，利用國(guó)外大學(xué)里的計(jì)算機(jī)抽空進(jìn)行“機(jī)器證明”；很長(zhǎng)時(shí)間以后，他在國(guó)內(nèi)才找到一臺(tái)大容量的高性能的計(jì)算機(jī)。

從那時(shí)開(kāi)始，在系統(tǒng)科學(xué)研究所的機(jī)房里，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一位70多歲老人的身影，不分晝夜地忘我工作。有很多年，吳文俊上機(jī)的時(shí)間是全數(shù)學(xué)所最多的。

功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過(guò)近10年的努力，機(jī)器證明幾何定理終于取得了成功。

吳文俊在數(shù)學(xué)機(jī)械化理論和應(yīng)用領(lǐng)域作出了重大貢獻(xiàn)，我國(guó)在人工智能、智能計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、物理學(xué)、化學(xué)、天體力學(xué)等多個(gè)重要研究領(lǐng)域取得的重大科研成果，其背后都有吳文俊數(shù)學(xué)機(jī)械化的廣泛應(yīng)用（圖7）。

（7）應(yīng)用“吳方法”數(shù)學(xué)機(jī)械化設(shè)計(jì)的重構(gòu)并聯(lián)機(jī)床

1997年．吳文俊獲得“赫布蘭自動(dòng)推理杰出成就獎(jiǎng)”，2006年，獲得 “邵逸夫數(shù)學(xué)科學(xué)獎(jiǎng)”。前者是國(guó)際自動(dòng)推理領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)，而后者被譽(yù)為數(shù)學(xué)的“東方諾貝爾獎(jiǎng)”（圖8）。

（8）吳文俊獲赫布蘭自動(dòng)推理杰出成就獎(jiǎng)

如今，吳文俊還在忙著設(shè)立“數(shù)學(xué)與天文絲路基金”的工作，他準(zhǔn)備沿著昔日的“絲綢之路”，組織開(kāi)展有關(guān)“中算西傳”的研究。他的研究發(fā)現(xiàn)了中國(guó)古代數(shù)學(xué)的歷史，他的探索揭示著世界數(shù)學(xué)的未來(lái)。

吳文俊:難道中國(guó)古代數(shù)學(xué)的成就 不就是通過(guò)這條路傳到西方去的嗎？ 我想知道在這條路上，究竟西方傳到東方，是怎么傳的；東方傳到西方，又是怎么傳的。

吳文俊曾經(jīng)答應(yīng)過(guò)陳省身先生要“還債”。那是1946年暑假的一天，陳省身先生在圖書(shū)館遇到了正在看書(shū)的吳文俊，就叫他還債。

吳文俊:陳省身先生跟我說(shuō)，你看別人的東西，就是欠人家的債，你得還債。我問(wèn)他怎么還呢？他說(shuō)你不僅做研究，還要寫(xiě)論文，讓別人來(lái)看你的文章，用這種方式來(lái)還債。

直到今天，吳文俊還在努力地工作，努力地還債。