馮·諾依曼之后有馮康

2017-02-06 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在談到計(jì)算機(jī)時(shí)代的時(shí)候,馮·諾依曼是一個(gè)無比光輝的名字。因?yàn)檫@個(gè)天才的匈牙利人為研制電子數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)提供了基礎(chǔ)性的方案,晚年還主導(dǎo)了針對(duì)博弈論方面的科學(xué)探索,是名副其實(shí)的計(jì)算機(jī)之父。

馮·諾依曼為世界設(shè)計(jì)出了算數(shù)的機(jī)器,但是,在計(jì)算機(jī)今天另一個(gè)巨大應(yīng)用領(lǐng)域——模擬仿真方面,這位天才卻沒有來得及給出前瞻性的指導(dǎo)——1957年,馮·諾依曼去世的時(shí)候,用計(jì)算機(jī)模擬仿真,實(shí)現(xiàn)工程技術(shù)方面的突破還停留在想象之中。

這個(gè)領(lǐng)域的突破,要到上世紀(jì)60年代才開始出現(xiàn)。為了讓計(jì)算機(jī)更加有效地實(shí)用于工程分析,一批科學(xué)家在這個(gè)時(shí)代開始涉足一個(gè)叫作“有限元法”,即fem的現(xiàn)代計(jì)算方法,為計(jì)算機(jī)的發(fā)展打開了新的一扇門。在這些人里,有一名中國科學(xué)家十分突出,而且,名字里也有一個(gè)“馮”字。這位“中國馮”,便是中國科學(xué)院院士,我國優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家馮康。

1965年,當(dāng)時(shí)在中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所工作的馮康,發(fā)表了名為《基于變分原理的差分格式》的論文。這篇論文被國際學(xué)術(shù)界視為中國獨(dú)立發(fā)展有限元方法的重要里程碑。法國著名科學(xué)家、法國科學(xué)院院長里翁斯院士曾經(jīng)評(píng)價(jià)馮康在對(duì)外隔絕的環(huán)境下獨(dú)立創(chuàng)始了有限元法,位列世界最早。有限元法權(quán)威jt.奧登也十分推崇馮康的貢獻(xiàn),尊稱他為有限元法的創(chuàng)始人之一。今天,有限元法被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)事業(yè)的各個(gè)方面,被視為計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵理論之一。

馮康,祖籍蘇州,出生于南京,是我國計(jì)算數(shù)學(xué)這門新興學(xué)科的先行者和帶頭人。他早年曾就讀于重慶中央大學(xué)電機(jī)工程系,1945年畢業(yè)后轉(zhuǎn)入數(shù)學(xué)和物理領(lǐng)域,并在清華大學(xué)工作。1951年馮康進(jìn)入中國科學(xué)院,并奉派前往蘇聯(lián)斯捷克洛夫數(shù)學(xué)研究所進(jìn)修,曾就教于華羅庚、陳省身、龐特里亞金(pontryagin),有著深厚的學(xué)術(shù)功底。馮康早年曾患重病,身體一直不好且不善言辭,但在數(shù)學(xué)界和計(jì)算機(jī)界建樹極豐,1980年當(dāng)選為科學(xué)院學(xué)部委員,曾擔(dān)任中國科學(xué)院計(jì)算中心主任、中國數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)理事長。1997年,馮康的“哈密爾頓系統(tǒng)辛幾何算法”獲得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

可惜的是,這是一項(xiàng)遲到的獎(jiǎng)項(xiàng),此時(shí)馮康已經(jīng)過世四年之久了。在他去世的時(shí)候,美國數(shù)學(xué)會(huì)會(huì)長皮特·拉克斯在該學(xué)會(huì)會(huì)刊上,為馮康撰寫了悼文,這樣形容他:“那個(gè)小老頭,他瘦小的身影不知疲倦,聽到提問眼睛就發(fā)光。”

這個(gè)對(duì)科學(xué)如珍寶一樣熱愛的“小老頭”,最大的貢獻(xiàn),還是在發(fā)展有限元法方面。

有限元法到底有什么神奇,值得人們?nèi)绱送瞥缒?這是因?yàn)樵谒Q生之前,計(jì)算機(jī)技術(shù)始終受到一個(gè)瓶頸的困擾。計(jì)算機(jī)雖然可以進(jìn)行精確計(jì)算,但實(shí)踐中的工程項(xiàng)目,仿真活動(dòng)卻很難真正實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算。比如你想計(jì)算一下飛機(jī)在高速時(shí)是怎么飛的,很快會(huì)發(fā)現(xiàn)空氣摩擦?xí)a(chǎn)生熱,而產(chǎn)生的熱反過來又會(huì)影響飛機(jī)的材料屬性,如空氣流體的黏性等等,反過來影響飛機(jī)的狀態(tài)。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法是難以解決這類耦合問題的。上世紀(jì)50年代末期,馮康參加劉家峽水壩的建設(shè)過程中,便遇到了這樣的問題,但他憑借豐富的想象力和扎實(shí)的數(shù)理化功底,找出了一個(gè)適合于計(jì)算機(jī)環(huán)境下解決這類問題的方法。這種方法的根本是利用微積分手段,對(duì)整個(gè)問題域進(jìn)行分解,使每個(gè)子區(qū)域都成為簡單的部分,這種簡單部分被稱作有限元。這種數(shù)值分析方法則被稱作有限元法。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使需要大量復(fù)雜計(jì)算的有限元法得以實(shí)現(xiàn),而近年來計(jì)算機(jī)功能的提升又使得有限元分析由單場分析到多場分析變成現(xiàn)實(shí),使其未來的發(fā)展更加不可限量。

馮康在為世界有限元法發(fā)展方面提供的貢獻(xiàn),是令人驚嘆和有目共睹的。

2008年12月15日,中國國家主席胡錦濤,在紀(jì)念中國科協(xié)成立50周年大會(huì)上發(fā)表講話時(shí)如是說:“我國廣大科技工作者……在短短十幾年間,創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)科技奇跡。我們?nèi)〉昧擞邢拊椒?層子模型,人工合成牛胰島素等具有世界先進(jìn)水平的科學(xué)成果……這些重大科技成果,極大增強(qiáng)了我國綜合國力,提高了我國的國際地位。”

馮康傾注了巨大精力的有限元法,在眾多科研成果中被列為第一位,表明了國家對(duì)這位優(yōu)秀科學(xué)家和他所在團(tuán)隊(duì)重大貢獻(xiàn)的充分肯定,也讓我們看到了中國人在今天國際科研舞臺(tái)上的巨大潛力。

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