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◇每一個科學家特別是戰(zhàn)略科學家，要將凝練科學問題放在首要位置，提出推動科技進步、推動國家發(fā)展的關(guān)鍵科學問題。一個科學家只有具備凝練問題的素質(zhì)，才可能帶領(lǐng)團隊朝著正確方向前進，做有價值的科研。

◇凝練重大科學問題需要一種交流機制，需要知識的碰撞，相互印證、相互啟發(fā)、凝聚共識。從2019年到現(xiàn)在我們依次聚焦的主題包括：數(shù)據(jù)科學與醫(yī)療健康、偏微分方程與油氣勘探、最優(yōu)化方法與人工智能、隨機分析與量化金融、圖論與復雜網(wǎng)絡。

◇搭建產(chǎn)學研融通平臺，推動數(shù)學家與企業(yè)、產(chǎn)業(yè)專家深入交流融合，發(fā)展領(lǐng)域中的共性關(guān)鍵應用數(shù)學理論與數(shù)學技術(shù)，為解決行業(yè)所面臨的重大基礎(chǔ)問題提供數(shù)學方法與數(shù)學技術(shù)。

在西安交通大學（下稱西安交大）興慶校區(qū)靜謐的校園內(nèi)，國家天元數(shù)學西北中心坐落于一角。在一間推開窗就能看到滿樹濃蔭的辦公室中，《瞭望》新聞周刊記者見到了第十六屆華羅庚數(shù)學獎獲得者、中國科學院院士徐宗本。

數(shù)學是一種描述科學規(guī)律的學科，是所有科學技術(shù)的基礎(chǔ)。在興慶校區(qū)的這座古樸小樓內(nèi)，徐宗本展開一次次思維實驗，將一個個抽象的問題具象化，推演出解決實際應用需求的數(shù)學方法。

徐宗本長期從事數(shù)學與信息科技的交叉融合研究，著力推動數(shù)學與實際應用相結(jié)合，在關(guān)于應用數(shù)學、稀疏信息處理、機器學習、大數(shù)據(jù)與人工智能數(shù)學基礎(chǔ)等領(lǐng)域取得系統(tǒng)性與原創(chuàng)性成果，被廣泛應用于雷達感知、ct成像、5g通信等多個領(lǐng)域，解決了多項國家重大急需。

“基礎(chǔ)研究處于從理論探索到技術(shù)開發(fā)、再到生產(chǎn)應用的創(chuàng)新鏈條起始端，作為一切學科的基礎(chǔ)，數(shù)學的地基能否打牢，將很大程度上影響科技事業(yè)大廈的穩(wěn)固程度。”徐宗本告訴記者，黨中央提出凝練基礎(chǔ)研究關(guān)鍵科學問題，科技領(lǐng)軍人才要承擔起“出題人”身份，在自己的專業(yè)領(lǐng)域中詳細辨識，把國家需求具化為一個個重大科學任務和科學問題，這是實現(xiàn)高水平科技自立自強的迫切要求，是建設世界科技強國的必由之路。

戰(zhàn)略科學家要把凝練問題放在首要位置

《瞭望》：應由誰主要承擔凝練關(guān)鍵科學問題的工作？

徐宗本：提出問題是開展科學研究的先決條件，但凝練基礎(chǔ)研究科學問題的過程是非常難的，需要靠科學家群體的努力，特別是科技領(lǐng)軍人才。

上世紀60年代，我們老一輩科學家研制“兩彈一星”的目標明確，現(xiàn)在隨著時代進步，科學發(fā)展相較于過去幾十年已經(jīng)是枝繁葉茂，一些直接、基礎(chǔ)的科研工作已經(jīng)完成，需要科研人員在更細分、深入的領(lǐng)域做創(chuàng)新突破。凝練科學問題，要求對所要解決的問題有本質(zhì)的認識，并對它背后的邏輯關(guān)系有深刻的思考，因此需要科學家既對國家需求和學科前沿有比較深入的了解，也對解決問題所需知識結(jié)構(gòu)的相互關(guān)聯(lián)性有基本的判斷。但當前有的科研人員受利益驅(qū)動習慣于做短平快的科研，難以提出真問題。

凝練基礎(chǔ)研究科學問題是實現(xiàn)科技自立自強必須要解決的問題。每一個科學家特別是戰(zhàn)略科學家，應將凝練科學問題放在首要位置，提出推動科技進步、推動國家發(fā)展的關(guān)鍵科學問題。科學家只有具備凝練問題的素質(zhì)，才可能帶領(lǐng)團隊朝著正確方向前進，做有價值的科研。

當前需要建立完善激發(fā)科學家提煉問題的體制機制。首先，可以通過建立機制或管理規(guī)范，將凝練基礎(chǔ)研究科學問題作為戰(zhàn)略科學家的本職工作；再者，應建立完善激勵機制，對凝練出重大科學問題的科學家給予一定形式的認可和獎勵，認可科學家的貢獻，形成問題凝練的長效機制。

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徐宗本團隊在西安交通大學二附院做分布式微劑量 ct 臨床驗證（2021年6月攝）

面向國家重大需求凝練問題

《瞭望》：你是如何從應用研究中抽象出理論問題的？

徐宗本：自由探索、目標驅(qū)動的基礎(chǔ)研究與經(jīng)濟社會發(fā)展需要的應用研究并非割裂的，相反，扎實的基礎(chǔ)研究會催生出源源不斷的應用成果。比如將大數(shù)據(jù)應用于人工智能，需要對大數(shù)據(jù)進行研究，其本質(zhì)就是數(shù)學的統(tǒng)計學分支，數(shù)學為大數(shù)據(jù)應用奠定了分析基礎(chǔ)。

我剛工作時，研究方向是banach空間幾何，非常抽象，當時看很難應用。上世紀90年代正好掀起第二次人工智能浪潮，人工神經(jīng)網(wǎng)絡出現(xiàn)了。人工神經(jīng)網(wǎng)絡聽著很神秘，其實就是用計算機模擬人腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)，把它變成一個系統(tǒng)去解決問題，其底層就是數(shù)學問題。當時香港中文大學招募能做人工神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)學專業(yè)背景研究者，我應邀做了兩年研究，利用數(shù)學方法降低了人工神經(jīng)網(wǎng)絡的復雜性，發(fā)表了一批ieee（電氣與電子工程師協(xié)會）文章，這些工作引起了國內(nèi)外同行的注意與好評。此后，我在西安交大和香港中文大學之間往返做了七八年研究，不斷用數(shù)學理論解決人工智能發(fā)展中的一些問題。由此可以看到，數(shù)學作為基礎(chǔ)研究的根本，一樣能夠推動應用研究領(lǐng)域的變革。而且只有更加深厚的基礎(chǔ)研究土壤，才能生長出更多應用成果，二者相輔相成。

這些年來，我凝練的關(guān)鍵科學問題已經(jīng)有十幾個，都成為國家重大計劃項目，包括大數(shù)據(jù)統(tǒng)計學、智能優(yōu)化、人工智能與智慧醫(yī)療等。例如在智慧醫(yī)療方面，提出并探索了分布式微劑量ct技術(shù)。

ct是基礎(chǔ)醫(yī)檢設備，雖已普遍使用，但其輻射劑量危害是其原理性缺陷，讀片難是應用痛點。因此，ct的照射次數(shù)在一定時間內(nèi)被嚴格限制，通常只在三甲醫(yī)院部署，還難以作為醫(yī)學篩查設備使用，難以在農(nóng)村和社區(qū)部署，難以對國家的分級治療戰(zhàn)略與實踐做出更直接的支撐。要把ct作為篩查設備，就必須解決ct掃描對人體的傷害問題。解決這一問題的唯一出路是使用低劑量甚至是微劑量的掃描方式。另一方面，想在農(nóng)村、社區(qū)、移動環(huán)境下自由部署ct，最可能的方式是將ct的軟、硬件分離，在農(nóng)村、社區(qū)或移動端只部署“掃描”終端，而將成像和判讀留在三甲醫(yī)院（或?qū)ｉT的醫(yī)學成像中心），掃描端與成像端通過5g通信聯(lián)通。

受人工智能技術(shù)和科學計算原理的啟發(fā)，我們形成了掃描—成像分離、用計算換劑量的解決思路。用計算換劑量，是一個數(shù)學問題，我們通過數(shù)學公式實現(xiàn)了微劑量掃描獲得高分辨率成像，應用表明新的ct能夠在1/10～1/5常規(guī)劑量下實施掃描并高精度成像。掃描—成像分離實現(xiàn)了ct在農(nóng)村、社區(qū)自由部署，能夠從設備上直接支撐和服務于國家的分級醫(yī)療戰(zhàn)略與實踐。以這些技術(shù)為基礎(chǔ)的分布式微劑量ct已研發(fā)成功，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)新一代ct系統(tǒng)。新系統(tǒng)已在全國多地開展臨床驗證應用。

《瞭望》：在凝練基礎(chǔ)研究關(guān)鍵科學問題過程中，你有哪些心得可以告訴年輕學者？

徐宗本：科研人員要了解待解決問題的本質(zhì)是什么，判斷技術(shù)上要如何實現(xiàn)才能解決。這中間有一系列困難需要克服，但從邏輯上、原理上能夠搭起橋梁來，有能夠走通的思路依據(jù)，這樣的問題就能稱之為真科學問題了。

在充分論證了問題的科學性后就要進行形式化，即用數(shù)學語言表達出待解決的這個問題，即以量化的方式進行表述。比如達到這個目標有什么約束條件，以及約束條件在目前的具備或滿足的程度等等，如果沒有一套數(shù)學規(guī)范化的表述，形式化是不可能的。因此我們會建立起數(shù)學模型，用數(shù)學建模的方式來驗證這一問題的最底層可操作性。

探索關(guān)鍵科學問題凝練機制

《瞭望》：國家天元數(shù)學中心探索了哪些問題凝練機制？

徐宗本：現(xiàn)在問題的提出主要靠科學家的興趣，這是不夠的。當前需要高度重視凝練基礎(chǔ)研究科學問題，形成凝練問題的機制。

十多年前，我們就在探索怎樣凝練基礎(chǔ)研究科學問題。為推動中國數(shù)學區(qū)域、領(lǐng)域均衡發(fā)展，國家自然科學基金委員會天元數(shù)學基金在全國設立了5個中心，我所在的是國家天元數(shù)學西北中心（下稱“西北中心”）。西北中心建立之初，確立的主要任務就是凝練重大科學問題。我認為這是我們應該擔負的責任。

凝練重大科學問題需要一種交流機制，便于進行知識的碰撞，在相互印證、相互啟發(fā)中凝聚共識。西北中心每年聚焦1個主題，圍繞主題組織重大專題研討、重大交叉研究、前沿學術(shù)研討、開辦講習班/暑期學校等多種形式的學術(shù)活動。從2019年到現(xiàn)在我們依次聚焦的主題包括：數(shù)據(jù)科學與醫(yī)療健康、偏微分方程與油氣勘探、最優(yōu)化方法與人工智能、隨機分析與量化金融、圖論與復雜網(wǎng)絡。

例如，西北中心2022年的主題是隨機分析與量化金融，我們圍繞國家對數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展和金融系統(tǒng)開放與發(fā)展中的總體安全需求，組織概率與隨機分析、統(tǒng)計學、隨機控制、數(shù)學與金融工程等學科專家，共同研討金融與保險領(lǐng)域中的基本科學問題，這促進了學科交叉融合，打造高水平學術(shù)交流平臺；搭建了校企合作橋梁。我們與金融企業(yè)深入研討金融科技、風險管理、衍生品市場等，充分了解金融機構(gòu)和實體產(chǎn)業(yè)對于金融風險管理的訴求，搭建創(chuàng)新合作的平臺；通過主題年活動形成研究團隊、開展攻關(guān)研究。西安電子科技大學、武漢大學組建團隊，開展動態(tài)跟蹤投資組合的優(yōu)化、對沖與博弈問題研究，研究成果擬申報國家自然科學基金重點項目。

通過這些活動的密集研討、集中攻關(guān)，將思想升華成問題，最終把選題變成國家任務。例如，2022年我們凝練了一批重大任務選題，形成了科技部重點研發(fā)計劃“數(shù)學和應用研究”專項中的5個重大項目，證明西北中心組織的科學問題凝練工作是非常有效的。

《瞭望》：除了建立常態(tài)化學術(shù)交流機制，還有哪些凝練科學問題的方法？

徐宗本：搭建產(chǎn)學研融通平臺也是推動凝練科學問題的重要方式。2020年，科技部在全國設立了十三家國家應用數(shù)學中心，西安交大牽頭組建的陜西國家應用數(shù)學中心是其中之一。中心深入開展數(shù)學與其他學科的交叉研究，力求解決我國重點行業(yè)、重要領(lǐng)域發(fā)展中亟待解決的數(shù)學問題，我們關(guān)注的領(lǐng)域包含了非常規(guī)油氣勘探的數(shù)學理論與反演方法、未來通信的數(shù)學技術(shù)、人工智能與數(shù)學的共融發(fā)展等。

在運行方式上，中心搭建產(chǎn)學研融通平臺，推動數(shù)學家與企業(yè)、產(chǎn)業(yè)專家深入交流融合，發(fā)展領(lǐng)域中的共性關(guān)鍵應用數(shù)學理論與數(shù)學技術(shù)，為解決行業(yè)所面臨的重大基礎(chǔ)問題提供數(shù)學方法與數(shù)學技術(shù)。目前，中心已經(jīng)與華為技術(shù)有限公司共建西交—華為數(shù)學技術(shù)聯(lián)合實驗室，與中石油東方地球物理勘探有限責任公司共建西安交大—東方物探數(shù)學與智能油氣探測聯(lián)合實驗室，與陜西煤業(yè)化工集團有限公司共建陜煤5g+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合實驗室，與oppo廣東移動通信有限公司共建西安交大—oppo數(shù)學與泛在軟件體系聯(lián)合實驗室。中心與這些相關(guān)頭部企業(yè)已經(jīng)開展了實質(zhì)性合作，率先探索了“數(shù)學家與行業(yè)技術(shù)專家在同一屋檐下”的合作模式。

中心實行“以質(zhì)代量”與“靜待花開”相結(jié)合的考核評價機制，以代表性成果、行業(yè)實際貢獻、成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化等進行綜合評價。中心代表性成果包括提出了致密油氣儲層地震波超分辨反演和多維度表征技術(shù)，有力支撐了鄂爾多斯盆地的致密油氣勘探開發(fā)。

文章發(fā)布于《瞭望》新聞周刊2023年第24期

報道鏈接：h.xinhuaxmt.com/vh512/share/11543489?d=134b1d1&channel=weixin

文字：《瞭望》新聞周刊 扈永順?鄭昕

圖片：受訪者供圖

編輯：星火

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