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最近在博客讨论中涉及到元数学、平面几何公理系统、多元多项式方程组的相容性判定与求根等问题。这些,使我联想到我的同学丁孙荭的相关研究。
丁孙荭和我都是秦元勋教授文革后招收的首批研究生,开始的研究方向都是相对论,后来根据他的情况改为专攻微分方程定性理论。在读研(硕士)期间,他已获得出色的研究成果,发表在《中国科学》(丁孙荭,Liénard 方程在有限区间上极限环的唯n性定理,中国科学,A辑,9(1982),792-800)。
在读研期间,秦元勋先生根据其在二机部九院工作的切身体会(参考《数学家秦元勋的传奇人生和主要学术成就》,《由自然与美谈起》),积极倡导在数学研究中使用计算机。1979年秦先生主导用计算机进行符号运算、实现了二次微分系统中心焦点判别公式的推导,发现前苏联科学院院士巴乌金的著名结果有一个关键性符号错误,首次得到正确的全部参数的二次微分方程系统的判据(Qin Yuanxun and Liu Zunquan, Mechanical deductionsof formulas of differential equations, (III) Kexue Tongbao, Vol.26, No.5, 1981,385-389)。就我所知,这是我国第一个利用机器证明的方法解决重要数学问题的成果。秦先生的表率,对我们研究生影响深远。
在拿到硕士学位后,由于丁的家在四川,尽管已获得很好的研究成果,那时也很难留在北京。所以,秦先生不舍地将他介绍到中科院成都分院数理科学研究室工作。在那之后,我们联系较少(上世纪八十年代的主要联系方式是通过平信)。但不断有些消息说成都分院要精简、改制,要求从事数学理论研究的转向从事应用研究。后来,大约在九十年代,又听说他被调离分院,到该院附属的从事计算机应用研究、开发公司工作,由科研编制变到企业编制。
2002年年底,我们在北京相聚,了解到他在成都分院及后来的公司工作中,做了一项极有意义的研究工作:平面几何的人工智能机器证明。
众所周知,平面几何问题的研究有两种方法:一种是经典的,通过公理体系,进行逻辑推理证明新的定理,做图,计算等。另一种方法是将平面几何问题化成解析几何问题,把几何问题转换成多元多项式方程组的相容性判定与求解问题。关于平面几何机器证明的研究大多基于后一种方法。
多元多项式方程组的相容性判定与求解是一个很复杂的问题。代数学经典名著, Algebra I-II(VanDer Waerden著),对相关的消元法有系统介绍。但在实际应用时,特别是变元多、次数高时,计算量极大,即使用计算机往往也难完成。我国吴文俊院士较早就系统研究解决办法,创造出很有成效的著名吴消元法(简称吴方法),该方法已用到平面几何问题的研究上。
后来,杨路教授,张景中院士等也给出了关于非线性代数方程组较好的算法(杨路,张景中,侯晓荣.非线性代数方程组与定理机器证明.上海:上海科技教育出版社,1996)。
特别要提到,九十年代,张景中还在美国维奇塔大学进行合作研究,出版以消点法为主题的英文专著《几何中的机器证明》。他吸取美国优秀教学软件《几何画板》的长处,给原有软件增加了大量新功能。2002年,数学软件《(Z+Z智能教育平台——超级画板》诞生了,取名“Z+Z”。
值得一提的是,张景中、杨路也是在成都分院数理科学研究室工作,张景中还一度任该室主任,他们都比丁孙荭资格老。毫无疑问,他们的研究肯定会对丁孙荭的研究带来积极影响。
果然,就在张景中等取得上述辉煌成果的同一时期,丁孙荭则另辟蹊径,不是将平面几何问题转化成解析几何问题,而是将经典、传统的平面几何证明的人类智能推理方式转化到计算机实现(即本文所提到的“平面几何的人工智能机器证明”),研制出了《嘉科平面几何》智能教育软件。该软件突破性地,应用人工智能推理数据库技术生成,在推理过程中能智能地添加辅助线、自动显示图形和相应的数值动态变化、能进行逆向推理等。那时,他已主持一个小公司“成都嘉科数码科技发展有限责任公司”。
该软件在2002年3月通过了中国教育部中央电化教育馆组织的,以清华大学严蔚敏教授为首的(7人)专家鉴定组的鉴定。图1,2 分别是鉴定证书与具体意见。
图 1
图 2
由于丁孙荭的公司是企业,必须自谋生路。除做一些其它应用开发工作外,他将该软件制成光盘作为教育软件在市场上销售。好在,他的工作得到了一位慷慨的投资者的经费支持。
了解丁孙荭的软件后,我和我爱人感到他做了件相当了不起的工作。特别,我们都从事过中学教学多年,我爱人还多年担任平面几何的教学工作,所以有兴趣检验他的软件。我们反复检验、使用该软件,并比较其它软件(包括“Z+Z”),发现其功能确如鉴定书所述“架构先进、技术含量高、功能齐全、实用性好”。比起其它软件,我们觉得该软件绝对不差,但它更容易使用,而且在智能上(例如做辅助线)更具独创性。
我们也曾设法帮助销售该软件。但,那时中学已不把平面几何当作必修课,一些学校干脆取消了该课程,有的学校则消减了内容。普通人和学生家长都对平面几何失去兴趣,市场上几乎没什么人问津这类软件(可能也包括“Z+Z”)。经历这些困难,再加上已近退休年龄(他比我小一岁),丁孙荭将精力放在维持公司的生存,从事一些其它开发、应用工作。我们之间的联系变得越来越少。
正如本文开始所述,由于近期的讨论使我联想到丁孙荭的研究。由于我不是从事人工智能研究的,无法判断他的工作的意义大小。但有一个强烈感觉,他的研究是有特色、并十分出色的,不应因为有其他人不同方法的光辉成果而被视而不见、被埋没。
希望他能亲自介绍他的工作,并望有年轻人继承这一研究。
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