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吳文俊
現年87歲的吳文俊對純數學、應用數學和數學歷史均有卓絕的貢獻。吳文俊年輕時並不特別喜歡數學,但受著名華人數學家陳省身賞識,卻成了他研究生涯的轉捩點。吳文俊在上海交通大學數學系畢業,便加入由陳省身創辦的中央研究院數學研究所,盡得一代大師真傳,研究方向也從過去偏狹的古老學科,轉向當時方興未艾的拓撲學(topology)─幾何學的一個重要分支。
拓撲學是微分幾何的支撐,陳省身提出的陳類是拓撲學中的重要概念。吳文俊用統一的方法,系統地改進以往用不同的方法所得到的零散結果時,發現了一組與陳類並行的不變數(後被稱為吳類),然後進一步利用吳類的結果將流形嵌入到歐氏空間。由於他在拓撲學示性類及示嵌類方面的貢獻,與華羅庚、錢學森一同榮獲1956年國家第一屆自然科學獎最高的一等獎,並於1957年被選為中國科學院首屆學部委員(後稱院士)。
從數學走進歷史
70年代,吳文俊的興趣轉向中國數學史,用演算法及可計算性的觀點來分析中國古代數學,發現中國古代數學傳統與由古希臘延續下來的近現代西方數學傳統分別很大。中國古代數學思想重應用及計算,而西方則重邏輯關係及推理。
吳文俊從數學史研究總結出兩條基本原則,首先所有結論應該從原始文獻歸納出來,其次是按照古人當時的思路推論,即是只能用當時已有的知識和輔助工具,避免加入後人的想法。
建立新算法解決實際問題
在中國古算研究基礎上,吳文俊分析了西方笛卡兒和希爾伯特(Hilbert)的思想,開拓機械化數學的嶄新領域。1976年,年近花甲的吳文俊放棄了成就卓著的拓撲學,在抱孫子的年齡轉投數學機械化,開展其學術生涯的第二高峰。
1977年,吳文俊與其他研究員利用一台十分舊式的電腦(長城203型)證明西姆森線定理,再把範圍推廣到非歐幾何、仿射幾何、圓幾何、線幾何、球幾何等100多條定理。其後,吳文俊把里特(Ritt)特徵集概念推廣到微分多項式組,證明初等微分幾何中的一些主要定理可以機械化。
1977年,吳文俊引入了一種強大的機械方法,將初等幾何問題轉化為多項式表示的代數問題,由此導致了有效的計算方法。
以電腦證明幾何定理不過是數學機械化的開端,取得一定成果後,吳文俊把注意力轉到其核心問題——破解方程式。他把里特特徵集概念及零點分解定理進一步精密化,建構出機械化數學的基礎理論之餘,還推廣至破解代數方程組和代數偏微分方程組。其中較突出的例子是從開普勒的三定律自動推導出牛頓的萬有引力定律。
吳文俊建立的一系列新演算法可以解決各種實際問題,例如化學工業中都是最基本的非線性規劃和化學平衡、機器人逆運動方程、連杆運動方和曲面擬合,以及證明不等式及各種定理等。吳文俊的貢獻使數學機械化在近年發展成一個快速成長的學科,而他的革命性想法以及後來的進展均收錄在1994年出版的《幾何機器證明基本原理》和2000年出版的《數學機械化》上。
雖然曼福德和吳文俊的數學生涯彼此平行展開,但當中仍有許多共同點,如以傳統的幾何學為起點,取得一定成就後轉向發展計算機所引導出的領域與機會。邵逸夫數學科學獎遴選委員會讚揚兩人的工作「充分顯示出數學科學的寬廣內涵,為前途發展指出新的路徑」。
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