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青年女科学家范金燕:用数学求得复杂世界“最优解”[图]
[发布时间]: 2017年03月07日
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[责任编辑]: 孙佳

盲人爬山时,什么样的路线对他来说是最优的?盲人看不见,在山坡上只能感知当前山坡的坡度,但不知道山上其他位置的情况。那么,怎样往前走,才能最快地到达山顶呢?这其实是一个最优化问题。      

近日,第十三届“中国青年女科学家奖”在京颁发,包括上海交大数学科学学院教授范金燕在内的10位年轻女科学家用实力打破“性别偏见”,获得该奖项。范金燕主要研究数学领域中非线性最优化的理论和方法,提出了非线性方程组的高效数值算法,这些“最优化算法”得到了国内外专家学者的认可,并被工程界专家应用于无线通讯、自动控制等实践领域。     

最优化”解决工程难题

据了解,“中国青年女科学家奖”由中华全国妇女联合会、中国科学技术协会、中国联合国教科文组织全国委员会以及欧莱雅(中国)于2004年共同设立,每年评选一次,每次人数不超过10名,旨在表彰奖励在基础科学和生命科学领域取得重大和创新性成果的青年女科技工作者,培养高层次科技创新人才,激励和引导广大青年女性投身科学事业、攀登科技高峰,为建设创新型国家、建设世界科技强国而奋斗。     

虽然该奖项专门奖励女科学家,但她们的科研成果却一点都不比男性科学家逊色——“巾帼不让须眉”,范金燕就是其中之一。     

“我的研究领域是‘非线性最优化理论和方法’,简单来讲就是在一定约束条件下,寻找某个目标函数的最大值或最小值。我主要研究非线性方程组的数值方法,它在化学、航空、电力系统、经济规划等领域都有广泛的应用。”范金燕向记者解释说,虽然她的研究方向听起来有些抽象,但它实际上与很多工程问题有关。“我们平时用电都离不开电网,潮流计算是电力系统最基本的计算。在数学上,它就归结为求解非线性方程组。现在,电力系统的规模越来越大,如果重负荷或者网络参数配置不合理,潮流就有可能出现病态。我们研究的方法能够很快很好地处理病态潮流,计算结果可以帮助运行调度人员了解电网的实际运行状况,以对电网参数或运行控制量进行调整。”范金燕表示,除了电网以外,她们课题组提出的方法还被成功应用于无线传感器网络中基站的安置和再定位、以及神经网络等方面。     

游走在复杂世界数学是她的精神家园

为什么读大学时会选数学专业?范金燕说,因为喜欢。“读中学时我的数学成绩不错,那时候觉得解数学题就像侦探破案一样,从手头的线索一步步推导、离正确答案越来越近,这种感觉真的很棒。”因为从小对数学的浓厚兴趣,范金燕在填写高考志愿时,毫不犹豫地选择了数学专业。      

说话快、走路快、办事快,这是范金燕对自己的评价。“我是个急性子,这可能和我的‘职业病’有关——说话、办事、走路都按效率最高、效果最好的‘最优解’来。”范金燕笑言。可一沉浸到数学中,她日常的急性子便自动收敛了起来,取而代之的是无限的耐性和沉静的思考——为解决一个数学问题,她可以苦思冥想,有时连吃饭、睡觉、走路都在脑子里“写”各种方程式。     

周围的世界很复杂,可是再复杂的问题也有一定的“套路”,化繁为简、举重若轻,这便是数学的“魔力”。对于范金燕来说, 游走在复杂的世界里,数学就是她的精神家园。     

使范金燕对非线性最优化的理论和方法产生浓厚兴趣的是她在中科院的导师。“我的导师很擅长把抽象复杂的数学问题讲得透彻又有趣,比如他说Gauss-Newton法是一个很‘值钱’的方法,因为Carl Friedrich Gauss(1777-1855)和IssacNewton(1642-1727)两个人都上过他们所在国的货币。比如盲人爬山时,利用拐杖感知山坡的坡度,沿着山坡最陡的方向往前爬,其实就是最速下降法,利用最速下降方向求函数极小。”范金燕说,这和我们的日常生活一样,看似复杂的东西背后或许是最简单最直白的道理,如果能耐得住寂寞等到拨云见日的那一刻,也许瞬间就明白了。     

科学无性别之分,鼓励女孩子勇敢追梦

女科学家获奖,难免有人会特别强调她们身上的“女性”标签。“我周围的女同事很多,工作时我们一点都没觉得‘女性’这个标签有什么特别,在科学和知识面前,人人都是平等的。”范金燕说。     

范金燕的丈夫是沪上另一所高校数学系的教授。很多人会刻板地认为,包括女科学家在内的职业女性为了照顾家庭无法兼顾工作,幸运的是,范金燕的丈夫无论在生活上还是事业上都给予了她莫大的支持。     

“我们两个人都是学数学的,学术难题一起讨论,家里‘后勤工作’也是一起分担。我想我的家庭生活应该和大家一样,平淡、忙碌,也很有趣。我很赞成女孩子勇敢追求自己的理想,也经常跟我的女学生说,在科研领域,男性能做到的,女性也能做到,而且能做得很好。”范金燕这样说,她也这样做了。     

相关阅读上海交大范金燕教授获“中国青年女科学家奖”[图]

 

[作者]: 江倩倩 
[摄影]:
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