馮·諾依曼之后有馮康

2017-02-06 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在談到計算機時代的時候,馮·諾依曼是一個無比光輝的名字。因為這個天才的匈牙利人為研制電子數學計算機提供了基礎性的方案,晚年還主導了針對博弈論方面的科學探索,是名副其實的計算機之父。

馮·諾依曼為世界設計出了算數的機器,但是,在計算機今天另一個巨大應用領域——模擬仿真方面,這位天才卻沒有來得及給出前瞻性的指導——1957年,馮·諾依曼去世的時候,用計算機模擬仿真,實現工程技術方面的突破還停留在想象之中。

這個領域的突破,要到上世紀60年代才開始出現。為了讓計算機更加有效地實用于工程分析,一批科學家在這個時代開始涉足一個叫作“有限元法”,即fem的現代計算方法,為計算機的發展打開了新的一扇門。在這些人里,有一名中國科學家十分突出,而且,名字里也有一個“馮”字。這位“中國馮”,便是中國科學院院士,我國優秀的數學家馮康。

1965年,當時在中國科學院計算技術研究所工作的馮康,發表了名為《基于變分原理的差分格式》的論文。這篇論文被國際學術界視為中國獨立發展有限元方法的重要里程碑。法國著名科學家、法國科學院院長里翁斯院士曾經評價馮康在對外隔絕的環境下獨立創始了有限元法,位列世界最早。有限元法權威jt.奧登也十分推崇馮康的貢獻,尊稱他為有限元法的創始人之一。今天,有限元法被應用于計算機事業的各個方面,被視為計算機應用技術發展的關鍵理論之一。

馮康,祖籍蘇州,出生于南京,是我國計算數學這門新興學科的先行者和帶頭人。他早年曾就讀于重慶中央大學電機工程系,1945年畢業后轉入數學和物理領域,并在清華大學工作。1951年馮康進入中國科學院,并奉派前往蘇聯斯捷克洛夫數學研究所進修,曾就教于華羅庚、陳省身、龐特里亞金(pontryagin),有著深厚的學術功底。馮康早年曾患重病,身體一直不好且不善言辭,但在數學界和計算機界建樹極豐,1980年當選為科學院學部委員,曾擔任中國科學院計算中心主任、中國數學學會理事長。1997年,馮康的“哈密爾頓系統辛幾何算法”獲得國家自然科學獎一等獎。

可惜的是,這是一項遲到的獎項,此時馮康已經過世四年之久了。在他去世的時候,美國數學會會長皮特·拉克斯在該學會會刊上,為馮康撰寫了悼文,這樣形容他:“那個小老頭,他瘦小的身影不知疲倦,聽到提問眼睛就發光?！?/span>

這個對科學如珍寶一樣熱愛的“小老頭”,最大的貢獻,還是在發展有限元法方面。

有限元法到底有什么神奇,值得人們如此推崇呢?這是因為在它誕生之前,計算機技術始終受到一個瓶頸的困擾。計算機雖然可以進行精確計算,但實踐中的工程項目,仿真活動卻很難真正實現精確計算。比如你想計算一下飛機在高速時是怎么飛的,很快會發現空氣摩擦會產生熱,而產生的熱反過來又會影響飛機的材料屬性,如空氣流體的黏性等等,反過來影響飛機的狀態。傳統的數學方法是難以解決這類耦合問題的。上世紀50年代末期,馮康參加劉家峽水壩的建設過程中,便遇到了這樣的問題,但他憑借豐富的想象力和扎實的數理化功底,找出了一個適合于計算機環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,對整個問題域進行分解,使每個子區域都成為簡單的部分,這種簡單部分被稱作有限元。這種數值分析方法則被稱作有限元法。計算機的出現使需要大量復雜計算的有限元法得以實現,而近年來計算機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實,使其未來的發展更加不可限量。

馮康在為世界有限元法發展方面提供的貢獻,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,在紀念中國科協成立50周年大會上發表講話時如是說:“我國廣大科技工作者……在短短十幾年間,創造了一個又一個科技奇跡。我們取得了有限元方法,層子模型,人工合成牛胰島素等具有世界先進水平的科學成果……這些重大科技成果,極大增強了我國綜合國力,提高了我國的國際地位?！?/span>

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,表明了國家對這位優秀科學家和他所在團隊重大貢獻的充分肯定,也讓我們看到了中國人在今天國際科研舞臺上的巨大潛力。

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