【院士观点】郭雷院士：五十抒怀——我的感悟、我的期望
【院士观点】郭雷院士：五十抒怀——我的感悟、我的期望文 / 中国科学院院士、中国自动化学会会士 郭雷
自 1982 年秋我考入中科院系统科学所控制室做研究生起，整整 30 年过去了。我为控制室的历史而感自豪，为在这里成长而感幸运。在庆祝她成立 50 周年之际，回首往事，感悟良多；展望未来，激情满怀。
在实现中华民族的伟大复兴的历程中，中国科学院的定位是中国科学技术发展的“国家队” 和“火车头”，这也应是中科院系统控制重点实验室（简称“控制室”）在其领域的发展定位。控制室应国家战略需求而生， 因对国家科技发展贡献而存，享誉国内外学术界。然而， 斗转星移，环境巨变， 历史上的成就与地位， 并不能代表现在， 更不能决定未来。作为一名中科院人， 应牢记自己的社会责任和历史使命。当然，每个人的思想、行为和人生目标不可能完全一致，但从根本上讲，它们都取决于各人的世界观、人生观和价值观。年轻人一般具有可塑性，有志者应有远大的人生目标和崇高的人生理想。
科技发展的未来寄托在年轻一代身上。我常与同事和年轻人讨论他们所关注的话题，愿在此就一些个人思考与大家分享并共勉，衷心期望年轻一代成长得更好。
第一， 时代环境与个人成长。
大家知道，环境因素在系统的结构与功能研究中往往起关键作用，并且是随时间不断演化的。任何人的成长和贡献都离不开所处的时代环境，年轻人对其成长环境自然格外关注，有时也不可避免会有一些困惑和担心。中科院有良好的科研环境、光荣的历史传统和众多科学名家。在发扬优良传统、学习前辈榜样的同时，我想特别强调与时俱进、敢于创新的重要性。前人在其时代环境下的成才道路不可能完全复制，正如不可能“刻舟求剑”，这就需要在新的（已经变化了的）时代环境下独立走出有自己特色的创新之路。另一方面，也要辩证地看待环境因素对个人成长的作用和影响。顺境与逆境各有利弊，关键是如何认识和把握：顺境时可以大展宏图，但也可能会成为“温水青蛙”；逆境可能会影响发展，但也可以奋而有为。“生于忧患，死于安乐”等古人总结的“成才规律”应该具有跨越时空的普适性。
回顾历史，在逆境中取得伟大成就的著名人物数不胜数。著名史学家司马迁在《报任安书》中就提到过许多诞生在逆境中的传世之作，称其“大底圣贤发愤之所为作也”。当然，司马迁本人的《史记》亦是如此。在我的家乡山东淄博，有一位因写《聊斋志异》而闻名于世的小说家蒲松龄。我多年前参观他的故居时见到大门口有一幅对联“一生无缘附骥尾，三生有幸落孙山”，可谓蒲松龄一生的生动写照，也是“塞翁失马，焉知非福”的又一实例，发人深省。事实上，许多伟大人物之所以能取得重大成就，绝不是因为他们事事顺利或仅凭运气，恰恰相反，常常是因为外部严峻的环境或强大的“对手”，而砥砺了其意志、激发了其潜能、成就了其伟大。同时，也正因为他们胸中有远大目标，才不会被外界困难或暂时遭遇所击倒，更不会做环境的奴隶。
苏轼在《留侯论》中曾说“所谓豪杰之士者，必有过人之节“。无数事实说明，要想做出非平凡的成就，必须有非平凡的行为，而不是随波逐流、人云亦云、浮躁不安、急功近利，正如诸葛亮在《诫子篇》中说“非淡泊无以明志，非宁静无以致远”。前些年证明了著名数学难题“费马大定理”的怀尔斯，以及最终证明著名“庞加莱猜想” 的俄国数学家佩雷尔曼，都是近期的典型例子。尤其是佩雷尔曼，他曾拒绝领取国际数学联盟颁发的“菲尔兹奖”，认为只要证明是正确的就无需其它认可了；后来他又拒绝了美国克雷研究所颁发的百万美元“千禧数学大奖”，认为美国哥伦比亚大学的哈密尔顿教授应该与他分享同等荣誉。佩雷尔曼的成就之大、境界之高，常人难及、令人叹服！
第二，提出新的科学问题。
按照还原论思路建立起来的现代科学技术体系，在取得辉煌成就的同时，也因学科不断分化和深化而形成了知识间的壁垒，这加上过去历史条件下形成的某些科学研究惯性，往往会限制人们的学术视野，使所研究问题的意义有较大局限。一个好的科学新问题（或新概念、新理论、新方法），除了具有普适性和鲜明特色之外，还必须顺应科学技术发展的趋势，才有希望被广泛重视，并起到引领学科发展的作用。因此，努力把握科学技术发展的规律和趋势，并推动不同学科之间的交叉与汇聚，既是科学发展的必然，也是学科发展的需求，尤其是以研究“各种现实系统的普适性控制规律”为定位的控制理论，更应该在与其它学科的不断交叉和融合中发展自己。
在 2005 年国际自动控制联合会（IFAC）世界大会上，现代控制理论奠基人卡尔曼作了个大会报告，我亲耳听到他在谈自己的研究体会时说，“首先要（使所研究的问题）有正确的物理意义，之后就全是数学的事情了”。实际上，寻找、选择、提出和形成恰当的、有正确科学意义的具体问题，与解决问题一样，也是科研过程中的重要组成部分，甚至是更重要的部分。正如爱因斯坦所说:“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要，因为解决一个问题也许只是一个数学上或实验上的技巧问题。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度看旧问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步”。然而，在传统的“灌输式”和“应试型”教育模式中，学生主动“提出问题”的重要性往往被忽视，从而在一定程度上影响了青年人创新潜力的挖掘和创造能力的发挥，所以应特别关注这一点。
第三，研究重大科学问题。
显而易见，如果今天不按照科学方法去研究重大科学问题，明天就不可能产出重大科学成果，除非你能靠运气或靠“天上掉馅饼”。当然，研究重大科学问题需要必要的相关知识基础，特别是需要新思路或新方法，并且重大科学问题往往也是困难问题（但反之不一定成立）。正因为如此，许多人往往顾虑重重，担心一旦解决不了就会一无所获。我认为这个想法值得商榷，虽然科学探索有较大风险并且在短期内很可能达不到最终目标，但是并不能因此而认为是一无所获或“失败”。事实上，在重大科学问题上的任何实质性进展甚至“副产品”，都可能是了不起的成果，往往要远胜于在无足轻重的问题上的“巨大”进展。陈景润对“哥德巴赫猜想”的研究就是著名的例子。
进一步讲，没有大胆创新，当然不会有“失败”的风险，但是也永远不会有真正意义上的成功，这就是科学研究的魅力所在，也反映了科学家的崇高精神。在中国近代史上，从林则徐“苟利国家生死以，岂因祸福避趋之”，到无数革命先烈为了祖国的美好明天而英勇献身，这种“牺牲小我，成就大我”的精神，难道不是科学家在“面向未来、探索未知”时应该具有的精神吗?
第四，对控制科学发展的思考。
系统控制科学与其它科学领域一样，其发展是无止境的。一百多年前，经典物理学曾被认为是物理学大厦的终结，未来物理学家只可能做一些细节上的修补性工作，例如更加精确地测量一些常数值罢了。但是 20 世纪初以相对论和量子力学为标志的物理学革命，彻底推翻了这种看法，并推动整个科学技术领域发生了（并且仍在发生着）深刻的变革，尽管经典力学在人们日常经验范围内，至今仍然发挥着主导作用。类似地，虽然经典的 PID 控制方法在日常经验范围内仍发挥着主要作用，但并不意味着不再需要发展先进的控制理论和方法了。十多年前的世纪之交，有些人就认为控制理论已经比较成熟，甚至曾有人呼吁要跳出这个领域。但是，这些年从事系统控制研究的队伍似乎并没有减少，相反，相关国际会议的规模却在不断增大。
我认为，从根本上来讲，这主要归因于当今科学技术的深入发展对系统控制的需求越来越大，系统控制科学正面临一系列新的挑战与机遇，且机遇通常孕育在挑战中：一是当代科学技术不断向极端条件（如在时间、空间、温度、压力等方面极大极小等）和系统复杂性与不确定性挑战的同时，基于传统方法所设计的控制系统，在精度、速度和可靠性等方面都难以满足新的更高要求了，这迫切需要控制理论面对这些挑战能够不断深化自身的发展。例如，复杂微观和宏观不确定性环境下的高性能控制器，高精度长期稳定的传感器、观测器和探测器等；二是随着科学技术的发展，控制理论的传统研究范式（paradigm）也需要变化甚至变革。例如，如何适应信息“爆炸”时代（多模态、大数据、云计算、多传感器、复杂网络等）科学技术发展的新要求，发展新一代控制理论？如何面对社会经济系统或越来越智能化的复杂系统，研究当被控对象具有博弈行为时的控制系统理论？在复杂系统问题越来越成为科学领域（如物理、化学、生物、地球等）研究前沿的趋势下，如何与相关领域学者开展卓有成效的实质性合作，共同研究其面临的与系统控制相关的重大基础科学问题？这些都是需要面对的重要挑战。
第五，向科学前辈们学习。
科学史上有无数值得我们学习的著名前辈，在这里我主要讲与系统控制科学有密切关系的三位：维纳、钱学森和关肇直。
首先， 我们应该向控制论的创始人维纳学习什么？这从 1964 年维纳获得美国国家科学奖章时的授奖词中就可得到答案: “在纯粹数学和应用数学方面并且勇于深入到工程和生物科学中去的多种令人惊异的贡献及在这些领域中具有深远意义的开创性工作”。维纳在纯粹数学方面有多方面重要贡献，至少涉及广义调和分析、陶伯定理、维纳空间和维纳过程等；在第二次世界大战期间，为了解决防空火力控制和雷达噪声滤波问题，维纳建立了维纳滤波理论，得到重要应用并推动了控制论的发展。当然，维纳在科学上的最大贡献还是开创了控制论领域。维纳出版的名著《控制论》共有十章，表面看起来内容有点分散，各章自成体系，但总体上从“动物智能”与“机器智能”的若干重要方面展开对比讨论，密切围绕“控制与通信”这条主线以及“反馈”这一基本原理，分别论述了时间问题、遍历性与统计力学、时间序列与信息、反馈与振荡、计算与记忆、视觉识别、大脑可靠性、社会系统通讯与内稳定性、学习和自生殖机、脑电波与自组织系统等。《控制论》的确是一本划时代的开创性著作，它所提供的丰富思想推动了多门相关学科的发展，并且仍将是未来发展的重要源泉。不难看出，正是因为维纳对数学、生物学、电子工程等领域相关问题真正了解，他才能深入浅出，直达问题本质，并做出开创性贡献。这种综合集成与原始创新能力又与他的广博知识和哲学素养有关。维纳在交叉学科研究中所达到的深度和广度堪称典范，他早就为从事控制论研究的后人树立了榜样！
其次， 我们应该向钱学森先生学习什么?由于钱先生在我国是家喻户晓的“国家杰出贡献科学家”，这个问题应该有许多人总结过。五十年前，钱先生建议在中科院数学所成立控制理论研究室，从此中国有了第一个现代控制理论研究单位。钱先生早年在美国成名的科研工作实际上也得益于其较高的数学素养，他的导师冯·卡门曾在其自传中评价钱学森“具有天赋的数学才智，能成功地将其与准确想象自然现象中物理图景的非凡能力结合在一起”。除了学习钱先生的爱国精神和他为我国科技事业的献身精神之外，我们特别应该学习钱先生在学问上高瞻远瞩、大胆探索、勇于开拓和不懈追求的可贵精神。从他中年时在特殊困难时期撰写《工程控制论》，致力于建立一门工程科学（Engineering Science）；到晚年从领导岗位退下后投入很大的精力探索建立“系统学（Systematology）”，并著有《开创系统学》一书，都充分说明了这一点。钱学森《工程控制论》序言中史诗般的文字所体现出的大科学家气魄，以及他积极推动系统科学等领域研究的超前战略眼光，同样值得我们学习。
最后，我们应该向控制室的创始人关肇直先生学习什么？我 1982 年秋天来中科院入学报到读研究生几个月后，关先生就不幸病故了，没能亲眼见过关先生是我的一个遗憾。好在关先生属于诗人臧克家所说的“有的人死了，他还活着”的那类人，他的影子和影响始终没有离开过控制室这个集体。老师和同事们每每谈到关先生都充满深情和敬意，我也深受感动和感染。关先生知识渊博，品德高尚，在科研上“甘于开疆拓土而不安于一城一邑的治理”（吴文俊与许国志语），他在病中还表示出院后要“组织力量研究系统学，搞一个新的科研方向”。为了国家科技发展的需要，关先生从一名有成就的泛函分析学家，成为我国现代控制理论的开拓者和推广者；从热情指导青年人从事理论研究并主编《现代控制系统理论》小丛书，到走遍祖国的山山水水传播普及现代控制理论；从努力推动数学与系统科学等学科发展，到为我国“两弹一星”和国防科技事业做出重大贡献……，所有这一切及其所体现出的科学和奉献精神，都值得我们学习。
庆祝控制室成立 50 周年的最好方式，就是学习前辈们的科学精神和优秀品格，努力承担起时代赋予我们的历史责任，为我国科学技术的发展做出更大贡献。衷心祝愿控制室在新的 50 年发展得更好！
作者简介
郭雷，中国科学院院士、中国自动化学会会士，现任中科院数学与系统科学研究院特聘研究员、中科院国家数学与交叉科学中心主任、中国工业与应用数学学会顾问委员会主任。曾任中科院数学与系统科学研究院院长，中国自动化学会第八届和第九届理事会副理事长、第十届和第十届理事会特别顾问，中国工业与应用数学学会第五届和第六届理事会理事长，2015 年第八届国际工业与应用数学大会主席。他是美国IEEE会士，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，瑞典皇家工程科学院外籍院士，国际自动控制联合会会士，中国自动化学会会士，瑞典皇家理工学院（KTH）荣誉博士。2019 年他因为"在自适应控制、系统辨识、自适应信号处理、随机系统及应用数学领域的根本性和实际性贡献”而获得 IEEE 控制系统学会颁发的波德奖（Hendrik W. Bode Lecture Prize），并应邀在法国举行的 lEEE 控制与决策大会（CDC）上作唯一的大会报告——波德讲座（Bode Lecture），是获此国际学术奖励荣誉的首位华人科学家。
来源：CAA 会员服务
郭雷 中国科学院数学与系统科学研究院 2023-05-18 09:53 发表于北京
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