中国科学院院士徐宗本：凝练基础研究关键科学问题

◇每一个科学家特别是战略科学家，要将凝练科学问题放在首要位置，提出推动科技进步、推动国家发展的关键科学问题。一个科学家只有具备凝练问题的素质，才可能带领团队朝着正确方向前进，做有价值的科研。

◇凝练重大科学问题需要一种交流机制，需要知识的碰撞，相互印证、相互启发、凝聚共识。从2019年到现在我们依次聚焦的主题包括：数据科学与医疗健康、偏微分方程与油气勘探、最优化方法与人工智能、随机分析与量化金融、图论与复杂网络。

◇搭建产学研融通平台，推动数学家与企业、产业专家深入交流融合，发展领域中的共性关键应用数学理论与数学技术，为解决行业所面临的重大基础问题提供数学方法与数学技术。

在西安交通大学（下称西安交大）兴庆校区静谧的校园内，国家天元数学西北中心坐落于一角。在一间推开窗就能看到满树浓荫的办公室中，《瞭望》新闻周刊记者见到了第十六届华罗庚数学奖获得者、中国科学院院士徐宗本。

数学是一种描述科学规律的学科，是所有科学技术的基础。在兴庆校区的这座古朴小楼内，徐宗本展开一次次思维实验，将一个个抽象的问题具象化，推演出解决实际应用需求的数学方法。

徐宗本长期从事数学与信息科技的交叉融合研究，着力推动数学与实际应用相结合，在关于应用数学、稀疏信息处理、机器学习、大数据与人工智能数学基础等领域取得系统性与原创性成果，被广泛应用于雷达感知、CT成像、5G通信等多个领域，解决了多项国家重大急需。

“基础研究处于从理论探索到技术开发、再到生产应用的创新链条起始端，作为一切学科的基础，数学的地基能否打牢，将很大程度上影响科技事业大厦的稳固程度。”徐宗本告诉记者，党中央提出凝练基础研究关键科学问题，科技领军人才要承担起“出题人”身份，在自己的专业领域中详细辨识，把国家需求具化为一个个重大科学任务和科学问题，这是实现高水平科技自立自强的迫切要求，是建设世界科技强国的必由之路。

战略科学家要把凝练问题放在首要位置

《瞭望》：应由谁主要承担凝练关键科学问题的工作？

徐宗本：提出问题是开展科学研究的先决条件，但凝练基础研究科学问题的过程是非常难的，需要靠科学家群体的努力，特别是科技领军人才。

上世纪60年代，我们老一辈科学家研制“两弹一星”的目标明确，现在随着时代进步，科学发展相较于过去几十年已经是枝繁叶茂，一些直接、基础的科研工作已经完成，需要科研人员在更细分、深入的领域做创新突破。凝练科学问题，要求对所要解决的问题有本质的认识，并对它背后的逻辑关系有深刻的思考，因此需要科学家既对国家需求和学科前沿有比较深入的了解，也对解决问题所需知识结构的相互关联性有基本的判断。但当前有的科研人员受利益驱动习惯于做短平快的科研，难以提出真问题。

凝练基础研究科学问题是实现科技自立自强必须要解决的问题。每一个科学家特别是战略科学家，应将凝练科学问题放在首要位置，提出推动科技进步、推动国家发展的关键科学问题。科学家只有具备凝练问题的素质，才可能带领团队朝着正确方向前进，做有价值的科研。

当前需要建立完善激发科学家提炼问题的体制机制。首先，可以通过建立机制或管理规范，将凝练基础研究科学问题作为战略科学家的本职工作；再者，应建立完善激励机制，对凝练出重大科学问题的科学家给予一定形式的认可和奖励，认可科学家的贡献，形成问题凝练的长效机制。

徐宗本团队在西安交通大学二附院做分布式微剂量 CT 临床验证（2021 年 6 月摄）受访者供图

面向国家重大需求凝练问题

《瞭望》：你是如何从应用研究中抽象出理论问题的？

徐宗本：自由探索、目标驱动的基础研究与经济社会发展需要的应用研究并非割裂的，相反，扎实的基础研究会催生出源源不断的应用成果。比如将大数据应用于人工智能，需要对大数据进行研究，其本质就是数学的统计学分支，数学为大数据应用奠定了分析基础。

我刚工作时，研究方向是Banach空间几何，非常抽象，当时看很难应用。上世纪90年代正好掀起第二次人工智能浪潮，人工神经网络出现了。人工神经网络听着很神秘，其实就是用计算机模拟人脑神经结构，把它变成一个系统去解决问题，其底层就是数学问题。当时香港中文大学招募能做人工神经网络的数学专业背景研究者，我应邀做了两年研究，利用数学方法降低了人工神经网络的复杂性，发表了一批IEEE（电气与电子工程师协会）文章，这些工作引起了国内外同行的注意与好评。此后，我在西安交大和香港中文大学之间往返做了七八年研究，不断用数学理论解决人工智能发展中的一些问题。由此可以看到，数学作为基础研究的根本，一样能够推动应用研究领域的变革。而且只有更加深厚的基础研究土壤，才能生长出更多应用成果，二者相辅相成。

这些年来，我凝练的关键科学问题已经有十几个，都成为国家重大计划项目，包括大数据统计学、智能优化、人工智能与智慧医疗等。例如在智慧医疗方面，提出并探索了分布式微剂量CT技术。

CT是基础医检设备，虽已普遍使用，但其辐射剂量危害是其原理性缺陷，读片难是应用痛点。因此，CT的照射次数在一定时间内被严格限制，通常只在三甲医院部署，还难以作为医学筛查设备使用，难以在农村和社区部署，难以对国家的分级治疗战略与实践做出更直接的支撑。要把CT作为筛查设备，就必须解决CT扫描对人体的伤害问题。解决这一问题的唯一出路是使用低剂量甚至是微剂量的扫描方式。另一方面，想在农村、社区、移动环境下自由部署CT，最可能的方式是将CT的软、硬件分离，在农村、社区或移动端只部署“扫描”终端，而将成像和判读留在三甲医院（或专门的医学成像中心），扫描端与成像端通过5G通信联通。

受人工智能技术和科学计算原理的启发，我们形成了扫描—成像分离、用计算换剂量的解决思路。用计算换剂量，是一个数学问题，我们通过数学公式实现了微剂量扫描获得高分辨率成像，应用表明新的CT能够在1/10～1/5常规剂量下实施扫描并高精度成像。扫描—成像分离实现了CT在农村、社区自由部署，能够从设备上直接支撑和服务于国家的分级医疗战略与实践。以这些技术为基础的分布式微剂量CT已研发成功，形成了具有自主知识产权的国产新一代CT系统。新系统已在全国多地开展临床验证应用。

《瞭望》：在凝练基础研究关键科学问题过程中，你有哪些心得可以告诉年轻学者？

徐宗本：科研人员要了解待解决问题的本质是什么，判断技术上要如何实现才能解决。这中间有一系列困难需要克服，但从逻辑上、原理上能够搭起桥梁来，有能够走通的思路依据，这样的问题就能称之为真科学问题了。

在充分论证了问题的科学性后就要进行形式化，即用数学语言表达出待解决的这个问题，即以量化的方式进行表述。比如达到这个目标有什么约束条件，以及约束条件在目前的具备或满足的程度等等，如果没有一套数学规范化的表述，形式化是不可能的。因此我们会建立起数学模型，用数学建模的方式来验证这一问题的最底层可操作性。

探索关键科学问题凝练机制

《瞭望》：国家天元数学中心探索了哪些问题凝练机制？

徐宗本：现在问题的提出主要靠科学家的兴趣，这是不够的。当前需要高度重视凝练基础研究科学问题，形成凝练问题的机制。

十多年前，我们就在探索怎样凝练基础研究科学问题。为推动中国数学区域、领域均衡发展，国家自然科学基金委员会天元数学基金在全国设立了5个中心，我所在的是国家天元数学西北中心（下称“西北中心”）。西北中心建立之初，确立的主要任务就是凝练重大科学问题。我认为这是我们应该担负的责任。

凝练重大科学问题需要一种交流机制，便于进行知识的碰撞，在相互印证、相互启发中凝聚共识。西北中心每年聚焦1个主题，围绕主题组织重大专题研讨、重大交叉研究、前沿学术研讨、开办讲习班/暑期学校等多种形式的学术活动。从2019年到现在我们依次聚焦的主题包括：数据科学与医疗健康、偏微分方程与油气勘探、最优化方法与人工智能、随机分析与量化金融、图论与复杂网络。

例如，西北中心2022年的主题是随机分析与量化金融，我们围绕国家对数字经济发展和金融系统开放与发展中的总体安全需求，组织概率与随机分析、统计学、随机控制、数学与金融工程等学科专家，共同研讨金融与保险领域中的基本科学问题，这促进了学科交叉融合，打造高水平学术交流平台；搭建了校企合作桥梁。我们与金融企业深入研讨金融科技、风险管理、衍生品市场等，充分了解金融机构和实体产业对于金融风险管理的诉求，搭建创新合作的平台；通过主题年活动形成研究团队、开展攻关研究。西安电子科技大学、武汉大学组建团队，开展动态跟踪投资组合的优化、对冲与博弈问题研究，研究成果拟申报国家自然科学基金重点项目。

通过这些活动的密集研讨、集中攻关，将思想升华成问题，最终把选题变成国家任务。例如，2022年我们凝练了一批重大任务选题，形成了科技部重点研发计划“数学和应用研究”专项中的5个重大项目，证明西北中心组织的科学问题凝练工作是非常有效的。

《瞭望》：除了建立常态化学术交流机制，还有哪些凝练科学问题的方法？

徐宗本：搭建产学研融通平台也是推动凝练科学问题的重要方式。2020年，科技部在全国设立了十三家国家应用数学中心，西安交大牵头组建的陕西国家应用数学中心是其中之一。中心深入开展数学与其他学科的交叉研究，力求解决我国重点行业、重要领域发展中亟待解决的数学问题，我们关注的领域包含了非常规油气勘探的数学理论与反演方法、未来通信的数学技术、人工智能与数学的共融发展等。

在运行方式上，中心搭建产学研融通平台，推动数学家与企业、产业专家深入交流融合，发展领域中的共性关键应用数学理论与数学技术，为解决行业所面临的重大基础问题提供数学方法与数学技术。目前，中心已经与华为技术有限公司共建西交—华为数学技术联合实验室，与中石油东方地球物理勘探有限责任公司共建西安交大—东方物探数学与智能油气探测联合实验室，与陕西煤业化工集团有限公司共建陕煤5G+工业互联网联合实验室，与OPPO广东移动通信有限公司共建西安交大—OPPO数学与泛在软件体系联合实验室。中心与这些相关头部企业已经开展了实质性合作，率先探索了“数学家与行业技术专家在同一屋檐下”的合作模式。

中心实行“以质代量”与“静待花开”相结合的考核评价机制，以代表性成果、行业实际贡献、成果转移转化等进行综合评价。中心代表性成果包括提出了致密油气储层地震波超分辨反演和多维度表征技术，有力支撑了鄂尔多斯盆地的致密油气勘探开发。

文章发布于《瞭望》新闻周刊2023年第24期

文字：《瞭望》新闻周刊  扈永顺  郑昕

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