丘成桐計算機金獎+全國明天小小科學家,上中高三男生包攬兩項頂尖...

2020-12-25 騰訊網

日前，2019年丘成桐中學科學獎（以下簡稱丘獎）頒獎典禮在清華大學舉行，來自國內16個省市自治區及美國、新加披等國家的90支參賽團隊176名選手經過為期兩天的激烈角逐，決出62項大獎。

最終，上海市上海中學高三（4）班的趙海萌獲得丘獎計算機金獎。

而就在一個月前，在由中國科協、中國科學院等主辦的第19屆「明天小小科學家」頒獎典禮上，趙海萌與另外2名同學一起，從1785名學生中脫穎而出，榮獲本屆活動最高獎——「明天小小科學家」稱號。

同時榮獲這兩個中學生的頂尖大獎，這在全國或許也是尚屬首次。日前，趙海萌接受了周到君的獨家採訪，還原了自己的成長過程。

一位高中生，一場「前無古人」的研究

經常用電腦、手機處理照片的人都知道，只要圖像一壓縮，雖然佔用的空間小了，但精度也隨之打折扣，圖像質量沒有原圖那麼好了。怎麼能在保持圖像質量的前提下，壓縮圖片佔用的空間，這是一直以來困擾業界的難題。

為了處理圖像壓縮率與失真率之間的關係，現有的研究採取多種方法額外訓練熵估計器，以對圖像編碼的信息熵進行近似和估計，並依此在優化的目標函數中表徵圖像的壓縮率。但，有沒有更好的方法？

趙海萌在初中時，已經自學了很多計算機領域的內容，進入上海中學後，又關注了許多人工智慧方面的網站和公眾號，經常閱讀學術論文。有一天，他讀了一篇關於圖像壓縮的論文，文中提到了這個難點；接著，他又讀到一篇關於剪枝理論的論文，小趙突然來了靈感——有沒有可能把剪枝理論應用到圖像壓縮上呢？

他再一查，發現還從未有人關注過這個領域，頓時來了興致，向老師說了自己的想法，也得到了老師的鼓勵和支持。於是，一場幾乎沒有現成資料可借鑑的研究開始了。

之所以說「沒有現成資料可借鑑」，是因為這個領域屬於人工智慧範疇下的神經網絡架構搜索，小趙希望通過剪枝方法搜索一個更好的架構，這本來就是新興領域，從能夠搜集到的資料來看，也沒有人想到過將其應用於圖像壓縮。於是，小趙利用上海中學給學生們的自主研究時間，一頭扎了進去，潛心開始了他的研究。

最終，小趙的研究結果避開了額外訓練信息熵估計器的麻煩，利用 ADMM 算法(Alternating Direction Method of Multipliers) 直接對表示層結構進行剪枝，引導自編碼器在優化圖像重構質量的同時，促使編碼稀疏化，以優化壓縮率，並基於此提出了剪枝圖像壓縮自編碼器 CAE-P (Compressive AutoEncoder with Pruning)。實驗表明，CAE-P 在圖像重構質量和壓縮率上均超越了現有的圖像壓縮算法。

他的這篇論文《基於 ADMM 剪枝的圖像壓縮自編碼器》也得到了丘獎評委們的高度認可。「丘獎的評委都是國際名校的專家，還要用英語進行答辯，坦率說，我之前真沒想過自己能拿金獎」，趙海萌坦言。

但事實上，就連業內大名鼎鼎的JPEG公司都關注到了這個高中生的研究成果，還在業內的行業報告上專門引用，認為這是一個值得關注的方向。

「我覺得，可能這個研究最主要的貢獻在於，之前沒有人想到過可以用剪枝方法來算，我還只是用了其中一種算法，其實還有更多種可能，相當於打開了一扇通向新世界的窗」趙海萌表示。

「我的夢想是物理科技交叉的領域」

「趙海萌是一個很專注、很善於思考的人，我們對他能得獎並不意外」，他班上的一位同學告訴周到君。

趙海萌的媽媽是閔行一所初中的科學老師，爸爸則是華東理工大學計算機系的副教授。不少人都以為趙海萌在計算機上的成就來自於爸爸，但他卻坦言，「我倆研究方向不一樣，他偏重雲計算、區塊鏈，我偏重人工智慧，有時會探討，但研究主要還是靠自己。」

趙海萌從上海小學畢業後，進入華育初中就讀。從預初一開始，就萌生了對科學的興趣，讀了很多物理方面的科普書。有一天，他讀到一本物理書，發現附文裡出現了高等數學裡的微積分公式，頓時覺得，自己雖然讀了那麼多科普書，但其實只是學到皮毛，要真正走入科學的聖殿，還得先打好數學基礎。於是，他又買了一本1000多頁的《託馬斯微積分》，花了一兩年時間把這本書啃下來了。

初三時，他被上海中學預錄取，那段時間比較空閒，他就在網上學慕課，研究計算機、商學、心理學。其中，尤其是計算機慕課，仿佛為他打開了一扇通向新世界的窗，他一下子萌發了對計算機的強烈興趣。計算機提倡開源，很多人會把自己的想法和經驗分享在網上討論，趙海萌也參與了多個群的討論，這更讓他有了源源不斷的最新前沿理論支撐。

進入高中後，上海中學給了學生充分的時間和科研輔助資源，趙海萌在校內學習完成後，把時間精力一分為二，一部分精力在物理，一部分精力在計算機。也正因此，在今年的全國中學生物理競賽中，他還獲得了銅獎。

「上海中學會請復旦交大的老師給我們做講座，每周二周四下午都有時間，可以讓我們潛心做研究；學校還有一整套幫助學生做研究、寫論文的系統流程來幫助我們」，趙海萌表示。

關於未來，趙海萌坦言，他的夢想是清華姚班，高考科目選的是物理、化學和生物，「未來可能還是想走學術研究路線，物理科技交叉的路線，希望能夢想成真。」

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