中南大學教授侯振挺:憑「侯氏定理」斬獲國際戴維遜獎

2020-12-04 長沙晚報掌上長沙

長沙晚報全媒體記者 嶽霞 通訊員 王建湘 張夢秋

榮譽檔案

侯振挺,1936年3月出生於河南新密,數學家,中南大學教授、博士生導師。

1960年,侯振挺畢業於唐山鐵道學院(今西南交通大學)數理力學系,被分配到長沙鐵道學院(今中南大學鐵道校區)執教。1978年加入中國共產黨。第五、六、七、八屆全國人大代表。曾任長沙鐵道學院教授、博士生導師、副院長、科研所所長,湖南省科協名譽主席。全國勞動模範。1978年,侯振挺獲國際戴維遜獎。2017年10月,獲第十三屆華羅庚數學獎。

侯振挺的研究領域包括馬氏過程、馬爾可夫骨架過程、運籌學、隨機過程、馬爾可夫決策過程、數理金融等。

國際戴維遜獎是重要的國際數學獎項。英國數學家洛勒·戴維遜(1944—1970)去世後,1976年開始,人們以他的名字設立了該獎項,以獎勵在數學領域從事概率研究的卓有成就的青年數學家。截至目前,中國已有侯振挺、鄒捷中、餘躍棋、丁劍等4人獲得該獎。

榮譽故事

2019年5月31日,中南大學鐵道學院世紀樓十四樓的辦公室裡,84歲的中南大學教授侯振挺為長沙中學生寫下一段寄語:「我愛數學,數學愛我。」一輩子對數學痴迷的他,因1978年獲得國際戴維遜數學獎而在國際數學圈嶄露頭角,其研究成果被國際數學界命名為「侯氏定理」;其後一生獲獎無數,榮譽等身。

這個河南新密人,到湖南快60年了,仍鄉音濃厚,「受不了長沙的熱」。但是,他卻在湖湘土地上培養了一批批數學人才。這是真實的「他愛數學,數學愛他」的幸福人生。

少年時是華羅庚粉絲 老年時獲華羅庚數學獎

1950年,侯振挺讀初一。家境清貧的他,早早地擔心起了家裡的生計問題,「那時候我一個同學的父親是開弔機的,收入還不錯,我就想著跟他去學開弔機。」

可是去學開弔機了,學業怎麼辦?有點彷徨的他在校門口遇到老師,老師告訴他華羅庚剛從美國回到新中國,他就是一個自學成才的大數學家。

華羅庚的故事在侯振挺心中激起巨大波瀾。「一個人到底是怎樣靠自學成為數學家的?」好奇之下,侯振挺與要好的同學一起給華老寫了一封信,請教自學數學的方法。

「沒想到很快就收到了回信,華老還在信中問我們做了幾百道微積分習題。微積分是什麼,我們跑過去問數學老師,才知道是高中才學到的數學知識。」侯振挺說,可見自學成才並不容易。

最終,侯振挺還是繼續在學校接受教育,成了華羅庚先生的一枚小粉絲。由此中國少了一位吊機司機,而多了一位優秀的數學家。

1977年,侯振挺參加全國自然科學學科規劃會,與華老相遇。他向華老提起兒時寫的那封信,華老高興地問:「那封信你還保存著嗎?」「唉,可惜當時就弄丟了!」直到現在,侯振挺還後悔不已。

四十年後,2017年10月21日,在中國數學年會上,侯振挺獲得了我國數學界傑出學術成就最高獎——華羅庚數學獎。

大學時轉到數力系 大四就解決了「巴爾姆猜想」

1955年,侯振挺考入唐山鐵道學院,開學一個星期後,他就後悔了,「我對鐵道工程專業不感興趣」。侯振挺一度想到退學,幸虧後來學校設立了數理力學系,他也如願以償地繼續遨遊在數學的深海裡。

1957年,華羅庚的《數論導引》出版,標價5元。對當時的侯振挺來說,這是本極其昂貴的書,不過他省吃儉用,從生活費中摳出5元錢買下了這本書。這本600餘頁的書籍開啟他不一樣的大學時光:看到未被證明的「猜想」,侯振挺都想動手試試。

「學習排隊論時,發現『巴爾姆猜想』還未被證明,我就開始了潛心研究。」解決這一猜想時,侯振挺只是一名大四學生。

2019年1月,83歲的侯振挺以《積跬步,至千裡;踏實地,志凌雲》為題,給中南大學學子寫了一封信,闡述了興趣對研究者的重要性。「在1958年我毅然決然地從鐵道工程系轉到數力系,在那個艱苦的時代,我依然保持著對數學強烈的興趣。一次偶然的機會,我讀到一本小冊子《公用事業理論的數學方法》,它打開了我研究『排隊論』的大門,我決定挑戰書中提出的『排隊論中的巴爾姆斷言』這個難題。這是我第一篇數學論文,對我的研究生涯意義重大。」

1961年,文章《排隊論中一個巴爾姆斷言的證明》在《數學學報》發表,後被《中國科學》轉載,這一成果被蘇步青院士評為國內排隊論領域三項重要成果之一。

研究概率論十多年 發表《Q過程唯一性準則》

1960年,侯振挺從唐山鐵道學院畢業,分配到剛掛牌不久的長沙鐵道學院。當時的長沙鐵道學院隸屬鐵道部,是一所以工為主的有行業特色的大學。

「當時學校剛建,我們住集體宿舍,一個房間住3個老師,後來結婚了,才分了一間約12平方米的小房間,放一張單人床,一個6塊錢買的篾箱子,一個5毛錢買的桶和一個書桌,就堆滿了。」雖然條件艱苦,但是學校幹業務的氛圍很濃,侯振挺繼續埋頭於數學研究。

因為業務能力突出,1962年,助教侯振挺被學校推薦到他的母校唐山鐵道學院進修。在那裡,他接觸到了概率論。「那是一本用馬糞紙油印的教材,是南開大學王梓坤院士的講義稿。」侯振挺回憶道,那是他的導師到南開大學進修時拿到的。侯振挺如獲至寶,他堅持了一年,把這本講義抄了下來。「在此期間我第一次接觸到了馬爾可夫過程及相關理論,宛如一個年幼的孩童第一次見到璀璨的明珠,便被它的光芒吸引了全部的目光。」侯振挺這樣形容當時的印象。

兩年後回到長沙鐵道學院,侯振挺繼續當他的老師,編教材,教課,帶學生實習,推廣「運籌學」,其餘時間都投入到概率論研究中。1966年,「文革」開始了,侯振挺也被裹入滾滾的運動洪流中。一次在外面參加遊行時,他在南門口一家新華書店裡,竟然發現了蘇聯人康託洛維奇寫的一本《高等數學近似方法》,如獲至寶。概率論中Q過程唯一性問題,是20世紀百位數學家排名第一的柯爾莫洛夫提出的三大世界數學難題之一,40年懸而未決。「這本書給了我解決這一難題的靈感。」侯振挺說。

1974年,他的論文《Q過程唯一性準則》在《中國科學》發表。1976年,倫敦數學學會副理事長、英國劍橋大學教授Reuter發表論文稱「Q過程唯一性原則」為「侯氏定理」。1978年,侯振挺獲國際戴維遜獎,成為我國第一個獲此殊榮的數學家。英國皇家學會會員、戴維遜基金會主席P·惠特爾評價侯振挺為「天才的青年人」……

雖然在數學方面有天賦,但是侯振挺認為自己更多的是勤奮,「有時候思考一個問題,幾天不休不眠,休息不好,半夢半醒中想到新的解題思路,就會從床上一躍而起。」日積月累,這樣的勤奮,也拖累了這個大學期間自詡身體最好的籃球隊隊長。侯振挺曾一度患肺病,到南嶽療養院去休息療養了一年。

「侯氏定理」問世後,1988年,《齊次可列馬氏過程》英文版專著出版發行;1994年,50餘萬字的專著《馬爾可夫過程的Q-矩陣問題》正式出版……幾十年來,侯振挺共發表論文170多篇,出版專著10部,先後獲1978年全國科學大會獎、1982年國家自然科學三等獎、1991年全國勞動模範等20餘項獎勵。

然而侯振挺並沒有就此止步,在此後關於馬氏過程的研究工作中,他發現許多重要的數學問題都突破了馬氏過程的框架。因此,侯振挺潛心思考,終於在1996年與學生劉再明、鄒捷中一起提出了馬爾可夫骨架過程這一新概念,拓展了馬爾可夫過程的研究和應用領域,並進行了一系列理論及應用研究,奠定了該類過程的理論基礎。

此概念一經提出即獲強烈反響,在數理統計研究上頗有影響的史寧中稱「馬氏骨架過程」是「中國人自己提出來的理論」。2000年,《馬爾可夫骨架過程——混雜系統模型》出版,2005年英文版發行。皇家學會會員D. Williams、D. Dawson等國際知名概率論專家評價馬氏骨架過程理論是「原創性工作」,認為此理論「為許多重要的隨機過程的研究提供了系統的基礎,在很多領域有很大的應用潛力,必將對這些領域產生深遠的影響」。馬氏骨架過程對排隊論的應用尤為成功,解決了60年來懸而未決的GI/G/N隊長的瞬時性態難題。德國烏爾姆大學還將馬氏骨架理論編入討論班教材。近年來,馬氏骨架過程被應用於諸多領域,並取得一系列新成果。

榮譽新篇

「侯門」弟子人才輩出 中南大學數學入選「雙一流」

1981年,國家首批博士點公布,侯振挺作為學科帶頭人領銜長沙鐵道學院概率論與數理統計博士點。

侯振挺是一位數學家,也是一位非常好的老師,這是他的學生公認的評價。侯振挺也非常珍惜這樣的評價,一張該校學生組成的「最佳老師評審委員會」頒發的「最佳老師」獎狀,獎狀下方還寫著「獎你一朵小紅花」,看似幼稚可笑,侯振挺卻把它跟國際和國家重量級大獎的獎狀珍藏在了一起。

他的學生中走出了不少傑出的數學家。博士畢業生鄒捷中獲得了1987年度國際戴維遜獎,成為了繼侯振挺之後我國第二位獲此殊榮的數學家;與嚴士健一起培養的博士畢業生陳木法已成為當今國際概率統計界知名數學家,2003年當選中科院院士;博士畢業生陳安嶽曾任英國利物浦大學客座教授。

數學奇才劉路,也師從侯振挺。2011年7月初,著名數學家、中南大學博士生導師侯振挺教授專程拜訪南京大學數學系博士生導師、數理邏輯專家丁德成教授,與他探討一些數學問題。丁教授很興奮地告訴侯教授,「你們中南大學出了個好學生,他叫劉嘉憶!」之後介紹了這個學生在數理邏輯領域的研究成果。侯教授聽後,立即撥通了數學院主管學生的副書記陳海波教授的電話,然而查遍了數學院學生檔案,也無此人。納悶、疑惑,侯教授給劉嘉憶的電子郵箱發了一封郵件,很快收到回信。原來,劉嘉憶真名劉路,是中南大學2008級應用數學專業學生。

獲悉劉路破解了困擾數學界20多年的國際數學難題「西塔潘猜想」後,侯振挺非常興奮。他第二天從外地趕回長沙,當晚就請劉路吃飯,考查了劉路的學術水平後,連夜給中國科學院李邦河、丁夏畦、林群3位院士介紹了劉路的情況,請3位院士分别致信教育部,申請破格錄取劉路為碩博連讀生。

侯振挺唯才是舉,不拘泥於考試成績、科班經歷等常規標準。他選拔的人才中,因才能突出而被破格錄取者不乏其人。除劉路外,硫酸廠工人出身的李慰萱、身殘好學的費志凌、初中學歷的何其美等人均是他破格納入麾下的弟子,這些學生後來均取得了突出成績。

如今,劉路已博士畢業,在中南大學任教授級研究員。侯振挺對他寄予厚望,他說:「劉路比八十歲的人還成熟,他的第二篇論文比第一篇更好,被稱為『近年來計算理論及相關領域少數重大貢獻之一』,他未來肯定會成為數學家。」

都說衡量數學家有兩個標準:提出一個理論,解決一個問題。「這兩條侯老師都達到了,但他仍為做出新突破努力著。我們的年輕人也要多著眼大問題,要不怕難、敢挑戰。」中南大學數學與統計學院副院長郭鐵信說,「大氣魄的研究者多了,中國的數學研究也定有新可能。我們也在努力培養這樣的年輕人。」

今年,中南大學數學學科已入選「雙一流」A類學科名單。曾先後擔任中南大學數學院院長和黨委書記的劉再明表示,有壓力也有動力,「學科發展並非朝夕即成,它需要時間、氛圍以及紮實的基礎。數學學科的成長離不開『侯振挺』這個名字。」

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