冯·诺依曼之后有冯康

2017-02-06 by:CAE仿真在线来源:互联网

在谈到计算机时代的时候,冯·诺依曼是一个无比光辉的名字。因为这个天才的匈牙利人为研制电子数学计算机提供了基础性的方案,晚年还主导了针对博弈论方面的科学探索,是名副其实的计算机之父。

冯·诺依曼为世界设计出了算数的机器,但是,在计算机今天另一个巨大应用领域——模拟仿真方面,这位天才却没有来得及给出前瞻性的指导——1957年,冯·诺依曼去世的时候,用计算机模拟仿真,实现工程技术方面的突破还停留在想象之中。

这个领域的突破,要到上世纪60年代才开始出现。为了让计算机更加有效地实用于工程分析,一批科学家在这个时代开始涉足一个叫作“有限元法”,即fem的现代计算方法,为计算机的发展打开了新的一扇门。在这些人里,有一名中国科学家十分突出,而且,名字里也有一个“冯”字。这位“中国冯”,便是中国科学院院士,我国优秀的数学家冯康。

1965年,当时在中国科学院计算技术研究所工作的冯康,发表了名为《基于变分原理的差分格式》的论文。这篇论文被国际学术界视为中国独立发展有限元方法的重要里程碑。法国著名科学家、法国科学院院长里翁斯院士曾经评价冯康在对外隔绝的环境下独立创始了有限元法,位列世界最早。有限元法权威jt.奥登也十分推崇冯康的贡献,尊称他为有限元法的创始人之一。今天,有限元法被应用于计算机事业的各个方面,被视为计算机应用技术发展的关键理论之一。

冯康,祖籍苏州,出生于南京,是我国计算数学这门新兴学科的先行者和带头人。他早年曾就读于重庆中央大学电机工程系,1945年毕业后转入数学和物理领域,并在清华大学工作。1951年冯康进入中国科学院,并奉派前往苏联斯捷克洛夫数学研究所进修,曾就教于华罗庚、陈省身、庞特里亚金(pontryagin),有着深厚的学术功底。冯康早年曾患重病,身体一直不好且不善言辞,但在数学界和计算机界建树极丰,1980年当选为科学院学部委员,曾担任中国科学院计算中心主任、中国数学学会理事长。1997年,冯康的“哈密尔顿系统辛几何算法”获得国家自然科学奖一等奖。

可惜的是,这是一项迟到的奖项,此时冯康已经过世四年之久了。在他去世的时候,美国数学会会长皮特·拉克斯在该学会会刊上,为冯康撰写了悼文,这样形容他:“那个小老头,他瘦小的身影不知疲倦,听到提问眼睛就发光。”

这个对科学如珍宝一样热爱的“小老头”,最大的贡献,还是在发展有限元法方面。

有限元法到底有什么神奇,值得人们如此推崇呢?这是因为在它诞生之前,计算机技术始终受到一个瓶颈的困扰。计算机虽然可以进行精确计算,但实践中的工程项目,仿真活动却很难真正实现精确计算。比如你想计算一下飞机在高速时是怎么飞的,很快会发现空气摩擦会产生热,而产生的热反过来又会影响飞机的材料属性,如空气流体的黏性等等,反过来影响飞机的状态。传统的数学方法是难以解决这类耦合问题的。上世纪50年代末期,冯康参加刘家峡水坝的建设过程中,便遇到了这样的问题,但他凭借丰富的想象力和扎实的数理化功底,找出了一个适合于计算机环境下解决这类问题的方法。这种方法的根本是利用微积分手段,对整个问题域进行分解,使每个子区域都成为简单的部分,这种简单部分被称作有限元。这种数值分析方法则被称作有限元法。计算机的出现使需要大量复杂计算的有限元法得以实现,而近年来计算机功能的提升又使得有限元分析由单场分析到多场分析变成现实,使其未来的发展更加不可限量。

冯康在为世界有限元法发展方面提供的贡献,是令人惊叹和有目共睹的。

2008年12月15日,中国国家主席胡锦涛,在纪念中国科协成立50周年大会上发表讲话时如是说:“我国广大科技工作者……在短短十几年间,创造了一个又一个科技奇迹。我们取得了有限元方法,层子模型,人工合成牛胰岛素等具有世界先进水平的科学成果……这些重大科技成果,极大增强了我国综合国力,提高了我国的国际地位。”

冯康倾注了巨大精力的有限元法,在众多科研成果中被列为第一位,表明了国家对这位优秀科学家和他所在团队重大贡献的充分肯定,也让我们看到了中国人在今天国际科研舞台上的巨大潜力。

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