席裕庚:坚持真实 追求本质
发布时间:2012-07-10 浏览次数:237

■ 准确地表达研究取得的结果,客观地定位这些结果的贡献,是保持科学真实性的基本准则。

■ 科学研究需要方法论的思考,挖掘隐藏在具体内容背后的“聪明”想法,不但可以体验科学的奇妙与快乐,而且也是培养创新型人才的必然需要。

■ 面向应用的理论研究,不能像自由探索那样无牵无挂,而应“思前顾后”,在研究的全过程紧密对应实际问题的物理意义,这样才能使所得的理论结果体现出服务于应用的价值。

■ 控制论的原理告诉我们做人做事要追求“真、善、美”,滚动优化的模式指导我们在不确定的人生道路上走出一条把理想主义精神与现实主义行为结合起来的最优轨迹。

 

坚持真实是科学研究的底线 

科学研究是追求真理的过程,真实是科学研究的基本准则,这个大家都懂的道理,在今天似乎出了问题,层出不穷的“打假”事例,说明了在科学研究中掺入了功利化因素后,科学研究就会失去其本来面目。 

保持科学的真实性,首先需要研究者具备从事科学研究的基本素质,这种素质表现为他在科学研究中追逐的是事物的本来面目或规律,而不是这种发现所产生的功利后果。因此,科学研究应该是“纯粹”的,无论数据的收集、现象的分析或结论的得出,都应该保持客观性和严谨性,该是什么就是什么,既不夸大也不缩小。我们在研究过程中发现了新的规律或提出了新的想法时会非常快乐,但首先要搞清楚自己的工作与已有的相比,哪些是新的实质性贡献。准确地表达研究取得的结果,客观地定位这些结果的贡献,是保持科学真实性的基本准则,科学正是在这些真实的积累中不断发展的,科学研究带来的美和快乐也是建立在这种真实性基础上的。这是大家在科研过程中都能体会的。 

但是,科学研究获得的成果不能停留在自我满足和欣赏上,它们需要在总结和提炼后公之于众,一方面接受科学界的检验,一方面推动科学的发展和实际的应用。在这个对“真实”进行后续加工的阶段,包括写论文、申请项目等,如果掺入了功利化因素,往往就会造成失真,甚至造假,目前的科研失范案例,大多出于此。当前的科研界,确实很难保持纯粹与真实,各种论文考核指标和项目申请的压力,使后续加工的作用和重要性越来越突出。在撰写论文时,我们总是希望把自己的结果说得好些,否则被拒稿的可能性就会增大,虽然伪造数据、夸大结论的行为尚属极少数,但只选择好的结果、“报喜不报忧”式的加工方式仍常常可见。在申请项目时,以时尚的语言、夸大的成果代替实实在在的科学内容常常出现在各类申请书中;鉴于评审专家的非内行和时间的紧迫,ppt的加工及其效果似乎已压倒了项目本身的科学意义,五光十色的ppt以其视觉效果影响着评审专家的判断,其反映的真实科学内容反而不那么重要了。在这样的科研环境下,能否坚持对科学真实性的追求,是对我们每个人的考验。 

科学研究需要方法论的思考 

在科学研究中,发现“是什么(What)?”、解决“怎样做(How)?”固然重要,但只有进一步去思考和理解“为什么这样做(Why)?”,才有可能掌握隐藏在知识和算法后面的解决难点问题的规律和方法,并把它们延伸到解决有相似难点的不同问题。科学研究需要方法论的思考,挖掘隐藏在具体内容背后的“聪明”想法,不仅能使我们更深刻地体验现有知识的价值,而且可以用更宽广的视角对未解决的问题进行探索与创新。 

控制科学鲜明的方法论特征,使我有更多的机会去体验方法论在指导科学研究中的重要性。控制科学研究人们实现有目的行为的一般原理和方法,具有广泛的适用性,因此被认为是一门隐藏在背后(hidden)的科学。它的许多重要贡献和创新,无不体现了具有普适性的某种方法思想,例如用反馈方法消除设计的偏差,用结构分析方法解决大规模工程系统的设计,用分解协调方法解决大系统的复杂关联,用自适应方法解决对象参数不确定变化等,已成为各领域解决相关问题的普适性思路。方法论作为控制科学最本质的层次,始终蕴育并指导着新的控制理论和技术的产生和发展,因而是控制中原始创新的源泉。 

方法论是以具体的知识和算法为载体的,因此尽管听起来很抽象,很哲学,但它就在我们学习和研究的全过程中,问题是有没有自觉地去理解和思考它。在我讲授课程、读写论文、研究问题的过程中,常常把“为什么这样做(Why)?”作为思考的重点。例如在写教材和上课时,我都在内容之外尽可能加上自己对其中方法特点的理解或总结,以加深读者对内容的理解。在撰写论文时,我们首先思考问题的难点在何处,别的方法为什么解决不了,现在的解决方法是靠哪些关键思路解决难点问题的,对于其它有类似难点的问题,这种解决方法是否可扩展过去,等等。在与学生讨论研究内容时,我会极力设法理解隐藏在众多符号和公式后面的实质想法,与他们探讨解决问题的规律并总结相应的科学方法,例如几年前在研究在线调度算法的性能分析时,有学生提出了一种很复杂的算法,经过深入讨论和分析,我们发现这种算法是基于“实例有序转换”的思路,通过总结这一思路解决问题的特点,不但对原算法的表达更加清晰,而且还延伸用于解决其它一些问题取得了成功。 

在挖掘知识背后的方法论思想的过程中,我们可以通过理解人类的“聪明”思想体验科学的奇妙与快乐,学会更聪明地观察现象与解决问题。培养创新型人才,需要我们在教学和科学研究中进行方法论的思考,这也正是“授人以鱼,不如授人以渔”的道理。 面向应用的理论研究应该思前顾后 

技术科学具有鲜明的应用特色,但它所提供的解决问题的方法与思路,又需要有强有力的理论来支撑。这类面向应用的理论研究,不是来自好奇心和自由探索,而是来源于实际问题或方法、策略的应用过程,它要解决的是:如何从实际中提炼出需要解决的科学问题,如何从理论上说明所用方法策略的合理性、适用范围及指导规律,如何进一步提出解决难点问题的新思路及相关理论。 

因此,面向应用的理论研究不能像自由探索那样无牵无挂,而应“思前顾后”。所谓“思前”,就是要对研究的问题考虑:首先是来源于什么背景,在规范为理论问题过程中所做的简化假设是否有实际意义?其次是在所给出的数学描述中,符号与公式如何对应原问题中的物理量和变量关系?再次是所参照的已有研究存在哪些不足,是实际有需求还是理论有缺陷?所谓“顾后”,就是要对研究所得结果考虑:首先是物理直观性,即所推出的结论能否在原始问题基础上给出具有物理意义的解释?其次是可用性,即所给出条件中所需信息能否得到?充分条件能否检验?再次是实时性,即所给出的算法能否满足实时计算的要求?最后是逻辑性,即当系统发生变化时,可以通过哪些参数、条件的链接关系看出对最终结果的影响? 

通过长期以来参加科研、指导学生、评审论文等,我发现要真正做好面向应用的理论研究,推进理论与实际的结合,还不是那么容易。在控制领域内,长期以来不乏学术意义深刻、表述缜密优美的理论文章,但其中很多只局限在学术界的关注之中。而许多面向应用的理论文章,也存在着不少问题,例如:有的论文在一开始对应用背景介绍得很好,但仅为点缀,转入理论部分后所有的变量、条件与应用背景再无呼应,完全变成了数学推导。有的论文采用对象介绍+理论算法+实验结果的典型三段论,各写各的,甚至符号体系也不统一,毫无关联。有的论文缺乏研究动因,仅以更换算法和问题背景“生产”论文,甚至出现几十篇题名均为“基于X算法的X问题研究”的结构和表述雷同的论文。有的理论文章不关心结论的物理意义,出现无法判定或不可能实现的条件。凡此种种,其共同的特点,就是在研究中缺乏“思前顾后”。 

面向应用的理论研究需要“思前顾后”,围绕解决问题的新方法、新策略来提炼相关的理论问题,并在理论研究的全过程中始终紧密对应着实际问题的物理意义,只有这样,才能使所得的理论结果体现出服务于应用的价值。 

享受控制论给我们的人生启迪 

近30来,我在控制科学领域做学问的同时,也在不断理解控制论给我们带来的人生启迪。我曾经用控制论的三个关键词:“系统”、“优化”与“反馈”,与同学们共享控制论给我们的人生启迪。 

“系统”:系统是由个体组合而成的,家庭、单位、社会都是系统,个人从来就不是孤立系统,而只能是系统中的一员。这样,看问题就不应该完全个体化,个人的价值就应该融入到社会价值中去。承认这个事实,就需要有一种牵挂,或者说责任,对家庭的责任心,对单位的责任心,对社会的责任心,家事国事天下事,事事关心。每个人都有了这种责任心,整体系统就会和谐,就能发展,而我们个人也能从中获益。当今社会涌现出来的无数感人事迹,正是来自这种责任心的升华。责任心可以概括为很多表达,“天下兴亡匹夫有责”,“爱国荣校”,“尊师守纪”,“尊老爱幼”,等等,均体现了这种责任。认识个体是系统中的一员,从牵挂到责任,由责任而生爱心,是我们做人的道德准则,谓之“善”。 

“优化”:控制的目的是把想要做的事做成,把已经在做的事做好。优化就是对做成、做好的极致追求,是理想主义的体现。优化有两个要素,一是要有优化的愿望和目标,即要有追求完美的精神。人是要有一点精神的,所谓“精气神”,指的就是这么一种气势,这么一种追求。人在顺利时也许并不觉得它有多难,但人生道路难免有挫折,在人生低潮时,保持这样一种理想和自信,就不那么容易了,而它恰恰是渡过难关的支撑点,优化的另一要素是要有优化的能力和办法,我们在学校里学了不少知识和技能,但还远不能应付人生道路上的各种需求,这就要求我们勇于进取,不断实现知识和技术的更新。所谓“活到老学到老”、“与时俱进”,就是这个意思。有了底气,才能说“我可以做到”。如果能有那么一种追求最优最好的精神,又能不断进取始终站在知识和技术的前沿,就会体现出与众不同的高素质,所谓名校培养学生的品牌正在于此。要追求完美,要有理想和奋斗目标,并且要通过不断进取具备实现目标的能力,这是我们做人的精神准则,谓之“美”。

“反馈”:反馈是自动控制理论最基本的概念,它告诉我们,控制与决策要建立在反馈信息的基础上。体现到人生,就是远大的理想要建立在现实的基础上。反馈是对实际信息的了解,这里有两层意思,一是如何了解真正的信息,如果你从事技术工作,你就得到现场多跑跑,把理论与实际结合起来;如果你当领导,就要深入基层,体察民情;如果上级要了解情况,你就应该说真话,讲实情。二是如何利用反馈信息,这就要通过实事求是地剖析自己,剖析社会,总结提炼出实际信息中蕴含的规律性,用以指导修正优化目标,修正自己的行动,使远大的优化目标始终建立在知己知彼、脚踏实地的基础上。一切从实际出发,对人对己,真是真,假是假,是我们做人的行为准则,谓之“真”。 

人生路漫漫,充满着不确定性和可变性,但在这千变万化的世界中,又存在着必然性。在人生的每一时刻,我们要有高远的奋斗目标,这种目标应该是个人价值与社会价值的融合,要根据我们对事物发展规律性的了解去规划自己的行为,但在实现规划行为的过程中,又要不断以实践的效果作为反馈,用以修正优化的模型和基点进行Reset,然后,在真实的基础上再次启动目标-优化规划-实施的过程,这种滚动优化的预测控制模式,能实现优化与反馈的统一,理想主义精神与现实主义行为的统一,指导我们在人生道路充满不确定性的情况下,走出一条可实现的最优轨迹。 

学者小传 

席裕庚,上海交通大学电子信息与电气工程学院自动化系教授。1968年毕业于哈尔滨军事工程学院,1984年4月在德国慕尼黑工业大学电气工程系获工学博士学位后回国,进入上海交通大学工作,1988年任教授,1990年任博士生指导教师。 

长期从事预测控制、大系统和复杂系统控制、智能机器人系统与技术等方向的基础研究,在国内率先开展了预测控制的研究,在预测控制的理论研究和大系统理论、智能机器人规划、控制等方面取得了丰硕的成果。主持国家和上海市科研项目20余项,出版了《预测控制》、《动态大系统方法导论》等4部著作,主编学术会议论文集3部。先后获国家教委或上海市科技进步一等奖2次、二等奖和三等奖各3次,国家优秀教材奖2次,全国优秀科技图书二等奖1次,上海市优秀教学成果奖2次,所指导的3名博士生、1名硕士生获得上海市优秀学位论文。被授予国家有突出贡献的中青年专家、全国优秀教师、上海市科技精英、上海市高教精英、全国优秀科技工作者等荣誉称号。 

席裕庚现为国际自控联大系统技术委员会副主席、中国自动化学会副理事长,并任Control Engineering Practice、International Journal of Humanoid Robotics和自动化学报等11种国内外学术刊物的编委。


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