[转载]读书科研与人生道路

Posted 2020-07-26

《读书、科研与人生道路》

 

——在清华大学“星火论坛”的讲稿(2013/4/25)

 

我是清华校友，毕业于1970年。在毕业43年后，能有机会回到母校，在《星火论坛》和大致是二阶代沟的小学弟、小学妹们交换自己大半辈子读书、科研和做人做事的教训、心得和体会，心情既亢奋又忐忑。 像一个酿酒老头，正在打开深埋多年的老坛子，不管里边酿就的是醇香的好酒，辛涩的苦酒，还是无心错成的陈醋，它终究历经了一路的沉浮酸甜，承载着厚重的岁月沉淀。它也许会对后来人有所借鉴吧？

 

题目是林XX同学出的，算是命题作文罢。

 

1. 读书

 

按中国的传统说法，在座的都是读书人。读书的重要性是无庸置疑的。咱们不谈功利性的看法，如“书中自有黄金屋，书中自有颜如玉”之类的。只从做学问的角度看，读书是接受前人文化传承最重要的途径。大家都在读书，但可能效果迥异。“如何读书”本身就是一门学问。

 

1.1 读什么书

 

1979年诺贝尔物理学奖获得者Glashow除物理学相关知识还修过音乐、东亚历史、法学、文学，甚至电焊。访问他的记者颇感疑惑，问他：“学这么多其他科目对物理学研究难道也有帮助吗？”他回答说： “我想是有的，往往许多物理学问题的解答并不在物理学范围之内，涉猎多方面的学问可以提供开阔的思路，如多看看小说，有空去逛逛公园，都会有好处。这可以 提高想象力。它和理解力、记忆力同样重要。”海纳百川，方能成其大。许多中国学者一大弱点是知识面狭，一辈子只能在一个很小的方向上工作。

 

特别想强调的是：理工科学生要学好语文，文科生当然也要掌握必要的自然科学知识。有人说：“文理相通”，我觉得有一定道理。写文章的逻辑性与数学推 理在原则上是一致的。丘成桐说过：“在学好数学的同时，更不能偏废语文。语文的训练是成为真正学者的第一步”。李政道有个题词：“科学人文一肩挑”。所以 理工科学生除了专业知识外，还应当抽时间读一点文学的、哲学的、以及社会科学的书籍。

 

1.2 怎么读书

 

我想说的是专业书籍。个人认为大约可分为两类：一类是基础性教科书，这类书要精读。例如，我以前没学过图论，前一阵子在学图论，我选了一本入门书“R. J. Wilson，Introduction to Graph Theory”。我一般的做法是：选一本容易读而又比较经典的书，作为教科书仔细读，每个证明都仔细看，每道习题都做。华罗庚说过读书要从薄读到厚，再从厚读到薄。从薄到厚就是精读的过程，弄清每一个概念，包括做笔记，做习题，这是第一步。在掌握了这些内容后，要进行综合和提炼，找出真正需要掌握的精华。将来自己真正能记住的可能就那么一点，但却能运用自如，触类旁通。

 

我有个朋友，当年和我一起从清华考进科学院研究生院。几十年后相遇，他说了一句话：“我们学了大半辈子数学，其实最后能记住的就是一些框架。”我觉得他说到了点子上，正是这些不多的框架，指导我们进行正确的思维。这大概就是所谓“由博返约，以约驭博”的道理罢。一个人艺多不压身，多修一门课就会多一份本事。

 

另一类是参考书，包括（除少数需精读的例外）大量的参考文献。这些东西要粗读，掌握你认为有用或有启发的思想、方法。这是一种能力的训练，中学生，甚至大学生都很难做到这一点。但作为一个研究生，特别是在知识爆炸的今天，一定要学会在海量的书籍、文献中过滤出自己所需要的信息。

 

歌德有一句话：“经验丰富的人读书用两只眼睛，一只眼睛看纸上的话，另一只眼睛看到纸的背面。”这是一种能力的培养，一定要从表面的，多半是赘长的陈述、推理、证明等中摆脱细节，发现它背后的想法、算法或原理。

 

对于怎样浏览科技参考文献，我还想说一点自己的体会。一是要重视摘要、前言、和结束语。对你不甚了解的新领域，前言几乎是最好的入门书。摘要和结束语常常会告诉你，你看的这篇论文是干什么的，有什么新结果。这些对理解论文很有帮助。二是怎么找参考文献，我的建议是：尽量找最新的，但不一定要细读它。如果你对该方向不太熟悉，可以从最新论文的参考文献中找到该方向的经典论文，不妨从这样的论文读起。

 

关于泛读，想举一个例子。我最近在做网络演化博弈方面的研究。演化博弈中有一个重要概念叫“演化稳定策略”(Evolutionary Stable Strategy)，是由John M. Smith提出的。他有一本经典的书“Evolution and the Theory of Games”，主要讨论ESS。我只看了两章，了解了ESS是怎么回事，同时发现，他的方法不能用于网络化的演化博弈。于是就根据他的思想，提出自己的定义和算法。

 

总之，个人以为，精读、泛读都很重要。精读增加工具，泛读扩大视野。在科研工作中，两者缺一不可。

 

1.3 自学能力的培养

 

我在清华上学的时候，学校经常宣传“猎枪与干粮”的理论，好像说是蒋南翔提出来的。说学校要交给学生的是猎枪而不是干粮。干粮有吃完的一天，而猎枪 会让你永远有饭吃。这个说法很有道理。在学校修一门课两门课……那是干粮，而自学能力则是猎枪。美国一个历史学家亨利·亚当斯说过：“一个人年轻时懂了些 什么无关紧要，只要懂得如何学习就够了。”(What one knows is, in youth, of little moment；they know enough who know how to learn.)

 

自己中学的时候，老师介绍看过不少趣味数学或物理小册子。例如华罗庚的《从杨辉三角谈起》，吴文俊的《力学在几何学中的一些应用》，别莱利曼的《趣味物理学》等，这不仅学到不少有用的知识，更重要的是，培养了读书的习惯和自学能力。这种能力让自己受益终生。

 

自己只上了一年零八个月大学，学的是焊接专业，数学只学过简单的微积分。文革十年，有两段时间，自己自学了几门数学和物理课程，一段是大串联到武 斗，还有一段是分到数学教研组后的培训班。我自学了北大的《复变函数》，周伯勋的《线性代数》，格列坚科的《概率论》，艾利斯哥尔兹的《变分法》，还有康 帕涅茨的《理论物理》力学部分。自学的方法很简单，就是每道习题都做一遍。故人说：“不动笔墨不读书”，对专业书籍，我把它改成：“不做习题不读书”。

 

还有一点自己比较得意的是英语，自己从初中到大学，一直学俄语。只是在文革中偷偷学了点英语，还曾因偷看《毛主席语录》英文版被人将大字报贴到宿舍门口。到考研时我虽然一天英语课都没上过，但居然考了80分，算比较高的分数了。这些自学的知识，使我能在文革结束后考上数学所的研究生。

 

我觉得自己一辈子得益于从中学开始的自学能力的培养，我对奥校之类填鸭式的知识灌输很反感，深信“自己学会读书、学会吸收新知识”才是猎枪，是做学问的真功夫。

 

2. 科研

 

科研是知识分子的必经之路，也是知识分子自我表现的舞台。怎样登台，怎样亮相，怎样让自己的表演酣畅淋漓，这绝非我这样的末流演员所能回答得了的。但毕竟在科研上摸爬滚打了多年，算是见过猪跑，讲一点体会和教训罢。

 

2.1 读书与科研

 

小时候听过一个笑话：一个秀才在家里愁眉苦脸地搜索枯肠写文章，看他苦不堪言的样子，他老婆就说：“看你们写文章好像比我们生孩子还难。”他回答说：“可不是，你们生孩子肚子里有东西，可我肚子里没东西呀。”这笑话用来比喻读书与发表文章还是很恰当的。

 

我在美国上学的时候，博士学位只有修课的要求：16门课，48学分，却没有发表论文的要求。我毕业时发了一篇期刊论文，一篇会议论文，按国内标准可能不够毕业。我有的同学毕业时并未发表任何文章，却照样毕业。而我修过的16门课却让我终生受益无穷。

 

个人以为，从长远看，打好基础比发表几篇论文重要得多。做学问就像盖房子，打不好基础是盖不成高楼的。我招研究生，硕士期间就发表了一堆论文的学生一律不要。你该念书时不念书，就学会拼凑垃圾论文，就像你学武功不练基本功，却学了花拳绣腿，道走歪了么。工欲善其事、必先利其器。搞基础理论研究，肚子里必须有几门过硬的课程当利器。林肯年轻时当过伐木工人，他说过一句话：“如果给我8小时砍倒一棵树，我会花6小时磨斧头。”只有厚积薄发，才能写出好文章。

 

2.2 选题

 

对大多数研究生而言，科研选题从读文献，Follow他人的工作开始，大致是对的。除非少数天才人物，科研总要从模仿开始。但模仿有两种，一种是纵向的，就是把人家的方法应用一下，这通常被称为成法套用，就像学生做Homework一样，没什么创新性。另一种是横向的，即发现它不完善的地方或者可以平行发展的地方。这样，你研究的对象与原来问题有所不同，需要一些新的方法或新的思维，这种工作就有一定创新性，可以提高你的科研能力。

 

通常这种模仿容易出一些小文章，这是必要的。早年听过逻辑学家王浩的一个报告，说：“这种小文章做几篇，知道自己会做了，就不要再做了，要找点大点的问题做。”这种大一点的问题应当是有前途的研究方向。

 

那么，什么是有前途的研究方向呢？这里想引用何毓琦先生的几段话：“常常有事业刚刚起步的青年科研人员向我询问，什么是有前途的科研方向。人们常常倾向于推荐自己目前正在做的研究，但这样建议别人是自私的，也是危险的。”何先生的建议是：“去找一个人们渴望解决的实际问题，而这个问题又是你感兴趣的，但不太了解的，全身心地投入进去，试图解决这个问题，但不限于使用你熟悉的现有工具。”

 

何先生提到这种研究方向的几个明显优势：(1)一旦获得成功，就有一些现成的人替你宣传；(2)你可以试图将这个发现拓展为一个全新的研究领域；(3)在一个目前还很少人涉及的研究领域，不用花太多力气学习积累下的文献资料；(4)新课题像新矿，花同样的力气，新矿的产出比老矿高得多。

 

我想，何先生这里强调的有两点：(1)寻找新的、有意义的问题；(2)发展和使用新工具。我很同意这种观点，自己也有类似的人生体会。

 

2.3 矩阵半张量积与我

 

矩阵半张量积是自己比较得意的一项工作。矩阵半张量积是矩阵普通乘法的一种推广，它使普通矩阵乘法可以用于任意两个矩阵而不改变其性质。我在1999年首次提出这种运算。当初主要是用它计算连续系统。2008年开始将其应用于一个新的较热门问题：布尔网络的分析与控制，得到成功。相关工作获国际自动控制联合会(IFAC)颁发的Automatica 2008-2010最佳理论/方法论文奖。

 

现在，国内至少有包括清华、北大、山大、同济大学等在内的十几个高校，都有教师用矩阵半张量积解决各类问题，国际上有意大利、以色列、美国、英国等 学者使用矩阵半张量积。目前本人主要研究矩阵半张量积在博弈论，特别是网络演化博弈中的应用，感觉这是矩阵半张量积的一个大有可为的新领域。

 

相信新的工具和/或新的领域是产生创新科研成果的不二秘笈。

 

2.4 创新观念与想入非非

 

创新观念与想入非非表面上看很难界定，而 且，它们的确是存在相关性的。那么，它们的区别在那儿呢？创新观念是建立在坚实的基础上，包括你对问题的来龙去脉的了解和对相关知识的掌握。探索真理只能 在掌握前人已有知识和分析已有结论的基础上，然后像胡适所建议的：“大胆设想、小心求证”，缜密的分析、细致的甄别、严格的推理、透彻的论证。这才是理性 的创新思维。

 

量子力学创始人普朗克：“唯有观念才能使实验者成为物理学家，使编年史者成为历史学家，使古抄本鉴别者成为语言学家。”不妨将它归纳如下：创新观念+知识积累=>学术突破。

 

创新思维需要敢于挑战权威，个人理解就是不迷信权威人士的言论，敢于思考，敢于批评权威的错误，做到真理面前人人平等。但挑战权威要建立在尊重科学 的基础上。要敬畏真理，人类社会长期积累下来的，已经被严格证明了的知识，是人类的共同财富。在没有对其深入了解之时就随便挑战它，这就成了想入非非。

 

辟如一位老先生，他对伽罗华理论一无所知，基本数学训练也极其缺乏，就非要去解五次方程，犯下了很低级的错误。而当别人指出他的错误，所有人都看清 楚他错在何处时，他居然还弄不明白，坚持自己“是完全正确的”。这不属于科学探索，而是典型的想入非非。其他一些民数也是如此，他们缺乏专业训练，幻想轻 易破解世界难题，一夜成名。

 

德国著名启蒙思想家和诗人莱辛曾说过一段被黑格尔多次引用的话：“真理不是一枚铸币，现成地摆在那里，可以拿来藏在你的衣袋里。真理是一个过程，是在漫长的、发展的认识过程中逐渐被掌握的；在这一过程中，每一步都是它前面一步的直接继续。”

 

自然科学发展到今天，科学问题的解决更是如此。最典型的是近年数学上两大难题的突破。怀尔斯证明费马大定理，是建立在一系列前人工作的基础上，包括弗赖将费马大定理转换为椭圆方程，谷山一志村猜想，椭圆方程模型式等。佩雷尔曼证明庞加莱猜想也是如此，Ricci流是以意大利数学家里奇命名的一个方程。当哈密尔顿利用它将不规则流形变成规则流形时，丘成桐就敏锐地提出“可以用这个证明庞加莱猜想。”佩雷尔曼就是按哈密尔顿的方法做下去的，所以他自称：“我是哈密尔顿的门徒”。

 

马克思说：“在科学上没有平坦大道，只有在崎岖小路的攀登上不畏劳苦的人，才有希望登上光辉的顶点。”这句话是至理名言，希望在科研中一蹴而就是懒汉无知的幻想。

 

3. 人生道路

 

“人生是一连串教训，要想理解人生就必须经历人生。” (Life is a succession of lessons which must be lived to be understood.)——爱默生

 

“无论发生了什么，都要直面人生”(Whatever reason，turn his back on life.)——罗斯福

 

3.1 人生路漫漫

 

人生是一段漫长的旅程，就像一场马拉松，风物长宜放眼量，一定不要计较一时的得失，谁笑到最后，谁才笑得最好。我曾经给自己写过这么一段话：“不要轻言放弃，只要还在跑道上，你就还有取胜的机会。”

 

如果人生是万米长跑，考上大学大概是百米节点，博士毕业大概是千米节点。真正的人生竞争在于千米后的漫漫长途。我对“不要输在起跑线上”的说法很不 以为然。谁见过马拉松比赛上来就拼命的？有些学生，将大学当作终点，即使以百米速度冲进清华、北大，但后劲不足，还是可能败下阵来。

 

哈佛大学教授Brockett，被人称作“非线性系统几何理论之父”，而他的博士论文是化学专业的。一次聊天，我问他：“你是化学博士，怎么会想到用微分几何做控制？”他回答说：“PhD is only the entrance ticket to scientific palace. (博士学位只是科学殿堂的入门卷。)”

 

屈原的名言：“路漫漫其修远矣，吾将上下而求索。”年轻人对于人生道路既要未雨绸缪，放眼将来，以免“人无远虑，必有近忧”；又要脚踏实地，耕耘不辍，让“千里之行，始于足下。”

 

3.2 失败是最好的老师

 

对年轻人来说，要选定一个人生目标，然后坚定不移向这个目标前进。要有胜不骄败不馁的精神。特别是要经得起失败的考验，在人生道路上，挫折是比成功更好的老师。

 

《哈利波特》的作者罗琳，2008年在哈佛大学演讲，题目是：“从失败中学习经验和利用想象力”(Learn from failure and make use of imagination)。 她曾经是单亲母亲，靠社会福利生活，她称自己当时是：“我所知道的最彻底的失败者。”她后来成为英国除女皇外身价最高的人。她说：“失败教会我很多，而这 些不能通过任何其他途径了解到。通过失败，我发现自己拥有了坚强的意志。”“一旦你意识到自己已经在挫折中变得明智和坚强，那么从此以后你就获得了保证自 己生存下去的能力。如果不在逆境中接受考验，你可能永远都无法了解自己。”

 

自己在人生路上也受过几次重挫，每次都让自己变得更坚强。初中一年级，我刚考上“福州第一中学”，是福州市最好的中学。我却无意间信手涂鸦，写了 “反动标语”，被开除队籍。这让我比较早开始用功。中考以全校第一的成绩留在了福州一中；文革前，我在清华，入团，当了班干部，入党积极分子，又是因材施 教的对像，对人生、爱情充满幻想。文化大革命，我又被点名为“反动学生”，像得了疥疮，两派都不要我。我偷偷跑到圆明园，在乱石丛中看书，后来考上文革后 第一届研究生；我曾在德州理工大学教书，由于家庭原因，我辞职回国。后来我把成功的希望寄托于自己，拼命工作。有时觉得命运对我不公平，但其实正是坎坷的 人生造就了今天的我。

 

3.3 机会只青睐有准备的人（准备什么？为甚么准备？）

 

“机会只青睐有准备的人”这是我最深刻的人生感悟之一。几次经历，让我对此深信不疑。

 

64年高考数学，据说是出了偏题难题。第八题是：“正方形内切两圆，一圆切左边与 上边，另一圆切右边与下边，两圆相切，问何时两圆面积和最大？最小？”后面两道附加题，一是将正方形换为长方形；一是将正方形和圆换作立方体和球。我相信 如果在现场，自己是想不出来的。但自己曾做过一道上海市数学竞赛题，求二次型在区间内极大极小。用这方法不难解出上面的问题。我成为福建省唯一完整解出这 道题的学生，得了119分，是当年最高分。那几道偏题给了自己机会。

 

文革中读书无用论甚嚣尘上，我却自学了几门数学和英语，当时未必知道它们有用。但后来恢复研究生制度，它们帮我考上数学所，当年的录取率是五十比一。

 

我刚开始用半张是积表示逻辑等式时并不知道它有什么用。后来偶尔听清华赵千川教授在香港做的关于布尔网络的学术报告，当时就觉得逻辑的半张量积表示可能能用上。我当晚就把他请到宿舍讨论，后来形成了布尔网络控制的一套理论。

 

总之，做学问不能太功利，要不拘一格，刻苦钻研。天道酬勤，机会大致是同你的知识储备成正比的。（严重同意）

 

3.4 经历远比占有重要

 

卢梭曾说过：“生活本身没有任何价值，它的价值在于如何使用它。”每个人都活一辈子，或者说，都到这个世界上来走一遭，怎样才能使这一遭更有价值呢？

 

我以为不在于功名利禄、荣华富贵，而在于经历过、奋斗过，有一份精彩的人生历程。托尔斯泰在他的名著《安娜·卡列林娜》开篇就说：“幸福的家庭家家 都一样，不幸的家庭一家一个样。”与此类似，我们也可以说：“顺畅的人生人人都一样，坎坷的人生则是一个人一个样。”不要去羡慕官二代、富二代，要用自己 的奋斗去谱写自己声色独具的人生故事。

 

英国作家史蒂文森因患肺病周游世界各地，期间发表了大量游记和短篇小说。他曾感慨地说：“满怀希望的旅程比到达更重要，真正的成功在于进取。”(To travel hopefully is a better thing than to arrive，and the true success is to labor.)

 

爱因斯坦本人曾坦率地把自己称之为是“一个流浪汉和离经叛道的怪人。”年轻人不妨学学爱因斯坦，做一个流浪汉，到世界上不同的地方去流浪，到不同的 学术领域去流浪，以增长自己的知识和才干；做一个离经叛道者，不循规蹈矩，去走前人未走过的道路，去披荆斩棘，开拓新的领域。如果这样，不管成功或失败， 你的精神世界都会是富足的，你的人生都会是精彩的。

 

3.5 人生的目的

 

我一直认为，一个人活着就要有理想。我曾在一篇博文中写过：理想是什么？它是心头一缕淡淡的念想，一种对美好未来的期盼；它是胸中一丝拳拳的思绪， 一份对事业和成功的渴望；它是一股向上的情结，催促你去实现自己最大的人生价值。它看不见、摸不着，却始终伴随着你。在困难的时候，它给你坚持下去的毅 力；在失败的时候，它给你抚平创伤、从新站起的勇气；面对挑战，它让你知难而上；身陷歧途，它为你指点迷津。

 

我年少时也曾狂妄，自以为天下英雄，舍我 其谁。几十年的经历让我看到，许多自己曾经看不上的人，在不同的领域，做出很出色的工作，让自己望尘莫及。终于明白了一个道理，每个人都有自己的长处，都 应当有自己的理想，自己的梦，都可以去实现自己人生的最大价值。因此，我对理想的理解，不再是像科学家、工程师、甚至诺贝尔奖……这样的终极目标。它应该 是一个过程，一种心态。一种努力拼搏的精神，一份永不放弃的追求，永远力争做到自己的最好。

 

有同学问我：“你现在的理想是什么？”我想：“我的理想是自己的工作能被留在历史上。”历史是公正的，它不会承认“头衔”、“官位”，被历史的长河淘洗过而能留下的才是金子。

 

奥斯特诺夫斯基在《钢铁是怎样练成的》中有句名言：“人最宝贵的东西是生命，生命属于人只有一次。人的一生应当这样渡过，当他临死时回首往事，他不因虚度年华而懊悔，也不因碌碌无为而羞耻……”也许，我们每一天都应该问问自己：“今天，我是在碌碌无为地虚度年华吗？”

 

我喜欢艾青的一首诗：

 

即使我们只是一支蜡烛，

 

也应该蜡烛成灰泪始干；

 

即使我们只是一根火柴，

 

也要在关键时刻有一次闪耀；

 

即使我们死后尸骨腐烂，

 

也要变成磷火在荒野中燃烧！

 

年轻的朋友们，愿你们的生命发出更加绚丽的光彩！

 

 

 

4. 谋生与科研

    孔子说过：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”这话，如果用在做学问，特别是做科学研究，那真是再准确不过了。自己在学术圈里滚爬了大半辈子，假如要说有什么体会的话，也许有这么一条：“当科研成为谋生手段时，科研就死了。”我真的相信，只有兴趣才能产生真正具有创新意义的科研成果。

    我这次是作为国内的访问学者出来的，但出来的动机明显不纯：既没有攻博时那种强烈的求知欲，又缺乏做研究的激情和动力。于是，做研究如同和尚敲钟，似在为谋生而作。浮躁、哀怨和一种无法阐释的失落感，凝聚成一股压抑的氛围，如影随形地笼罩着自己。

    心里的不平衡让我无法集中精力于科研。每天，在打开书本或阅读论文的时候，头脑总是情不自禁他开小差，每每想到自己的处境，那刻骨铭心的自惭形秽，就开始啃噬我的心。

    我的导师其实已经很够意思了，他给我的补助是国内公派访问学者的两倍以上。可是，和我在美国工作的同学相比，还是判若天壤。当他们开始买房子的时候，我还得和新来的研究生一起，去租住最便宜的公寓。新来的学生已是文革后的一代，他们20多岁，英语也好，充满青春的活力。已经过了不惑之年的我，跟他们的代沟彰显。同他们在一起，时常令我尴尬。

    这次在系里总共呆了四个月。这段 时间，欲望与诱惑的抵牾纷争始终充斥着我的心，让我心猿意马，终日浑浑噩噩，不知所之，无法静心深入自己的研究。自己觉得这是效率最低的一段时间。后来， 好不容易调整心态，在非线性系统解耦线性化方面有了一点进展，完成了一篇会议论文。本想进一步做下去，可这时又遇上了新的诱惑……