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姜鍾平博士與他的智能世界(2016.12)

發布日期:2017-01-03


 

☉文/莫利亞 鏡報紐約分社社長

 

☉圖/龔文謨 新華社簽約攝影師

 

梨花落,春如泥。筆者在家門口迎來了美國私立紐約大學(NYU)工學院終身職教授姜鍾平博士到紐約分社接受專訪。他早期研究重點集中在三個方向:穩定性;魯棒自適應非線性控制;欠驅動力學系統。比如:活動機器人、船舶、水下機器人。近年來,姜鍾平博士研究的興趣主要集中在網絡科學、複雜非線性大系統的分布式控制、數據驅動控制、自適應動態規劃及其在智能電網、智能交通和系統神經學中的應用。其研究成果在數學與控制領域著名學術刊物和國際會議上發表的論文已超過400篇,谷歌學術指數(Google h-index)為62,總引用率超過14680次。

 

到目前為止,他和他的團隊已取得以下研究成果:

 

1.建立了針對複雜關聯系統的網絡、非線性小增益理論。系統地解決了不同類的關聯系統的穩定性分析和控制器設計,這些系統可以是連續時間系統、離散時間系統、時滯系統或混雜系統,為廣泛的工程應用打下了基礎。

 

2.發展了一個可用於複雜非線性大系統的魯棒自適應控制設計統一性框架。

 

3.針對多個欠驅動力學系統(比如:活動機器人、船舶、水下機器人),提出了新穎的非線性控制算法,解決了一系列懸而未決的理論難題。

 

4.針對不確定非線性系統,提出了一套新的,有別於傳統控制理論,基於數據而非模型的最優非線性控制法,並在智能交通系統、電力系統中得到運用。

 

5.提出了無模型隨機控制理論,去解釋人腦如何控制人的行為。相關成果有助於康復機器人和帕金森疾病的研究。

 

基於姜鍾平博士的研究成果及有關複雜非線性系統的最新研究工作:

 

1998年榮獲澳大利亞「伊麗莎白二世傑出研究獎」並獲資助個人研究獎金25萬澳元。

 

2001年榮獲「美國國家科學基金會成就獎」(CAREER AWARD)並獲資助個人研究獎金375千美元。

 

2005年榮獲「日本科學振興會研究獎」(Invitation JSPS Fellowship)。

 

2007年榮獲中國自然科學基金會「海外傑出華人研究獎」(中科院系統科學研究所)。

 

2008年智能控制和自動化世界大會上榮獲「最佳理論論文獎」(與王沅教授合作)。

 

2011年第30屆中國控制會議上榮獲「關肇直最佳論文獎」(與劉騰飛博士後、香港大學David Hill教授合作)。

 

2013年亞洲控制會議上榮獲「最佳青年作者獎」(博士生姜宇為第一作者)。

 

2016年國際智能控制與自動化會議上榮獲「Steve and Rosalind Hsia最佳生物醫學獎」。

 

2009年姜鍾平博士獲選中國教育部「長江學者」講座教授(北京大學)2008年當選美國電氣電子工程師學會會士(IEEE Fellow)。2013年當選國際自動控制聯合會會士(IFAC Fellow)。

 

姜鍾平博士是印裔美國人Tandon夫婦2015年捐款1億美元後,改名為紐約大學坦登工學院電氣與計算機工程系終身職教授,他開啟了創新性非線性控制領域的多方向研究;他在自動控制和自動化領域的研究成果,碩果纍纍與廣泛應用;鑄就了他成為國際上公認的領軍人才。他,不愧為大眾創業創新時代的頂尖優秀人才和典範。

 

通過專訪,揭開鍾平博士入門和成功的神秘面紗。

 

努力打下紮實數學根基

 

學好數學多動腦勤動手

 

鍾平出生在1966文革開始的那年。父親是會計,母親是工廠工人。只因祖父母開過一個米廠,被錯劃為「資本家」。舉家被下放到江西省很窮的橫峰縣。兄弟姐妹5人,鍾平排行最小,下放時3歲。沒進過幼兒園,沒見過書本和玩具,挨餓的日子也是常有的事。父母堅信讀書可以改變命運,鼓勵他長大一定要好好讀書。鍾平立志發奮圖強走上學術之路,和以上經歷多少有些關係。

 

鍾平是江西上饒市人,唸高中後不能隨意報考哪所大學。原本希望報考上海復旦大學,卻被告知已有老師子弟報考,為保險起見,學校建議報考武漢大學數學系,入校後讀的是中法合辦的數學試驗班,五年制教育,第一年主要學科技法語,後四年的教學大綱、教材和老師都按法國同類高校數學專業安排。法國老師講授的課程常結合數學中最新的進展,有時要求學生做些開放型的學術問題。鍾平經常去圖書館查閱相關書籍,無形中學到不少課程之外的知識,打下了紮實的數學基礎。

 

鍾平說,數學聽起來很枯燥,一旦真正進入數學領域,解決一個苦思冥想的難題,常常會被數學帶來的美感所震撼。學數學也得遵循一個由易到難的過程。首先,興趣很重要。我比較幸運,那個時代整個社會對數學都是很崇拜的。「學好數理化,走遍天下都不怕」。

 

另外,要多讀讀數學史和數學家傳記,多了解數學在其他學科和實際中的重要性。其次,還得「多動腦、勤動手」。多動腦,就是要養成思考數學概念來龍去脈的習慣,許多數學概念都有它的物理和實際背景。勤動手,就是像孔子說的那樣,學而時習之。通過做練習、解決問題來強化自己的數學知識。遇到不會解答的問題,不要輕易放棄,需要鍥而不捨,通過查資料和問老師,直到問題得到解決,這樣來的數學知識才是紮實的。

 

學好數學的科學語言

 

創新性研究破解難題

 

鍾平表示,二十世紀最著名的數學大師希爾伯特說,數學是科學的語言。這點我深有體會。有了好的數學基礎,轉向其他學科包括工程應用,不是一件太難的事情。努力和機遇對一個人的成功都很重要,我很感謝眾多合作者給予我的無私幫助。

 

鍾平於1988年獲武漢大學數學系學士學位,1989年獲巴黎南大數學系統計學碩士學位後,報考法國著名的工程師學校巴黎高等礦業大學,師從著名非線性控制專家Praly教授,轉而攻讀並於1993年獲得自動控制與應用數學博士學位。其後在法國、澳大利亞和美國多所高校和研究所從事研究工作。1999年受聘於紐約科技大學電氣與計算機工程系任助理教授。因突出的研究成果,系主任美國工程院院士Goodman教授力薦鍾平提前申請終身教職(Tenure)。結果3年內拿到終身副教授職稱(美國高校助理教授升到終身職一般需6年)。2007年聘為終身正教授。姜教授在NYU建立的控制與網絡研究實驗室目前有一個美國碩博連讀生,一個西班牙留學生,兩個印度留學生,五個中國大陸研究生(其中三個是博士生)。

 

鍾平說,我的博士導師Praly教授是國際上公認的非線性和自適應控制學科帶頭人,他讓我做的課題屬於理論性,主要探討一般非線性系統的控制方法。博士畢業那年,我去法國國家計算機和自動化研究所(INRIA)做博士後,導師是著名的機器人專家Samson教授,給我的任務是研究衛星的姿態控制,探討在只有兩個控制器運行的情況下能否找到一個穩定的控制器。這是當時國際控制界的一大難題,專家早已指出,運用傳統的控制理論,該問題不可解。在Samson教授指導下,我對衛星姿態控制這個新方向作了深入研究,經過半年時間,我和合作者首次提出來一種新穎的非線性控制方法,解決了衛星姿態控制難題。後來,我離開INRIA去澳大利亞國立大學做研究員。在那,我遇到了來自荷蘭的Nijmeijer教授,一起合作將基於衛星姿態控制法推廣到一類欠驅動非線性力學系統。相關研究結果發表在我們控制領域的兩個頂尖雜誌上,受到國際同行的高度評價。接着又和Mareels博士合作,解決帶輸入不確定性的非線性控制難題。

 

經過一年深入研究,我們提出了非線性小增益控制法,進一步完善了我博士期間提出的非線性小增益理論。現在,該理論被超過10本非線性控制專著引用,已經成為非線性控制領域的通用方法之一,在許多控制工程問題中得到應用。1998年我榮獲了澳大利亞「伊麗莎白二世傑出研究獎」。

 

大眾創業大眾創新的時代

 

凸顯頂尖優秀人才和典範

 

姜鍾平博士闡述其研究成果時表示,我的博士論文研究的是由兩個非線性控制系統組成的關聯系統穩定性,目的是提出可在工程應用中方便使用的工具。我在1994年發表的文章《輸入狀態穩定關聯系統的小增益定理及其應用》(Small gain theorems for ISS Systems and applications)裡,我和合作者使用增益的概念,首次提出針對非線性輸入狀態穩定的關聯系統的穩定性判據。該穩定性判據已經廣泛得到國際控制界的認可,被稱為「姜─TeelPraly小增益定理」,為後來我和合作者建立的、至今較為成熟的非線性小增益理論奠定了堅實的基礎。這項工作已經被廣泛運用到控制論的許多分支,解決了一系列懸而未決的難題。在最近幾年裡更是在系統生物學、智能交通、智能電網等交叉學科中找到應用。

 

2008年第七屆全球智能控制與自動化大會(WCICA)於625日至27日在重慶召開。來自二十多個國家和地區的1500餘名專家、學者和學生參加盛會。該會是控制和自動化領域在中國舉行的三大國際會議之一。姜鍾平教授和美國佛羅里達大西洋大學王沅教授合作的論文系統地研究了複雜非線性大系統的穩定性問題,並提出了多回路、網絡非線性小增益定理,極大地推廣了之前文獻中的相關結果,經匿名專家評審,在會議上宣讀論文並回答專家提問,最終榮幸地獲得「最佳理論論文獎」。

 

2011722日至24日在煙台國際會議中心成功召開第30屆中國控制會議。共收到來自22個國家和地區的投稿論文2304篇。論文涉及37個研究方向。參會人數超過1千人。其中254篇論文申請《關肇直獎》。姜鍾平教授和劉騰飛博士後與香港大學希爾(David Hill)教授合作的論文,因在量化非線性控制研究榮獲「2011年關肇直最佳論文獎」。(關肇直教授是中國科學院院士、國內外知名的數學家和控制理論專家。他一生致力於數學、控制科學和系統科學的研究和發展,作出了重要的貢獻。1994年控制理論專業委員會設立了《關肇直獎》,2003年成為中國自動化學會的一個獎項。論文第一作者年齡不超過四十周歲,每年每次獲獎名額不多於兩篇。)

 

2013年亞洲控制會議於623日至26日在土耳其首都伊斯坦布爾召開。收到來自56個國家和地區的720篇投稿,經匿名評審,最後接受約550篇高水平文章,競爭相當激烈。經書面評審和口頭答辯,評獎委員會決定將「2013最佳青年作者獎」授給姜宇。(文章由姜宇、姜鍾平教授合著,第一作者姜宇是鍾平的博士研究生)。文章中首次提出了一種新的基於數據和強化學習的非線性最優控制法,而且該方法在電力系統和計算神經科學中得到驗證。

 

2016612日至15日在中國桂林召開第12屆全球智能控制與自動化會議。本次會議收到來自17個國家和地區的759篇投稿。每篇論文經過至少三名專家評審,最後會議接受了610篇論文,包括口頭報告和張貼論文。論文涵蓋控制和系統理論、智能控制、大數據、工程優化、建模和分析及智能機器人等多個控制和自動化領域。姜鍾平教授和他的博士生邊濤合著的論文榮獲本屆會議的「Steve and Rosalind Hsia最佳生物醫學獎」。獲獎原因是:論文中提出了一種基於數據的隨機優化控制模型,用以解釋人的大腦如何控制身體運動,研究結果和相關實驗數據高度吻合。

 

活躍國際學術平台

 

著書立說影響深遠

 

姜鍾平(ZHONGPING JIANG)教授是以下三本專著的合作者:

 

1.Stability and Stabilization of Nonlinear Systems》(《非線性系統的穩定和鎮定》)出版社Springer, 2011

 

2.Nonlinear Control of Dynamic Networks》(動態網絡的非線性控制)出版社CRC Press, Taylor and Francis, 2014

 

3.Robust Adaptive Dynamic Programming》(《魯棒自適應動態規劃》)聯合出版社 IEEE-Wiley, 2016出版。

 

目前鍾平教授擔任多個國際期刊副主編(Associate Editor or Editor,還擔任《控制與決策》(《Journal of Control and Decision》)國際英文期刊執行主編。創辦《控制與決策》英文期刊是為了適應經濟全球化和科技一體化進程的需求,促進國內外的學術交流和科技合作,打開對外科技信息交流的重要窗口;並提供與國際學術組織與學者進行交流的重要平台。已於20143月正式出版,該刊為季刊,由東北大學主辦,與國際出版公司Taylor & Francis Group(英國)合作出版。

 

20161022日於紐約春暉室

 

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