【科学讲座】卜东波:计算的魅力

  • 文/梁阳光 图/孙小丁 (本科部)
  • 创建于 2018-03-27
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  “给定100本同样的书,每本书都裁成小纸条,能否通过这些纸条读出这本书?”

  2018年3月22日晚7点,在中国科学院大学玉泉路校区阶一5教室举行的科学前沿进展名家系列讲座第123讲上,中国科学院大学博士生导师、中科院计算所研究员卜东波向同学们提出了这样的问题。

  此次讲座的主题为“计算的魅力”。讲座伊始,卜东波研究员从“什么是计算”出发,漫谈机械式计算机,生物计算机与生物学中的计算向同学们讲述了人类探索计算的历史。

  早期人们通过纸笔演算和心算来解决简单的问题,之后人们发明了算盘来进行辅助计算。在此,卜老师指出,“从计算机的角度来看,算盘珠就是存储,口诀就是计算语言。”而后纳皮尔通过变乘法为加法发明了算筹,帕斯卡为了帮父亲计算税款而发明可自动进位的机械式加法器,莱布尼兹在帕斯卡的基础上加入步进轮从而发明乘法机械计算机,杰卡德通过穿孔卡存储花样的发明可编程织布机,巴贝奇巧妙利用蒸汽动力计算多项式求值的差分机……诸多机器的发明进一步发展了机械计算。最终图灵试图回答希尔伯特提出的“数学是机械式可计算的吗”而发明的图灵机回答了“什么是计算”的问题,即图灵-邱齐猜想:“任何可计算的问题都可由图灵机计算”。

  讲座中,卜老师还向大家展示了他收藏的一些早期计算机械,引起同学们极大的兴趣。

  而后,卜东波又向同学们介绍了乐理中的计算。管仲通过三分损益法,根据某一标准音的弦长推算其余一系列音律的弦长从而创造了宫商角徵羽五音,吕氏春秋对管仲的方法进行了补充,变三分损益为六分损益,却又导致了十二音律不能周而复始的问题。到了明朝,朱载堉通过算盘计算出的25位有效数字,成功将八度音等分为十二等分并在此基础上创导了七声音阶。

  讲座期间,卜东波也根据自己的工作,向同学们讲述了基因测序中的困难及通过计算进行基因组序列拼接的过程。基因测序本身是一个很难的问题,然而科学家们依据数学问题找到了解决这一问题的方法。“将依据哈密尔顿问题制作的特定的DNA片段放入试管,加入合成酶促使互补链配对,形成的最长DNA链就是答案。”DNA的计算利用数学过程的组合来对DNA分子进行抽取和检测,而利用DNA建立的DNA计算机则与量子计算机同为未来最有可能的新型计算机。

  卜东波在此次讲座中提出的一些很有意思的问题,将原本复杂的问题简单化,令讲座内容更加有趣,更加贴近同学们的学习生活,也令大家深刻理解了计算到底有何魅力。最后讲座在热烈的掌声中结束。

卜东波为同学们进行精彩讲座

卜东波向同学们展示计算机从古至今的演变发展

主讲人简介

  卜东波,中国科学院大学博士生导师、中科院计算所研究员。2001年毕业于中科院计算所,获得博士学位;2006年-2008年于加拿大滑铁卢大学作访问学者;曾获中国科学院院长奖学金。主要研究生物信息学,包括蛋白质结构预测算法、基因组序列拼接算法,以及基于质谱的糖结构鉴定; SAT问题,NP完全问题快速算法,算法设计和复杂性,聚类算法和分类算法,信息检素及text mining,网络应用,信息安全,统计分析等。

延伸阅读:

  “科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月,是中国科学院大学为本科生开设的必修课程,同时欢迎研究生与教职工参加,由中国科学院大学本科部主办,讲座召集人为徐涛院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机、天文、电子信息工程、环境九个专业,邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展,让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展,拓宽学生的学术视野,为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。

 

责任编辑:黄巧