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作為基礎(chǔ)科學，數(shù)學正越來越廣泛地應用于不同行業(yè)和領(lǐng)域，影響和改變著我們的生活。

日前，相關(guān)高校作為依托單位的首批13個國家應用數(shù)學中心公布，將聚焦發(fā)展需求，搭建合作平臺，推進數(shù)學與工程應用、產(chǎn)業(yè)化的對接融通。各高校和行業(yè)人才的合作交流、取長補短，也會激發(fā)新的科研方向和應用領(lǐng)域，讓研發(fā)、轉(zhuǎn)化、落地的鏈條更加順暢。

日前，科技部公布首批13個國家應用數(shù)學中心名單，相關(guān)高校作為依托單位獲準建設(shè)。其中，南京大學牽頭、聯(lián)合東南大學建設(shè)的江蘇應用數(shù)學中心榜上有名，將聚焦智能算法領(lǐng)域，進一步搭建校企合作平臺，推動科研成果的轉(zhuǎn)化。

“數(shù)學是一門古老的學科，近代數(shù)學的發(fā)展推動著現(xiàn)代社會的進步，每一次工業(yè)革命都是以數(shù)學為先導。我國的5G標準，也是因為科學家們將一篇十幾年前的數(shù)學論文變成了現(xiàn)實。”江蘇應用數(shù)學中心主任、南京大學數(shù)學系主任秦厚榮教授介紹，現(xiàn)代社會發(fā)展中，許多問題的核心都是數(shù)學。

數(shù)學與不同專業(yè)交叉融合，不斷改變我們的生活

日常生活中，我們能通過電視、網(wǎng)絡(luò)及時了解世界各地的訊息，這是數(shù)學方法用于信息的壓縮、傳遞和解碼;我們點開手機，購物平臺根據(jù)不同特點，顯示出“千人千面”的推送，背后有著復雜的數(shù)學模型;我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，購買的東西并不是直線抵達所在的城市，這是數(shù)學分支中運籌學在生活中的運用……此外，城市建設(shè)與社會發(fā)展中也存在許多數(shù)學問題，比如氣象預測、污染防治、交通規(guī)劃。

“這些都是數(shù)學與不同專業(yè)的交叉融合，展現(xiàn)出這門基礎(chǔ)科學逐漸從幕后走向臺前、不斷影響和改變我們生活的過程。”秦厚榮介紹，這體現(xiàn)了數(shù)學為其他學科提供理論支撐、為各種行業(yè)提供研究方法、為多元領(lǐng)域給予應用手段。

數(shù)學是自然科學皇冠上的明珠，也是重大技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。2019年，四部門聯(lián)合制定《關(guān)于加強數(shù)學科學研究工作方案》，提出建設(shè)應用數(shù)學中心的指導意見，搭建數(shù)學科學與數(shù)學應用領(lǐng)域的交流平臺，聚焦、提出、凝練和解決一批國家重大科技任務(wù)、重大工程、區(qū)域及企業(yè)發(fā)展重大需求中的數(shù)學問題，成為航空航天、國防安全、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的重要支撐。

在秦厚榮看來，江蘇國家應用數(shù)學中心的建立宗旨，也在于立足和服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展和社會創(chuàng)新。江蘇的工業(yè)總產(chǎn)值約占全國的1/8。制造業(yè)總量雖然規(guī)模大，但面臨發(fā)展不均衡的問題。如何順應新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革、加快實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展?以工業(yè)制造業(yè)為例，轉(zhuǎn)型升級不僅依賴于新材料新技術(shù)的運用，工業(yè)大數(shù)據(jù)的核心更在于基于數(shù)學建模算法的創(chuàng)新應用。

隨著數(shù)學在高新科技、重大工程、公共安全特別是人工智能等領(lǐng)域扮演越來越重要的角色，人們對其的認知、了解和重視程度也在逐漸改變和加深。“數(shù)學學科本身也將在不斷解決新問題、新挑戰(zhàn)中，在不同行業(yè)、不同領(lǐng)域的實際應用和檢驗中，迎來向更寬廣、更縱深發(fā)展的契機。”秦厚榮說。

結(jié)合發(fā)展需求和特色學科確定研究課題

首批13個應用數(shù)學“國家隊”的研究方向各有側(cè)重，但核心目標都是服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略需求、面向解決制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，促進重大技術(shù)創(chuàng)新。

江蘇應用數(shù)學中心所聚焦側(cè)重的智能算法，是數(shù)據(jù)科學與新型算法結(jié)合的產(chǎn)物，該領(lǐng)域的研究涉及微分方程、幾何拓撲、運籌優(yōu)化、概率統(tǒng)計等應用數(shù)學的各分支及方向。

在分析國家社會需求和盤點特色學科的基礎(chǔ)上，中心針對醫(yī)療圖像和智能診斷、雷達探測和芯片模擬、信息通信和智能控制、飛行器研究和設(shè)計、智慧城市等智能算法的關(guān)鍵性應用場景，首批建立了5個研究課題組。成員來自各共建高校，包括歐洲科學院院士、長江學者、國家級教學名師、杰出青年等各類人才。

前不久，該中心的醫(yī)學圖像處理數(shù)學團隊和一家三甲醫(yī)院的“超聲診療醫(yī)生團隊”，針對病人的就診B超影像資料，開展了一場乳腺腫瘤的良惡性診斷比賽。醫(yī)生團隊由老中青專家醫(yī)生組成，根據(jù)B超影像結(jié)合醫(yī)學知識和臨床經(jīng)驗獨立評判;數(shù)學團隊由兩名碩士生組成，利用B超影像設(shè)計算法，快速地自動給出評判。

根據(jù)病理檢查“金標準”的裁決，雙方幾乎打成平手。醫(yī)生團隊專家認為，基于數(shù)學的圖像處理方法，利用特征提取、大數(shù)據(jù)分析和快速算法，可以提供客觀、穩(wěn)定和精準的分析結(jié)果，有助于減輕醫(yī)生負擔、提高效率及準確率、緩解醫(yī)療資源不均，為分級診療和智慧醫(yī)療服務(wù)。

“醫(yī)學圖像的精準分析和處理，是精準醫(yī)療和智慧診療的關(guān)鍵。”南京大學數(shù)學系教授楊孝平說，醫(yī)學影像的處理還存在著很多挑戰(zhàn)，如目標邊界模糊和缺失的影像分割問題、深度學習的理論問題等，對于這些問題的解決，數(shù)學將起關(guān)鍵作用。

楊孝平介紹，中心建成以后，將從小團隊走向大團隊，進行集中攻關(guān)和聯(lián)合攻關(guān)，更加緊密地對接和解決現(xiàn)實問題，實現(xiàn)產(chǎn)學研全鏈條的學科資源整合優(yōu)化，有望為我國的高端醫(yī)療裝備提供具有自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)技術(shù)和支撐做出貢獻。

聽起來十分高大上的有限元高頻仿真算法及軟件課題，探索高效求解高波數(shù)聲波和電磁波散射問題，可應用于雷達探測、芯片設(shè)計與天線研發(fā)等工程領(lǐng)域。比如通過高頻電磁仿真，可更精確識別目標飛行器或改進雷達設(shè)計。杰出青年基金獲得者、南京大學數(shù)學系教授武海軍說，高頻波動問題的數(shù)值模擬是數(shù)學和工程領(lǐng)域的公認難題。

有限元高頻仿真軟件，目前國內(nèi)還是空白，國際上有一些行業(yè)軟件，但往往不適用于求解實際高頻波動問題，這項“卡脖子”工程，有待通過算法研究實現(xiàn)突破。“在這一領(lǐng)域，南京大學數(shù)學系在理論研究方面走在全國甚至世界前列，中心成立后將與共建單位在軟件研發(fā)、實際應用方面合作發(fā)展。”武海軍說。

校企聯(lián)手推進數(shù)學應用的創(chuàng)新、轉(zhuǎn)化和落地

在這里，各項科研課題具體如何開展呢?南京大學數(shù)學系副主任鄧衛(wèi)兵教授介紹，關(guān)鍵在于“跨界融合”。

這從中心的聯(lián)合建設(shè)單位名單就可見一斑：南京大學、東南大學聯(lián)合了蘇州大學、中國礦業(yè)大學、南京航空航天大學等多所高校，合作企業(yè)涉及醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)制造等行業(yè)，各自都有著優(yōu)勢領(lǐng)域及王牌方向。

聯(lián)合多單位進行數(shù)學應用的協(xié)同創(chuàng)新，不僅可打破校內(nèi)學科界限，也將突破校外的研究壁壘，促進政產(chǎn)學研融合，打造“超強大腦”，充分而精準地調(diào)配資源，開展廣泛交叉的科學研究及應用研究，推進科研成果的落地。

五大重點課題中的“管道流的理論分析及智能計算”，瞄準航空工程中的發(fā)動機設(shè)計開展研究，其基礎(chǔ)是空氣動力學，除了在航空航天領(lǐng)域用于飛行器的制造之外，也廣泛應用于能源材料、交通運輸、建筑學等方面。

該課題團隊由南京航空航天大學千人計劃專家領(lǐng)銜。南航數(shù)學學科的發(fā)展緊密圍繞航空航天特色開展，具有多學科交叉研究的基礎(chǔ);課題組其他成員分別來自南京大學、南京師范大學等高校，具有基礎(chǔ)理論、流體力學等細分領(lǐng)域的學科優(yōu)勢，不同成員之間能取長補短。

“這樣的強強聯(lián)合，不僅能推動航空發(fā)動機領(lǐng)域的研究，也會激發(fā)出新的科研方向、應用領(lǐng)域，推動學校之間、校企之間、跨區(qū)域之間交流制度的形成和完善。”鄧衛(wèi)兵說，中心建立后還將整合優(yōu)勢資源開展更深入的應用研究。

下一步，這支“國家隊”還有兩大規(guī)劃設(shè)想。

在科研應用上，中心將集聚全省數(shù)學科研力量，形成人才集聚效應，建立政產(chǎn)學研成果轉(zhuǎn)化的長效機制，打通科技創(chuàng)新的最后一公里。

目前，依托中心和南京大學數(shù)學系，成立了南京市政府備案的新型研發(fā)機構(gòu)——南京南數(shù)數(shù)據(jù)運籌科學研究院，一頭溝通政府、企業(yè)需求，一頭連接高校、專家資源。“既避免了科研資源因找不到市場方向而產(chǎn)生浪費，也讓實際需求快速找到對應的技術(shù)支持，使科技成果轉(zhuǎn)化更加便捷、高效。”鄧衛(wèi)兵說。

在人才培養(yǎng)上，也有望改變以往聘請院外、校外兼職教授缺乏機制、資金與渠道的難題，通過數(shù)理基礎(chǔ)、技術(shù)研發(fā)、應用落地3個層面的交叉融合，培養(yǎng)一大批跨專業(yè)的復合型人才。