《南海院士风采录》系列—李衍达(中国科学院院士、信号处理与智能控制专家)

来源:《南海院士风采录》 访问量:- 发布日期:2021-03-30 17:26:01

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  李衍达院士1936 年10 月12 日出生于广东省东莞,祖籍广东省南海县九江特别区北方乡(今佛山市南海区九江镇下北大伸村)。1959年毕业于清华大学自动控制系,1991 年当选为中国科学院学部委员(院士),清华大学信息科学与技术学院院长,信号处理与智能控制专家,主要从事信号处理理论和地震勘探数据处理方法的研究,提出了一系列达到国际先进水平的新定理和新方法。

  

  1996 年4 月间,在广东省南海市举行了一场关于信息化建设的演讲,主讲者是南海籍中国科学院院士、时任清华大学信息科学技术学院院长的李衍达。据亲历者回忆,当时会场挤满了人,走廊上也加了座位,还有更多的人站着听。与会者从李院士的演讲中感受到信息世界的奇妙,得到了信息化的最初启蒙,而他的杰出成就,也让南海人民感到自豪和骄傲。

  李衍达,信号处理与智能控制专家。1936 年10 月出生于广东省东莞,广东省南海县九江特别区北方乡人(今佛山市南海区九江镇下北大伸村)。1954 年毕业于广东广雅中学,考入清华大学自动控制系。1957 年加入中国共产党。1959年大学毕业后在清华大学任教至今,曾任清华大学自动化系主任,清华大学信息科学技术学院院长,清华大学学术委员会主任,中国科学院信息技术科学部主任,国务院学位委员会委员和“控制科学与工程”学科评议组召集人,中国自动化学会副理事长,《电子学报》主编,中国自动化学会智能自动化专业委员会名誉主任。1991 年被选为中国科学院学部委员(1993 年10月改称院士)。


◆ 年少好学报考清华

  李衍达的童年是在抗日战争的炮火中度过,曾在莞城阮涌小学就读。后来,年少的李衍达跟随母亲前往广州,在那里继续他的学业,后入广雅中学读书。李衍达品学兼优,深受校长喜爱,特许免试录取于广雅高中。求学期间,李衍达将学校图书馆里所有能看的书都看遍了,像海绵一样吸收各类知识,尤其热爱物理方面的书籍。

  中学时的一堂物理课深刻地铭记在他的脑海里,甚至可以说影响了李衍达的一生。在那堂课上,老师吴蔚棠向学生提问:“现在提第四个问题,请大家解答一下,电池内部电流是由什么构成的呢?请李衍达同学说说。”李衍达思考了片刻便回答:“荷电的离子受两极所造成的电场的吸引而作有规则的运动,负电离子向正极移动而正电离子向负极移动,组成电池内的电流。”吴老师十分赞同:“他所说的是完全对的,答得很好,很完满。我再提一个问题,如何将导体中电流的意义扩大起来结合电池内部电流的构成,概括出电流的意义呢?”吴老师又要求李衍达回答。“带电的微粒受电场吸引而作有规则的运动便组成电流。”李衍达的回答让吴老师十分高兴:“回答得完全对,而且概括得很好。你想到了电子和离子一样是微粒,十分难得。李衍达同学一定事前看过很多参考书,对这问题有完全深入的了解,我教高中物理两年来没有同学回答得这么完整的,这是难得的,你们大家对物理都很用功,可是概括力不够,这就要向李衍达同学学习,他概括得很好。”

  老师的赞许深深地触动了李衍达,因为这些问题在高中的物理课上是没有涉及的,完全离不开李衍达广泛的课外阅读与上课的自我心得。虽然李衍达那时候课余阅读的书主要是物理学方面的,但其他书籍涉猎也很广,并认认真真作了笔记。时至今天,李衍达仍然认为自学、阅读课外书对他的一生帮助很大。

  新中国成立初期,实业兴国的浪潮席卷全国,李衍达一心梦想去工业发达的北方上大学。那时候的李衍达想过当海军,想考大连的船舶学院,快报志愿的时候,他征求老师们的意见,吴蔚棠老师建议他考清华电机系,于是李衍达又改考清华了。


◆ 曲折绵长深造之路

  1954 年,李衍达从广东省广雅中学毕业,考入了清华大学机电工程系。在大学一二年级,李衍达的各科成绩全部都是优秀。大三的时候,学校新组建了自动控制系,李衍达被挑选到新专业读了不到一年,1958 年,李衍达因成绩优异被抽调去做助教,辅导同年级学生课程。但是很快他又接受了一个十分艰巨的任务——参加了当时全国第一台数控机床 (机床用计算机来控制)的研究组,这让李衍达未能料及,而且困难重重,因为当时国内还没有程控计算机,他们仅凭一张通过记忆画出来的图纸开展工作,更糟糕的是又赶上三年自然灾害,大家连吃饱穿暖的问题都未能解决,但李衍达他们仍然常常饿着肚子坚持做实验。

  功夫不负恒心人。经过近两年的不懈努力,国内第一台程控计算机终于如愿产生了,并开始正式应用于飞机零件的制作。这种顽强拼搏的精神影响了李衍达一生,往后的很多研究,他都不畏艰辛,刻苦直前。在那些奋力攀登的岁月里,李衍达深深沉醉于自由探索的乐趣之中。

  1966 年,“文革”开始了,李衍达被迫中断了科研工作,到清华大学第九食堂去做了两年的师傅,负责烧火,买菜,后来又成立工农兵试点班,教试点班,及至工宣队进校,认为李衍达劳动还不够,又让他到大兴农场去种水稻,李衍达到大兴又劳动了一年多,利用劳动的间隙时间,李衍达研制出了我国第一台感应同步器及其显示控制设备。直到1978 年,李衍达返回清华大学,担任电机系主管。刚刚遇上一个相对稳定的工作环境,李衍达却又走上一条艰苦的求学路。

  1978 年夏天,李衍达通过考试被遴选为我国首批赴美访问学者,选送到美国麻省理工学院,跟随奥本海姆(A.V.Oppenheim,美国工程院院士) 教授研习数字信号处理。但奥本海姆并非立刻接受这位学生,他先安排李衍达修三四门基础课,这几门课都是关键性的重课,李衍达加倍刻苦努力,凭着他在大学期间培养的自学能力,将起码要一年半至两年才能修完的几门课不到一年就修完,获得了在实验室做研究的资格。

  李衍达进入实验室,选择了地质勘探信号处理方向。此时奥本海姆教授对这个中国学生仍有担忧,还想考考李衍达,在黑板上出了一道有关求解在地面上爆炸,经地下反射后到地面接收的地震波的问题。没过几天李衍达便给出了答案,虽然不是很完备但已算不错。这时,奥本海姆又给了他一份已毕业的研究生论文。这位倔强不认输的中国学者,一段时间后不仅读懂了论文,还对论文中的方法提出了修改意见和改进方案,通过层层考验李衍达终于得到了奥本海姆的肯定。

  赴美期间,李衍达综合物理、数学与信号处理知识,进行“人工地震波的传播与反射”研究,提出了利用相位函数重构信号理论进行反射波抵达时间估计的新方法,从而跻身于信号处理理论及方法的前沿。进修期间,李衍达还利用假期兼修微处理机。


◆ 勇攀前沿科学高峰

  1981 年李衍达返回清华大学,清华电子教研组的童诗白教授、模式识别教研组的常迵教授均力邀他任教。于是李衍达在电子学组工作两三年后,又到模式识别教研组授业。1991 年,李衍达与常迵教授合著《信号重构理论及应用》,同年被选为中科院院士。此后李衍达长期从事信号处理理论方法及应用的研究,着重在利用部分数据重构信号、小波分析、分形信号处理以及诸方法在油气勘探与开发中的应用。他突破传统的地震勘探数据处理技术,把测井、地震和地质三个结合在一起,构建了融合测井和地质工程师知识、地震数据、大规模信息分析的新方法,于胜利油田发现三口新的高产井。如今,将地震勘探、地质工程师解释与测井数据同时处理,人机交互,已成为油气勘探的重要手段。

  1994 年,互联网进入中国。针对网络信息这一迅速发展的新领域,李衍达将目光投向了互联网,致力于互联网信息处理。李衍达率先在清华建立了网络信息研究小组,将多年研究的智能信息处理与智能控制方法,用于网络的控制和网络信息的检索。侧重于智能信号处理的方法及系统的研究,如人工神经元网络、模糊系统、专家系统、进化算法的理论模型及其在信息网络智能控制中的应用。在信号重构理论方面,李衍达提出了利用幅度谱和部分采样点重构信号的新定理,使所需的采样点由N/2减至N/6;提出了应用相位重构技术估计时延的新方法;提出了仅用幅度谱重构最小相位信号的新算法。与合作者在不用不完全投影重建图像问题上,提出了新的投影关系定理;在将信号处理,模式识别技术应用于地震勘探数据处理方面,提出了利用测井资料提高地震剖面分辨率的新方法,以及综合地质、测井、地震资料预测储层分布的方法等,在油气勘探开发,油田勘探等方面取得实际应用效果。

  李衍达以自由探索为一生的愉快与幸运,探求新知,好学笃行,其科学研究不以学科领域为限。1996 年以来,随着人类基因组计划的实施,李衍达视生物信息学、系统生物学为信息科学发展之重大机遇,于是越自动化、计算机、生物诸学科之分野,兼容摄纳,率先开展这一21 世纪科学前沿命题的探索。倡导创建“清华大学生物信息学研究所”,为首任所长;2002 年发展为我国首家“生物信息学教育部重点实验室”;2004 年部分合入“清华信息科学技术国家实验室生物信息学研究部”。并兼任“北京生物工程学会生物信息学专业委员会”主任之职。在生物信息学这一新兴方向上,李衍达主持了国家自然科学基金重点项目“复杂系统意义下生物信息学中若干问题研究”等项目,致力于将复杂系统的信息处理方法应用于生物学、医学、中医药学,于基因组序列的信息结构研究,基因调控网络的建模和仿真诸方面,颇多创获,推动了信息科学与生命科学之交融。

  李衍达曾两次获“国家自然科学奖”,四次获“国家教委科技进步奖”,一次获“国家优秀科技图书奖”,一次获“国家教委优秀教学成果特等奖”。出版有专著《信号重构理论及其应用》《神经网络信号处理》《信息世界漫谈》和《信息、生命与智能》。


◆ 研究学问先研究人生

  当今的科学研究十分重视团队建设,一个有为的学者也应是一个善于组织的人。李衍达认为,科学研究总是集体的行为,经验和见识与敏锐和勤奋的结合,往往也是在一个集体中才能充分体现出来。由于李衍达在中学、大学常常担任班长、团支部的工作,培养了团结、组织方面的能力,也为以后的学习与工作积累了社会工作的经验。李衍达在清华组建了信号处理理论与地震勘探、智能信号处理、生物信息学、系统生物学与中医药现代化等多个研究团队,李衍达把敢于向世界一流水平挑战的精神带到研究小组中来,树立起高标准,在研究小组里鼓励探索、允许失败,发扬民主、平等讨论,并逐渐形成一种气氛。在研究小组里通过全组人员的努力,经过成功与失败,建立了共同的目标,建立了民族自信心与自豪感。

  事业上取得了成功,名气也大了,但李衍达依然保持着学者的谦虚与谨慎,他曾撰写了一副对联:“好高骛远,班门弄斧,真是百无禁忌;瞻前顾后,左思右量,唯恐百密一疏。”横批:“乐其不疲,我行我素。”其意之切,其趣之浓,由此可见一斑。

  李衍达深以“自强不息,厚德载物”为训,以“好奇、多思、正直、谦和”自勉,并且率先垂范,提掖后学,首重做人,他常常对学生说“研究生首先是研究人生,然后才是研究学问”,理清做学问与立身做人的关系,强调坚毅品格与创新能力的重要性。“研究生要研究人生。为什么呢?你研究课题,只影响你的论文;研究人生,却影响你所有的方面,包括重大问题的抉择和你的论文。研究人生主要研究什么内容呢?一是人生的态度;二是人生的意义。”他鼓励学生要有“三想”和“三力”——理想、梦想和幻想,努力、毅力和合力。

  作为博士生导师,李衍达培育了博士近四十名(其中两人获“全国优秀博士学位论文”奖,一人获“北京市优秀博士论文”奖),桃李门生,私淑弟子,遍及海内外政商学界。


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