前沿技术讲座(目的意义和感受)

计算机技术前沿浙江大学计算机学院吴飞Wufei@

什么是前沿Highlydevelopedorcomplex:高度发达的，复杂的（强调实用性，如受到保护的专利技术与代码）Beingatahigherlevelthanothers:高于其余的水平（强调专业性，如每个公司的业务范围）：Aheadofthetimes;progressive:超前的；进步的（强调创性研究，如基础科研项目）：Faralongincourseortime:后阶段的，晚期的：（强调成熟性，如登陆火星或航天飞机使用）来自金山词霸前沿的东东受到国家鼓励从国家层面而言，如下项目具有前沿代表性：国家自然科学基金：www.nsfc.gov.cn国家863计划:.cn国家重点基础研究发展计划：www.973.gov.cn研究型大学的共性特点：学术自由自然科学基金的基本定位与任务

国务院赋予基金委的职责（2000年12月）

营造良好环境、推动源头创新、培养优秀人才、促进社会进步

根据国家发展科学技术的方针、政策和规划（国家中长期科技发展规划），按照与社会主义市场经济相适应的自然科学基金制运作方式，运用国家财政投入的自然科学基金，资助自然科学基础研究和部分应用研究，发现和培养科技人才，发挥自然科学基金的导向和协调作用，促进科学技术进步和经济、社会发展。基础研究

应用基础研究基金资助的基本格局---两大资助板块研究项目人才培养资助体系源头创新以人为本相辅相承，交叉融合科技活动与专项工作国家对自然科学基金的财政投入逐年增长

（经费增加，作用加大，责任更重，管理要求更高）项目资助体系面上项目重点项目国际合作交流专项项目重大项目重大研究计划源头创新的三个层次面上、重点、重大仪器、出版、科普、天元等自由申请青年基金地区基金小额探索国际合作、出国开会、国内会议等2002年，批准面上项目5808项，资助经费11.56亿元，平均资助强度为19.91万元，资助率为21.05%（项数）;2003年批准面上项目6359项，资助经费13.22亿元，平均强度为20.79万元，资助率为20%。在“九五”期间，共资助重点项目629项，资助金额为5.39亿元，平均资助强度为每项85.8万元。2002年批准207项，平均每项150万元；2003年批准251项，资助经费3.5773亿元，平均每项142.5万元。项目板块结构图人才培养资助体系国家杰出青年科学基金创新研究群体青年科学基金国家基础科学人才培养基金海外、港、澳青年合作研究基金面向本科生、研究生教育的理科基地以项目研究为主线至2003年，国家杰出青年科学基金已资助1174人，海外、港、澳青年合作研究基金364人，创新研究群体资助55个（不包括2003年21个正在进行实地考核的群体）。人才板块结构图高等院校获2003年面上项目资助项数和资助率的情况表1、2003年度浙江大学国家自然科学基金批准项目分按学院分布表

单位资助情况项目获准率（%）批准项数经费（万元）理学院31757.0024.2生命科学学院16534.5025.4机械与能源工程学院24785.0030.8材料与化工学院361147.0032.4电气工程学院7114.0021.2信息科学与工程学院18373.0018.9计算机科学与技术学院7166.0014.6建筑工程学院10229.0023.8生物医学工程和仪器科学学院239.0015.4环境与资源学院14453.0025.5生物系统工程与食品科学学院353.0012.5农业与生物技术学院30777.0031.6动物科学学院8217.0021.6医学院29561.0020.9药学院120.006.7管理学院13182.1036.1经济学院344.2027.3测试中心242.0020.0教育学院

合计2546493.8024.5为什么要开这门课程从过来人身上学到一些全局知识，掌握学科的发展脉络激起对计算机科学的感性兴趣其实，一些前沿的东西很多时候就在我们身边计算机学院获2002年国家自然科学基金资助项目：

庄越挺基于媒体交叉参照的多媒体文档检索机制的研究吴朝晖活体声纹识别的情感补偿模型与算法研究

卜佳俊真实感三维人脸的实时重建与语音驱动的表情交互鲁东明网络虚拟环境的感知模型及关键技术研究董金祥基于本体论和产品约束的产品配置模型的研究

叶修梓海量空间数据的连续模型建模技术华炜大规模场景的几何信号处理技术

彭群生基于特征匹配的多光谱信息融合及真实感成像算法金小刚蒙太奇三维物体融合

高曙明分布式协同设计中的若干基础问题研究

张亶基于偏微分方程的动态图象恢复及应用

周昌乐意识的理论模型及其机器再现

计算机学院承担的国家重点基础研究发展规划（973项目）：鲍虎军研究员虚拟现实的基础理论、算法及其实现器官移植疗效研究：郑树森院士2003年国家自然科学基金资助的浙江大学属于计算机学科项目：

曲面几何处理与交互设计关键技术研究

杨勋年基于多幅图像的VisualHull重构及表面属性建模算法研究陈越结合第三维信息描述的二维美术动画创作方法研究耿卫东基于离散微分几何的计算机辅助设计技术研究王国瑾离散几何造型的若干关键技术研究李桂清视频图像序列与虚拟物体的融合技术秦学英几何造型中交互式LevelSet方法研究冯结青三维计算机动画艺术风格绘制于金辉乳酸类高分子生物降解的计算机仿真及三维可视化

涂克华863资助的游戏项目“网络游戏通用引擎研究及示范产品开发”，金山公司、中科院计算所以及北京航空航天大学联合承担“智能化人机交互网络示范应用”，中科院自动化所与炎黄新星承担973信息领域资助项目张兴，“系统芯片中新器件新工艺的基础研究”，北京大学梅宏，“Internet环境下基于Agent的软件中间件理论和方法研究”，北京大学罗毅，“支撑高速、大容量信息网络系统的光子集成基础研究”，清华大学

吴澄，“复杂生产制造过程实时、智能控制与优化理论和方法研究”，清华大学郭光灿，“量子通信与量子信息技术”，中国科技大学李未，“网络环境下海量信息组织与处理的理论与方法研究”，北京航天航空大学

鲍虎军，“虚拟现实的基础理论、算法及其实现”，浙江大学柴天佑，“复杂生产制造过程实时、智能控制与优化理论和方法研究”，东北大学

科研改革：国家实验室顶天与立地考核指标（专利、引用论文）对自动计算漫长追求什么是计算？什么是可以计算的？什么是计算的形式化描述？在计算机出现之前：机械计算结绳为数（在拉丁语中，“计算”的单词Calculus，其本意就是用于计算的小石子）算盘1642年，年仅19岁的法国科学家布雷兹·帕斯卡借鉴了珠算原理，发明了机械计算机；德国科学家格特弗里德·莱布尼兹改进了前者的设计，发明了“步进式计算机”，能够进行乘、除和平方的计算。20世纪初，英国剑桥大学数学教授Babbage前瞻性地提出计算机领域的一个重要思想：人类有可能设计出一种机械装置，完成一系列计算，并把信息转化为数字，用机器对它们进行处理。

什么是可以计算的费马声称当n>2时，就找不到满足xn+yn=zn的整数解费马定理计算的验证形式数据测试形式化测试C.AntonyR.HoareHoare逻辑完成形式化证明的杰出工作，但是仍旧存在困难近代计算技术的起源

图灵的伟大贡献：Turing!计算机界以他的名字命名了“图灵奖”，从1966年每年颁授一次，被誉为计算机界的“诺贝尔奖！”任何事物的产生均有理论准备，计算机的产生也不例外20世纪初几个有关计算的热点研究：德国大数学家希尔伯特（D．Hillbert）1928年提出著名的“希尔伯特纲领”，认为数学是完备（Completeness）和一致（Consistency）的，可以由数学本身去证明。所有属于自然数集合的数均属于自然数集合（完备）所有不属于自然数集合的数均不属于自然数集合（一致）证明本身是一个计算过程，如何寻找一个自动机进行证明？寻找能够替代人智慧工作的机械或装置！Godel的贡献1931年，“希尔伯特纲领”被奥地利逻辑学家哥德尔（K．Godel）用递归函数（Recursive）理论推翻，他认为没有一种公理系统可以导出数论中所有的真实命题，除非这种系统本身就有悖论。Gödel'sTheoremhasbeenusedtoarguethatacomputercanneverbeassmartasahumanbeingbecausetheextentofitsknowledgeislimitedbyafixedsetofaxioms,whereaspeoplecandiscoverunexpectedtruths...图灵的设想天才的图灵设想：能否有这样一台机器，通过某种一般的机械步骤，能在原则上一个接一个地解决所有的数学问题。1936年图灵发表一篇著名的论文《论数字计算在判决难题中的应用》。他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置，用它来计算所有能想象得到的可计算函数。计算表格LetmeseeWriteHere一个一般的计算过程程序数据图灵机：现代计算机的理论模型

两端无限长的纸带控制器（读写或计算）与现代计算机相同之处：程序与数据混合在一起，由控制器控制执行与现代计算机不同：内存无限大！没有考虑输入与输出！（所有信息都在子带上）乔姆斯基（Chomsky）对语言的分类图灵对可计算的定义：被求解问题需要形式化；必须设计一个算法；算法需要有合理的复杂度（空间与时间复杂度）可计算工具不只是计算机recursivefunction(Godel-Herbrand,1934)

λ-Calculus(Church-Kleene,1932-1934)

Turingmachine(AlanTuring1936)

已经证明：如上三种计算工具功能是等效的！为什么只是图灵机成为现代计算机理论基础是物理机械平台，而非数学逻辑平台当时工艺机械达到了设计这种机械平台的能力！在图灵时代，与之比肩人物学生时代的香农指出计算机应使用二进制完成逻辑操作，他的“香农采样定理”至今仍是芯片业、自动化产业、通讯业的基础理论之一。冯·诺依曼（参与了美国原子弹计划）将图灵机的“计算机程序存储和程序控制”原理变成了现实，所以我们也称“冯·诺依曼体系结构计算机”。图灵对计算机智能的思考“计算机会思考么？”，这样的问题是没有什么意义的。（图灵，1950年）但是我们可以通过如下测试去判断计算机是否有智能？图灵测试哪个答案是计算机回答的呢？计算机有智能么？目前没有任何程序通过图灵测试？国际象棋冠军的确败在了“深蓝”手下计算机强于快速搜索；人脑强于归纳推理人机大战－卡斯帕罗夫VS深蓝那个时候，我感觉我的面前有种新的智慧！能改行下围棋吗？2个回合以后位置变化

国际象棋约150万种围棋16亿种7个回合以后位置变化

国际象棋3514种围棋20014种与深蓝同等速度的围棋电脑每下一子需要想一年半时间！！结论：脑功能有着独特的功能特点，脑功能的认识将使人工智能研究取得的革命性突破。图灵测试仍然是一个热点！CAPTCHA是CompletelyAutomatedPublicTuringTesttoTellComputersandHumansApart（全自动区分计算机和人类的图灵测试）的简称。一个CAPTCHA是任何一个能区分计算机和人类的程序。

这种程序必须能生成并评价人类能很容易通过但计算机却通不过的测试。这个要求本身就是悖论，因为这意味着一个CAPTCHA必须能生成一个它自己不能通过的测试。

CAPTCHA项目著名的计算机专家Blum夫妇在卡内基-梅隆大学（CMU）领导；美国计算机学会（ACM）由于ManuelBlum