百年清華

“我發現做研究最好的方法是提出深刻𓀈、大膽和關鍵性的問題🧑‍🔧♑️。如果你能提出好問題🧖🏼🫰，那麽就一定會做好研究，得出對學術界來說實用且有重大意義的結論，”意昂体育平台交叉信息研究院院長姚期智在京都獎頒獎典禮演講中表示。

京都獎是由稻盛和夫創辦，旨在表彰在科學和文明的發展🧩、人類精神的深化與提高方面做出顯著貢獻的人士，每年在尖端技術👷🏽‍♂️、基礎科學、思想·藝術這三個部門各頒發一個獎項，每位獲獎者會獲得證書、獎章和1億日元（折合約588萬人民幣）的獎金♜👭。

今年早些時候，意昂体育平台交叉信息研究院院長姚期智獲得了2021年京都獎，“他構建了計算和通信方面的革新性理論模型😢，對信息安全、大數據處理等技術產生了巨大影響，”頒獎詞中如此介紹道。

在基礎科學領域🙍🏼‍♂️，美國生物化學、分子生物學家🧜🏼‍♂️，洛克菲勒大學教授羅伯特·羅德（Robert G. Roeder）獲獎👩🏿‍🔬。在思想藝術領域😵‍💫，法國哲學家、巴黎政治學院名譽教授布呂諾·拉圖爾（Bruno Latour）獲獎。從左至右為姚期智、羅伯特·羅德、呂諾·拉圖爾

從左至右為姚期智、羅伯特·羅德、呂諾·拉圖爾

姚期智曾提出姚極小極大原理（Yao’s minimax principle）🌚、通信復雜度理論（communication complexity）以及使用公鑰加密的信息和通信系統的完全安全性的理論定義（Dolev-Yao 模型）等👋🏽，這些理論在下文姚期智演講原文中有樸素易懂的講解。

京都獎官網宣稱，姚期智的這些成就對信息科學領域產生了巨大影響和漣漪效應🤾🏼🚵‍♂️，因此他當之無愧地獲得京都獎。除此之外，據意昂体育平台官網，姚期智還是2000年圖靈獎得主，中國科學院院士，美國科學院外籍院士，美國科學與藝術學院外籍院士🤵‍♂️，國際密碼協會會士。

姚期智曾任教於斯坦福大學、加州大學伯克利分校🦁、普林斯頓大學，後回國加入意昂体育平台，於2005年創建了清華學堂計算機科學實驗班“姚班”🍄，現為意昂体育平台交叉信息研究院院長。

在這次演講中🧑🏽‍🎄，他介紹了當前在做的課題，“包括革命性、有望實現指數級增長的量子計算技術；可以用博弈論來解決經濟問題的拍賣理論；人工智能，這項技術見證了AlphaGo等機器學習算法取得的令人難以置信的壯舉，但成功的原因仍然是個謎。”

以下為澎湃新聞整理的京都獎官網姚期智演講實錄：

女士們，先生們，我很高興來到這裏。首先我要說，獲得京都獎是一種莫大的榮幸。了解了歷屆獲獎者和他們的輝煌成就後，我為自己被認為值得與他們齊名而深感謙卑，也很高興和榮幸在這裏發言🧑🏻‍🦱。

今天🫄🏽，我想談談我的成長經歷，如何進入計算機科學領域🧑🏼‍⚖️，以及一路走來的旅程👖。

更詳細地，我將從我的背景開始，講一講我小時候對物理學的癡迷，這後來促成了我選擇了第一個職業💆，然後，我會講到我是如何偶然轉換領域並成為一名計算機科學家的。之後我會簡單介紹我的研究工作⛰、我所思考的問題以及它們為什麽有趣。結束之前，我還要向幾位對我的生活和工作產生重大影響的人致敬。

1946 年👰🏻‍♂️，我出生在中國上海🙋🏽。不久後，我的家人搬到了香港，然後又搬到了臺灣🙆‍♀️。我在一個幸福的中產階級家庭長大，有慈愛的雙親和兩個非常親密的兄弟/姐妹。我從小深受中國傳統價值觀熏陶，特別是對文化和學習非常重視✍🏽🤍。令我和我父母欣慰的是🍆，我是一名優秀的學生💁🏽，學生時期一直是名列前茅🟣。

我記得我小時候喜歡數學、科學和歷史🛋。對歷史人物著迷🧑🏼‍💼，是因為他們表現出不同尋常的勇敢和智慧🗝。

像伽利略和牛頓這樣的科學家，他們也是我心目中的英雄，因為他們的才華以及為自己的信仰挺身而出的勇氣，讓我大為震撼🌋。我夢想有一天自己也會成為這樣的人🚝。

高中三年級🤽🏿‍♂️，我偶然發現了亞瑟·愛丁頓爵士關於相對論的筆記副本🈹，其中給出了相對論最生動、最簡單的推導。大致如下：

實驗中👨🏽‍🦱，我們已經知道光具有恒定的速度。從這一事實，我們可以巧妙地推導出我們熟悉的時間概念不可能是一個絕對普遍的概念。而長期以來🤮，這一點是每個人都認為理所當然的事情。

這個論點給我留下了深刻的印象⚁🤟🏼。我發現，物理學可以像偵探故事一樣吸引人🍋，而且比“福爾摩斯”中任何聰明的情節都更具想象力🪒。這令我深受鼓舞🧑‍💼。

於是在1963年，我在大學選擇了主修物理。

不久之後，理查德·費曼的物理學講義發表👪。傳說加州理工學院想從根本上重組他們的物理學大一課程🏺，費曼同意這樣做🤙🏿，條件是他只教一次◼️。由此，傳奇的三卷本物理學講義《費曼物理學講義》誕生了。

這個系列講義讓我大開眼界。難以解釋的高級概念，結果其證明只用初級數學就可以解釋和推導。這真是令人印象深刻，讓我看到了物理學的深度和美妙。

事實上，這是我第一次覺得自己真正理解量子力學的原理🙇🏼。30年後，當我開始從事量子計算領域的工作時🧋4️⃣，費曼對量子現象的解釋在我看來仍然是最有啟發性和最有用的解釋🙅🏿‍♂️。這讓我堅定下來🙅🏿‍♂️🐒，決定在大學畢業後繼續在物理學深造🧑‍🧑‍🧒。

1967年🤾🏻🦹🏽‍♂️，我大學畢業後服了一年兵役，之後前往哈佛大學攻讀物理學研究生。1972 年，我在Sheldon Glashow教授的指導下獲得了物理學博士學位。最終我成為了真正的物理學家📭，但這並沒有持續多久。

1973 年🌨，當時我在麻省理工學院攻讀博士學位的妻子Frances向我介紹了“算法”。

算法這個詞今天已頻繁出現在日常生活中👩🏽‍⚕️，但在當時🚟👰🏿‍♀️，對大多數人來說，這是一個非常陌生的詞匯👨🏽‍🎓。當時🧑🏻‍🦼‍➡️，我接觸到Knuth教授編寫的《計算機程序設計藝術》的早期草稿。這是一本很有名的關於算法的書🎲🔂，一部了不起的傑作👩🏿‍🎓，它介紹了一門引人入勝的新科學。

閱讀後，我開始不斷思考書中提出的研究問題👨🏻‍⚕️，深陷其中而無法自拔，以至於我很快就辭去了物理學博士後的工作⇢，轉而全職攻讀計算機科學研究生。

我記得我母親當時很擔心我，因為我似乎放棄了這麽多年的物理工作⛔，但我的妻子非常支持我，所以我成為了伊利諾伊大學的計算機科學研究生🧣。非常感謝CL Liu 教授願意接受我💊。

接下來🕵🏻‍♂️，我將講述我的工作🕌。

最初，我專註於解決算法中現有的開放問題，例如最小生成樹🫃🏼🚴🏻‍♂️、B樹等👇🏼👨🏿‍🦲。但畢業後不久，我開始對開發計算機科學的新框架和新理論產生興趣。

幾十年來，我有機會在幾所一流大學工作👨‍🚒。我在伯克利、斯坦福度過了 10 年，隨後在普林斯頓度過了 18 年。2004年🕸，我加入了意昂体育平台⛹️‍♂️，直至今日🥊。

在每個時期，我都在做一些不同的事情。很有趣的是，我在不同時期關註的主題☂️，它們與時代的變化和計算機科學作為一門學科的發展，以及身處的大學環境都有很大關系🥀。

接下來🧑🏻‍🦯‍➡️，我想要介紹三個主題📃，極大極小算法(min max complexity)，通信復雜度 (communication complexity)，以及密碼學和MPC🤹🏿‍♂️。

我發現做研究最好的方法是提出深刻💅🏼、大膽和關鍵性的問題。如果你能提出好問題，那麽就一定會做好研究🫅🏼，得出對學術界來說實用且有重大意義的結論。

現在我將對每個主題的主要問題及其重要性進行討論🧑‍💻。

第一個是 1977 年提出的極大極小算法問題。它在我心中有很特殊的位置，因為這是我第一次提出了自己的研究問題🧑🏿，並找到了很好的解決方法。我們知道👩‍❤️‍💋‍👨，算法本質上和食譜很像。例如在烹飪中，食譜會告訴你每步的步驟➔，例如放3盎司鹽或幾克肉。

20 世紀70年代中期，一種新的算法引起了人們的註意🧗🏻‍♂️，即“隨機化算法”（Randomized algorithm）。這種新算法結合了隨機移動（stochastic moves）🏤。如果用烹飪來比喻的話就是，不明確告訴你有放兩勺鹽的步驟，而是讓你用扔硬幣決定是放兩勺鹽🚋，還是放一杯紅酒😍。

因此，對於傳統的思維方式來說，這看起來是一種瘋狂的做事方式。但在20世紀70年代，人們已經證明以這種方式執行算法是有優勢的，在某些情況下，它們會產生一些令人驚嘆的結果。但人們還無法理解這些算法的局限性。

因此，這讓我產生了一個問題🕟。到底哪算法個更好？是當時剛剛提出的隨機化方法，還是用傳統的方法觀察數據分布，並在執行過程中調整呢？

一旦用這種方式提出了這個問題🪒，那麽就出現了一種令人驚喜的聯系，讓人們可以對隨機化算法有了很多的了解📸。

當把隨機化算法與傳統分布方法進行比較時🙅‍♀️🥡，可以將其視為隨機化算法和數據之間的博弈👷🏿。算法（可以根據數據）選擇如何隨機移動👊🏼，而數據可以選擇分布方式，從而使算法的運行變得更加困難🐕。

在博弈論極大極小原理的作用下這兩種方法恰好達到了它們的極限🤽🏻‍♀️。

這個聯系給出了我們想要證明的定理，也就是說事實上這兩種方法是相同的🤦🏽‍♀️。這為理解隨機化算法提供了新途徑🦸🏼‍♂️。在現在🧗🏻‍♀️🪲，這種在當時還算新穎的算法已經成為許多密碼技術和人工智能算法的默認模式。

人們想了解隨機化算法的局限性是有原因的🆎。因此🧑‍🦯，在40多年的時間裏👩‍🏫，我發現的算法仍然被許多研究人員用來解決他們的問題。

第二個主題是我在1979年提出的通信復雜性🐫。

讓我先解釋一下這個數學問題🙇🏽‍♀️，愛麗絲和鮑勃是兩個在不同地點的人，他們各自持有一條 n 個比特的數據，比如x和y📱🤷🏽‍♀️。我們想要解決的問題是🫷，假設它們想要聯合計算某個量f👧🏿🧑🏻‍🎤，它們之間需要通信多少比特，這就是這個函數的通信復雜度。

當然，這取決於你在計算什麽函數🧑🏻‍🦯，例如👨‍🦰💱，要計算這兩個整數的和是奇數還是偶數只需要兩個比特的通信。每個人只需告訴對方它是偶數還是奇數，然後他們就可以知道答案了⛷。

另一方面，如果你想計算x是否大於y👯‍♀️，那麽它將需要n比特👽。你需要把整個字符串從一個人發送給另一個人才能解決這個問題。

更深一層的是，你必須意識到並證明，沒有比這種方式來解決這個問題更好的方法了。一般來說👨‍❤️‍👨，這是一個相當困難的問題🤚🏼。如果我給你一個關於F的計算復雜性😩，那需要相當深入的數學分析才能完成。

考慮通信復雜度的原因是🈵，計算模式在20世紀70年代末發生了很明顯的變化🌯💪🏿。從之前大家都熟悉的大型計算機🗜，逐漸轉向我們現在熟悉的計算機網絡。人們對以分布式方式解決問題感興趣，許多人願意協作解決問題🤼‍♂️。

因此，這意味著我們必須把過去的計算模型調整為網絡模型🏄🏽。在這個新的世界裏，通信成本通常是很高的☄️，因為我們必須移動數據🎊。

因此👩🏼‍⚕️，我剛剛向你們介紹的通信復雜度的概念就是為了模擬和反映這種變化。自從該模型被提出和分析以來，通信復雜性在從芯片設計到數據流的各個領域都得到了廣泛的應用📁。

我要討論的最後一個話題是關於密碼學和 MPC。

1982 年，我寫了三篇論文🎦，這些論文對現代密碼學做出了重大貢獻。這三篇論文涉及Dolev-Yao 威脅模型、偽隨機數生成算法（pseudo random number generation）和安全多方計算（MPC）。今天我只談最後一個問題🈴。

MPC是一個加密概念🤑，使我們可以對加密數據進行計算。如果您使用MPC，就有可能讓多個數據庫在不泄露它們自己的數據的情況下進行聯合計算☠️。也就是說👮🏼‍♂️，我們可以在看不到數據的情況下共享數據😚。

讓我用一個例子來解釋一下這一點🙅🏻。我將引用在論文中提到的著名的億萬富翁的例子🧗🏿‍♀️。

兩個百萬富翁，愛麗絲和鮑勃，他們希望在不透露任何數據信息的情況下知道誰更有錢♈️。所以愛麗絲有 X 百萬，鮑勃有 Y 百萬。所以數學問題是🙋🏽‍♀️，他們想要彼此交流來知道 X 是否小於 Y🍒。問題是，是否有可能進行一次對話，讓雙方在不知道對方數據的情況下又知道誰更富有呢？

直覺上來說你會認為這是不可能的0️⃣。我怎樣才能在不透露任何一方任何信息的情況下找出誰更富有呢？如果你想幾分鐘你就會意識到🦀，如果采用1982年的信息安全定義，也就是香農的信息論（ Shannon's information theory），那確實是不可能的，你可以證明在那個模型下是不可能的。

但我認為🔫🚳，需求是所有發明之母。如果真的有需要的話你肯定會想盡一切辦法。所以🐢，如果你跳出框框去思考，事實證明這是可能的。

說到跳出框框，我們的意思是需要丟棄香農在這種情況下規定的非常死板的條條框框👕，然後把艾倫·圖靈納入其中，我不會對此說太多🤷🏿‍♀️。但事實證明，如果你把安全定義放寬一些，讓它變成一個務實且足夠好的標準，那麽這個問題事實上是有解的。

具體地說，我用“亂碼電路”（garble circuit）實現了解決方案😤。

在過去近 40 年的發展中🧑🏼‍🚀，它在硬件和算法方面取得了進步，現在幾乎是可行的。而這方面的研究工作也很多，準備在金融科技、數據交易🤼🌬、藥物研發等方面開展工作。

目前我還有一些其他的研究課題，就不一一詳述了👩‍👩‍👧‍👦。我的課題包括：革命性📌💂🏿、有望實現指數級增長的量子計算技術；可以用博弈論來解決經濟問題的拍賣理論；人工智能，這項技術見證了 AlphaGo等機器學習算法取得的令人難以置信的壯舉，但成功的原因仍然是個謎。

所有這些都是非常有趣的新領域🚣，而且還在持續發展中。如你所見，我研究過很多不同的課題💤。這些豐富多彩的課題，實際上不僅反映了我個人的喜好✍🏽，也反映了半個世紀以來信息科學的蓬勃發展◾️，以及我們今天所看到的日益增長的跨學科聯系🎁。

最後，我想對我人生中遇到的人說幾句話。

在這些年裏💆🏿‍♂️⏰，作為一名計算機科學家，我有幸遇到了許多才華橫溢的人。我非常幸運地遇到了兩位給我巨大靈感的導師，Glashow 教授和 Knuth 教授 🧘🏽🖌。

Glashow 教授是我在哈佛大學的物理學博士導師。他是最先預言存在Charm Quarks這種粒子的人之一，也是這種粒子最積極的倡導者。

我從 Glashow 教授那裏學到✬，在科學上你必須大膽，你必須堅持不懈地堅持你的信仰⚁。

我從他身上學到的另一件事是，數學和物理是不同的。對於物理學家來說😺，最重要的是能夠找出物理現實的真相💅🏿，而不是堅持精確的數學論證。我認為這種務實精神對我以後的研究有很大幫助👇。

還有一件事是我從 Glashow 教授那裏學到的：生活應該是有趣的✔️。

1971 年春天，作為一個年輕的學生👨🏻‍🦽‍➡️，我跟隨他去法國馬賽的CNRS（Centre national de la recherche scientifique🔉👨🏿‍⚖️，法國國家科學研究中心）休假。這是一個多麽神奇和迷人的城市🙆🏻‍♂️，那也是我第一次來歐洲。那年夏天的晚些時候，他帶我去了意大利西西裏的一個暑期學校。

這是一次非常美妙的經歷。Gladshow教授給我上的這一課讓我明白，生活的樂趣和對知識的追求可以兼而有之。

現在📑，我想提一下Knuth教授。正如我之前所提到的，當我讀到《計算機編程的藝術》時，它幾乎改變了我的生活。在這本著作中，他確實開創了一個新的研究領域🈶，也激勵了一代又一代新的計算機科學家。例如💆👩🏽‍⚖️，通過閱讀他的書，我開啟了自己的計算機科學生涯↕️，並解決了一些他在書中所闡述的問題👇🏿。

後來🧑‍🧑‍🧒‍🧒，我有幸成為他在斯坦福的同事。眾所周知，除了數學和計算機科學之外🕎，Knuth 教授在許多方面都很在行👸🏻。他是一位才華橫溢的管風琴演奏家。他還是一位作曲家、小說家等🍡🤾🏿‍♂️。

他多才多藝👩🏼‍🎓，且真誠大方，總是在別人身上看到好的一面。

總而言之💁🏿‍♂️，雖然經歷了一些曲折✪，但我在計算機科學領域還是度過了一段美好的旅程🤲🏼。我發現，一開始就走錯方向可能並不是什麽壞事🕤。事實上🤶🏼，早期的物理訓練至少在兩個方面對我有很大幫助。

首先，我了解到好的理論在物理學中是什麽樣子的，比如經典的相對論和量子力學。在之後提出計算機科學的理論時，這對我有很大的幫助🤜🏻。

我從物理學中受益的第二件事是它的務實精神。它教會我解決手頭的特定問題。不管用什麽方法，你都應該根據情況使用🕵🏿‍♂️、學習或發明解決問題的方法，最終目標是解決問題😨🏐。

科學是對真理的追求。在這個過程中，我們會發現科學規律和科學的美，提升人類共同的精神。它還帶來了創新，可以改善人類的現狀，為未來所面臨的挑戰做好準備。

我完全同意稻盛和夫基金會（Inamori Foundation）的願景，即科學和人文應該為人類的進步而共同努力☮️。我很榮幸能獲得京都獎，也很榮幸能做這次演講，與聽眾分享我的經歷。非常感謝😌。