复旦应数中心新进教师 | 王玥博士
2024-12-02 600

王玥,现任复旦大学应用数学中心副教授。本科及博士阶段均就读于复旦大学,2011年在数学科学学院获得学士学位,2019年在上海数学中心获得应用数学博士学位。博士毕业后,先后在德国埃尔兰根-纽伦堡大学(FAU)完成两段博士后研究工作。自2022年至2024年,担任FAU数据与数学研究中心(MoD)及洪堡基金实验室(DCN-AvH)青年研究组组长及科研导师,主持多项国际科研基金、合作交流与工业产研项目,研究成果屡获国际认可,并荣获德国新兴人才奖及科娃列夫斯卡娅奖。

王玥的研究领域涵盖偏微分方程的控制理论、计算与应用,聚焦于复杂网络结构和非典型边界条件下非线性双曲系统的能控性分析,以及结合机器学习的计算方法及工业转化应用。其学术工作兼具理论深度与实践价值,为应用数学与交叉领域的发展注入新动力。2024年11月,他怀揣对母校的深厚情感和对学术创新的执着追求,回归复旦,开启科研与教学的新篇章。

Q:请介绍一下您目前从事的研究工作?

A: 我的研究其实一直围绕着一个核心问题——从实际应用中提炼数学难题,然后用数学的力量去解答它们。我主要关注的是分布参数系统,简单说就是偏微分方程的控制理论和应用问题。这些问题有一种很迷人的特性:它们背后藏着优雅的数学共性,但在实际应用中,又常常因为非线性、强耦合、计算复杂等原因,让人“抓狂”。所以我的工作就是一边“拆难题”,一边为工程需求设计可落地的解决方案。

举个例子吧,最近几年我特别专注于大规模网络上的低维双曲系统研究,这包括它们的能控性、优化和高效计算。比如,有一种波动方程带着很特殊却有明确力学背景的边界条件——我们叫它“动力学边界条件”,简单理解就是边界条件中含有高阶微分算子,本质上带有时间非局部的特性。和李大潜院士以及G. Leugering教授一起建立了一般的非线性动力学边界条件的耦合波动方程组模型,并设计了一套新的适定性和能控性理论框架,把这个长期没有突破的难题“啃”了下来,后来还与其他合作者揭示了一些之前没人发现的特性,比如解空间和能控空间的非对称性。这部分研究既有理论上的新突破,也能在工程控制领域找到用武之地。

另外,我对快速计算方法与数学机理分析也非常感兴趣。我在德国尝试从数学的角度深化对“控制理论与机器学习”以及“高性能算法”的理解,而我所熟悉的研究对象往往牵扯到无穷维动力系统,这听起来挺抽象,但背后就是一连串“算得快不快,准不准”的问题。例如,我将金石教授团队开发的随机分批方法和现代偏微分方程的特征线理论,开发了一种快速求解无穷维动力系统的随机算法,并严格证明了其收敛性。此外,在与Fraunhofer研究所的合作中,我指导团队利用物理信息神经网络(PINN)解决了若干电磁背景下的双曲系统正问题(数值解)和反问题(边界控制与参数识别)。这些探索让我对“控制+机器学习”的潜力充满期待。

最后一块,就是网络化双曲系统的节点控制及设计问题。想象一下,一个复杂的网络系统,比如交通网络、天然气网络,怎样用最少的节点控制整个系统?控制放在哪里最有效?时间怎么设计最短?这些问题既有数学上的美感,也有直接的应用价值。在简单的一维双曲网络上,我提出了部分节点状态的精确能控性理论,给出了控制策略,这一块也是我自己非常喜欢的研究方向。而未来,网络上的损伤问题(泄漏、失效等)将是我继续深入研究的一个问题,而问题的提出到解决需要多学科的交叉,期待这方面的探索可以继续拓展了控制理论的研究边界,也为复杂网络的高效运行和优化设计提供了理论支持。

总的来说,我的工作就像是在数学、计算和工程之间搭了一座桥。我相信数学不仅仅是“优雅”的,它也可以非常“实用”,可以真正解决实际问题。

作为博士生参加国际数学家大会ICM,巴西2018

ICIAM Tokyo 分会场报告,东京2023

Benasque数学中心-大会报告,西班牙2022

第十届 PDE, Optimal Design and Numerics 大会,西班牙 2024

Q:为什么会选择回到复旦大学加入应用数学中心?复旦应数中心最吸引你的是什么?

A: 回到复旦大学,是一种回归,也是一种新的出发。这不仅仅是因为这里是我的母校,更因为复旦和数学对我有着难以割舍的情感牵绊。正如一句话所说:“有幸被光照,也想成为光。”我希望将曾经从复旦得到的激励和启发,转化为我的光亮,照耀更多人。

在复旦求学的那些年,校园的许多角落都留下了我的足迹,也成就了我的探索之路。我记得每天早上7点,站在理图门口等管理员爷爷开门,那种迫不及待学习的心情至今难忘。理图二楼的小自习室、光华楼16楼的中法数学联合实验室、数院14楼的学工办公室和苏步青讲习室,这些地方见证了我的第一篇论文、我的许多报告,以及我的第一次教学与管理实践。在这些地方,我不仅学会了数学,更体会到了“复旦人”特有的自由与执着,那是一种无论是学术还是人生都不懈追求的精神。

复旦应用数学中心十分吸引我,也可以说激发了我的理想和情怀,而雷震教授和整个人才小组和我的数轮面试让我更深刻地去思考:如何将法国和德国等应用数学传统强国的优势想法带回祖国和母校。首先是它对应用数学的大胆探索和全面布局。中心整合了上海乃至全国的学术资源,致力于解决国家和地方的重大需求,推动理论与实践的结合。比如应用基础研究团队以应用偏微分方程及其相关领域的关键理论课题为主要研究对象,不仅追求结果的美感,更注重思想的深度和技术的创新性。这种追求“问题的意义”和“解决的价值”的理念,与我的研究方向不谋而合。

其次,是这里的团队和氛围让我感到无比振奋。虽然我对复旦数学院的许多老师都很熟悉,但应用数学中心里充满了新的活力。一群志同道合的青年学者,他们的科研热情和学术成就,让我对未来充满期待。短短几周的交流,已经让我深刻感受到这种热情正在推动中心走向国际一流的应用数学研究基地。

还有一个吸引我的地方,是中心在理论与实际应用之间架起的桥梁。这里不仅强调基础数学理论的发展,还通过与企业和地方政府合作,将科研成果转化为生产力。这种以服务国家战略需求为己任的学术情怀,是我非常认同的。

从个人层面来说,我也希望在这样一个平台上继续成长。在德国的五年,我感受到数学应用在工业界和工程实践中的巨大潜力,而回到复旦则是我结合这些经验、投身教育和科研事业的最佳选择。我始终相信,数学不只是提出问题,更是要提出有意义、能推动学科和社会进步的问题。而复旦应用数学中心,就是这样一个能够激发我持续提问、持续探索的地方。

理科图书馆二楼自习室_本科四年最爱的自习窗口,摄于2015年6月

博士毕业与导师李大潜先生合影于光草,2019年6月

复旦大学2019届研究生毕业典礼- 毕业大片

在复旦大学与导师一起修改的论文手稿

Q:您对未来在应数中心或复旦数学的教研工作有哪些规划或期待?

A: 作为复旦数学应用偏微分方程团队的一员,我始终铭记李大潜先生和整个团队内老师们的教导。黑板、粉笔、思考和表达四个要素对我们数学人教研工作是不可少。他不仅教会我如何做科研、体会数学之美,也让我明白了对学术、讲台应怀有怎样的敬畏之心。而团队中其他优秀的前辈,更是我的榜样与良师益友,他们的学术精神和合作理念深深影响了我。

 在复旦数学开展教研工作的初心,是成为一名探求真知、追求卓越的科学家与教师。科研方面,我希望持续探索数学之美,产出高质量的研究成果,为学科发展贡献力量。教学方面,我希望通过课堂、指导和互动,培养更多热爱数学的学生,帮助他们建立一种积极而严肃的价值体系。我相信,好的教育不仅是传授知识,更是为学生提供一种洞察世界、社会和宇宙的智慧,这也是我浅陋理解下高等教育的核心所在。

 未来,我的研究规划聚焦于应用数学与机器学习的交叉融合,特别是应用偏微分方程与数据驱动建模、分析与控制的问题。当前,许多实际应用中的数学问题具有高维、非线性和多尺度的特性,我希望将物理建模、现代分析工具、数据和机器学习算法结合起来,探索这些复杂问题的数学本质。同时,这些研究紧密契合国家科技战略需求,将服务于国家在人工智能、数据科学、工业控制等领域的重大需求。

 在更长远的规划中,我希望与中心的同事们共同努力,推动应用数学在多学科交叉领域中的创新突破,建设具有国际影响力的高水平研究团队。我期待在复旦这片熟悉而又充满活力的土地上,与学生们共同成长,与同事们协作共进,为复旦数学的未来添砖加瓦。

复旦-FAU 第一届中德交流数学会议 Conference for Control,  Inversion and Numerics for PDEs, 于德国埃尔兰根,2023

复旦-FAU 第二届中德交流数学会议 2nd Conference for Control,  Inversion and Numerics for PDEs, 复旦大学光华楼,2024

入职应用数学中心后,于偏微分方程与动力系统培优研讨会,2024

Q:您对想要走上数学学术之路的学子们有什么建议?

A: 如果看不清未来,就比别人多坚持一点。这句话,是我自己走过学术道路的切身体会。焦虑和迷茫几乎是每个学者都会经历的情绪,但它们的反义词其实是“具体”——具体地去做事、去解决问题。当你沉浸在数学的世界中,去探索、去尝试,就会慢慢发现道路。年轻的时候,请像海绵一样去吸收信息:吸收想法、价值观和信念;尝试理解生活的意义;不要害怕那些失去掌控感的瞬间,因为它们往往是你成长的起点。尝试不同的角色,探索自己可能成为的样子。学术的道路,本身就是一个实验的过程——收集信息、了解世界、试图弄清自己内心的声音,然后再开始真正的工作,按照自己的意愿去生活。

 在科研中,我的导师曾教导我,要以只争朝夕和精益求精的态度面对每一项工作。数学需要严谨与专注,但同时也需要诗人的激情与遐想。严谨的逻辑是我们追求真理的工具,而激情和创造力则让我们能提出更深刻、更有意义的问题。将这两者结合起来,你会发现数学不仅是科学,更是一种艺术。

 所以,我想对未来想走上数学学术之路的年轻学子们说:热爱数学,尊重知识,更要尊重自己内心的好奇心和热情。学术之路可能漫长而曲折,但它会让你在看似孤独的探索中,找到无尽的乐趣和意义。

 我与未来的英才们共勉。

2017年9月_光华楼13楼_数院17级新生 开学典礼,作为兼职辅导员发言

自己与带班的17级学生们一起获得优秀学生集体标兵称号,2018年12月

2019年9月_博士毕业与2017级数学学院科学学位研究生合影

Q:生活中您有什么兴趣爱好吗?会通过什么方式平衡学习、研究、生活与工作?

A: 我觉得自己既是一个向内探寻的人,又是一个向外探索的人。向内,我喜欢安静地与自己相处、探索自己的创造力,学习新的技能;向外,我又充满对世界的好奇,喜欢探索未知,拥抱变化和新鲜感。这种双面性也体现在我的兴趣爱好上,既安静又活跃,既细腻又跳脱。

宅在家的时候,我喜欢画画和拼图。画画是我从小的兴趣,而拼图则是多年的爱好。这些安静的活动让我能够全神贯注,完全沉浸其中,是一种非常好的解压方式。而更多的时候,我喜欢出去走走,感受生命的律动。我尝试过很多运动——跳舞、游泳、健身、排球、羽毛球等等。它们未必是我擅长的,但我很享受运动带来的活力和健康,尤其是和朋友一起挥洒汗水的那种轻松和快乐。

在德国的几年生活中,我还重拾和培养了两个新的爱好,这些爱好不仅让我获得了内心的满足,也带来了许多反思和能量。

第一个是阅读。很小的时候,我是个“书迷”,百科全书、侦探小说、未解之谜的故事让我着迷,甚至喜欢泡在新华书店一待就是一下午。但成年后,生活的快节奏和信息爆炸的环境让我渐渐失去了阅读的习惯,取而代之的是快节奏的网络和视频信息。刚到德国时,我发现很多欧洲人无论晨间、睡前还是旅途中,总是保持着阅读的习惯。书,也是我最常收到的生日或圣诞礼物。受他们的影响,我开始尝试重新拾起阅读的习惯——睡前放下手机,翻开一本英文书,尽管并不容易,但我坚持下来了。这个过程不仅让我重温了阅读的乐趣,也学会了用一种更加从容的方式慢慢汲取和沉淀自己。

第二个是徒步。很多人说德国“好山好水好无聊”,但对我来说,这里的自然风光反而是一种馈赠。我喜欢徒步中观察风景的变化:从山谷到山腰再到山顶,每一步都在接近未知的美好;我也喜欢观察风景中的人:我常碰见白发苍苍的闺蜜,背包攀岩的勇敢者,背着孩子的年轻夫妻,当然更多的是和数学人一起边走边聊。躺在高山草甸上,看着远处的群山起伏,那种自由感和疏离感让我反思自然、生命和人与世界的关系。而徒步的过程也像是一种对体能与意志的磨练,特别像我的生活和工作——最美的风景往往需要一点耐力和坚持才能看到。

对我来说,生活和工作的平衡并不是“对立”的,而是互相滋养的。研究需要严谨专注,而生活则需要轻松和热情。那些在画画、拼图、运动和徒步中积攒的能量,最终让我在科研的世界里走得更远、更坚定。

比利牛斯山脉,2022