正文 第四輯 馬爾可夫過程的探索(1)(1 / 3)

說起數學,專家之外的人們想到的往往隻是1、2、3、4和(x+y)之類的東西,卻很難想到,像凡是已知現在不需借助過去就可推斷未來的事物發展過程,例如子女的生理特征主要與父母有關,與遠輩祖父母關係不大之類的問題,也是屬於數學研究的範圍。而應用數學中的概率論的一個主要分支——馬爾可夫過程,恰恰就是以這類問題為研究對象的。從二十世紀初期,俄國數學家馬爾可夫提出這個理論以來,國內外學者對它的研究十分活躍,取得了許多出色的成果,論文專著汗牛充棟,但仍有許多問題未能解決。它們像數學高原上一座座奇峰峻嶺,吸引著無數有誌登攀的探險者。

一九七三年,長沙鐵道學院數學教師侯振挺,在《中國科學》上發表了論文《Q過程的唯一性準則》,之後,又相繼發表了《齊次可列馬爾可夫過程的樣本函數的構造》和《齊次可列馬爾可夫過程構造論中的定性理論》。對長期懸而未決的一些問題作了比較徹底的解決。侯振挺的研究像一顆璀璨的明星升起在這個領域的上空,發出了炫目的光輝。

光明中國的科學工作者的這一成就,震動了大洋彼岸的科學家們。美國斯坦福大學鍾開萊教授和英國劍橋大學肯德爾教授,認為這是相當出色的成果。英國皇家學院諾特教授,在一九七六年《概率論及相關領域》雜誌上發表的《論Q半群的唯一性的侯氏定理》中指出:“Q半群的唯一性問題,四十多年來,隻是最近在侯振挺的定理中才得到解決。”洛勒·戴維遜基金會主席、英國皇家學會會員惠特爾在一九七八年五月授予侯振挺戴維遜獎金時,寫給中國科學院的一封信中,高度評價侯振挺的工作,他說:“馬爾可夫過程現在在物理學、生物學和社會科學的各個分支中都有許多應用,因此自然要為此建立一門完整的一般理論。四十多年來數學家們非常關心這個問題,他們多次作了特別的努力,以尋求唯一性問題的答案,但是直到這個天才的青年人發表他的論文以前,所有的努力都失敗了。”他指出:侯振挺的論文《Q過程的唯一性準則》“引起了廣泛的注意,這是因為他的答案具有完整性和最終性”。

在科學的入口處……

一九五八年,多麼難忘的歲月!唐山鐵道學院的學生、年輕的數學愛好者侯振挺,就是在這一年邁開了數學研究的第一步。

事情開始得這麼偶然。二十四歲的侯振挺在一個外國數學家關於概率論的一個分支——排隊論的著作中,看到了這樣一段話:

關於巴爾姆斷言,“我們看不出怎樣才能證明這一點,甚至並不知道這個斷言在其一般的陳述中是否正確”。

巴爾姆的斷言能不能證明呢?這個問題引起了侯振挺的強烈興趣。有人聽說侯振挺想要證明巴爾姆斷言,提醒他說:“這部排隊論著作的作者是世界有名的數學家!”有名的數學家是值得尊重的。但是,再有名的人也不能解決所有的問題,要不然還要我們這些後來者幹什麼呢?他想起了剛剛抄到筆記本上的馬克思的話:“在科學的入口處,正像在地獄的入口處一樣,必須提出這樣的要求:‘這裏必須根絕一切猶豫;這裏任何怯懦都無濟於事。’”這位不出名的大學生有幾分靦腆地笑笑說:“我試試吧。”

一試就是一年。多少個節假日,花晨月夕,當別人在公園裏留連,在影劇院裏歡笑,在林陰道上漫步,盡情地遣散著繁重課業所帶來的疲勞的時候,侯振挺卻埋頭在數學資料和草稿中。每天,他在課堂裏結束了繁難的課業,回到宿舍又拿起演算的草稿紙。他像一個拓荒者,在茫茫荒原上尋覓著前進的道路。慢慢地,一疊疊演算稿紙,終於在他麵前鋪出了一條路,一條在浩瀚無垠的沙漠裏依稀可辨的小路,雖然還很模糊,卻給遠行者帶來了無限的希望。侯振挺帶著這最初的收獲去找他的一位老師。老師看著這個雄心勃勃的年輕人,高興地說:“行!我們一起來試一試看。親自走一走,就會知道這條路對不對了。”

但是,幾個月過去了,毫無進展!侯振挺和同學們要到北京去參加一個科研調查,老師也有了另外的任務。分手的時候,老師看著學生熬紅的雙眼,沉吟了許久,才說:“看來,距離還不小……”

侯振挺執拗地笑笑:“我再試試。”

有的人常常把科學上一旦取得的成果歸結為靈感的迸發。其實,他們哪裏知道,科學家們曾經經曆了多少嘔心瀝血的探索和長期的積累!侯振挺關於巴爾姆斷言研究的富有戲劇性的解決,就是一例。

這是一個晴朗的日子,首都的天空,顯得格外湛藍、深遠。侯振挺興衝衝地趕到北京車站。幾個月來,他利用繁忙工作的空隙,頑強地進行著巴爾姆斷言的研究,終於取得了較大的進展。他把自己的研究成果整理了一下,準備托回唐山的同誌帶給那位老師看看,希望他能再同自己一起奮鬥,攻下這個難關。在候車室裏,他慎重地將一個大信封交給趕著搭車的小於,再三叮嚀說:“一定麵交,一定麵交啊!”小於看著他慎重其事的樣子,眨眨眼,拍一拍袋子,說:“放心吧,人在信在!”說完,一轉身跑進了等候上車的隊伍。

一年多來,令人寢食不安的問題暫時離開了自己,侯振挺感到了一種難得的輕鬆。他久久地望著排隊上車的隊伍,望著背影在人流中忽隱忽現的小於,回想著這幾天來整理資料的情景。忽然,他神思飛越,覺得這一排排長長的隊伍變成了一行行算式,這一個個人都成了數學符號,在向他撲來。猛然間,他眼前一亮,一年多來夢寐以求的證明,竟然清晰地出現在他的腦際,這麼明確,這麼清晰。此時,隻有“狂喜”兩個字,能形容得了這個經曆了一年多艱苦探索的數學愛好者的心情,他顧不得服務員的阻撓,衝進車站,衝上月台。開車鈴已經響過,巨大的車輪開始緩緩轉動。侯振挺追到小於乘坐的車廂外,拍打著車窗,大聲喊著:“小於,小於,給我!”

“什麼?”

“信!我不帶了。”

“怎麼,怕我靠不住?”

“不!”他再也抑製不住滿心的激動,大聲說,“解決啦!解決啦!完全解決啦!”

京郊初夏之夜,是這樣涼爽而又寧靜,侯振挺的心情卻是格外興奮和激動。在北京鐵道學院的一間教室裏,倚著一張課桌,他用微微顫抖的手,在稿紙上寫下了他第一篇論文的題目:

排隊論中的巴爾姆斷言的證明

不久,這一行字變成了中國科學院數學研究所編的學術刊物《數學學報》上的大字標題。之後,這篇文章又被譯成英文發表在外文版的《中國科學》上,飛遍全球。

今天,隨著科學研究的飛速發展,關於巴爾姆斷言的證明也許已經成了原子時代的自行車。但是,這第一次攻關的勝利,卻把年輕的侯振挺從科研神秘的桎梏中解放出來,把他從一個低窪的平地帶到了一個高坎上,他看見了遠處熠熠閃光的頂峰!

嚴肅!嚴肅!嚴肅

七十年代的第一個春天來得格外早,寬闊的海河裏冰雪還沒有化盡,兩岸的柳枝已經綻出了鵝黃的嫩芽。出差北上的侯振挺在天津中途下車,登上了開往南開大學的公共汽車。他懷裏揣著幾年來研究馬爾可夫過程的成果,去找南開大學的王梓坤老師——最先把馬爾可夫過程研究引進我國,並獲得了一係列成果的數學家。

汽車在寬闊平坦的柏油路上飛馳,一團團紅雲綠霧,迎麵撲來,又匆匆閃過,清新的空氣裏,飄灑著那種叫人振奮的春天氣息。侯振挺心馳神往。他想象著這即將到來的會見,也想起這幾年來生活的變化。

因為國家急需人材,一九六○年侯振挺提前畢業,擔任了長沙鐵道學院運輸係的教師。他一到學校,行裝甫卸,就和幾個同行一起到車站去了解生產實際對數學教學的要求。繁忙的車站裏,堆積如山的貨物,飛馳而去的列車,貨運室裏人們絞盡腦汁編製調度計劃的情景,使他感到數學,尤其是他正在研究的排隊論是非常有用的東西。他努力加快了研究的步伐;不久,又開始了與排隊論密切相關的馬爾可夫過程的研究。馬爾可夫過程作為“概率論”的一個相當活躍的分支,其研究成果,廣泛地應用於生物遺傳、氣象預報、地震預報、水文預報、地質勘探、高能物理以及控製論、排隊論、動態規劃等方麵,對於發展科學技術和國民經濟具有一定的作用。但是,在這裏卻還有很多問題沒有得到解決。新的研究領域在侯振挺麵前展開了一個嶄新的廣闊的天地。他感到自己有使不完的勁,做不完的事。初出茅廬的數學教師決定把自己的全副精力投入到這項工作中去。為了直接閱讀外文資料,他刻苦攻讀英語和俄語;為了查找一份文獻,他從一個圖書館跑到另一個圖書館;為了探討一個問題,他寫信到全國各地,征求同行和前輩學者的意見。王梓坤就是曾經在書信中給予他許多鼓勵和幫助的老師之一。今天,他帶著自己的研究成果第一次去見這位良師益友。

這次難忘的會見是在王梓坤的住處進行的。侯振挺詳細地介紹了自己進行樣本函數構造研究的過程,講了他一步一步向上登攀的艱辛,講了百思莫解的苦悶,也講了柳暗花明的歡欣……王梓坤用深邃的眼光看著這個熱情洋溢的年輕人,感慨萬千。在樣本函數構造理論方麵,王梓坤也進行過長期艱苦的探索,並取得了出色的成果,他深切地知道這個問題的難度,今天,他看到這個年輕的同行開辟了另一條嶄新的道路,取得了可喜的成績,不由得感到衷心的喜悅。但是,長期科研活動養成的嚴謹的習慣,使他沒有馬上對侯振挺的工作作出褒獎。科學史上,廉價的讚揚,無聊的吹捧,葬送了多少有才華的青年!他為侯振挺沏上一杯滾燙的熱茶,根據自己的切身體驗,談起了科學研究的嚴肅性,談起了數學研究所需要的精細、嚴格、一絲不苟的作風,談起了構造理論研究的艱難。王梓坤不僅是一個優秀的數學家,在科學史方麵也有著淵博的知識。他娓娓談來,一字一句,深深地叩擊著侯振挺的心扉。是啊,一項科研成果,要經得起多方麵的檢驗。

車出津門,侯振挺又踏上了北上的旅途。回想著同王梓坤的交談,他腦子裏不斷閃現的是兩個字:嚴肅!嚴肅!嚴肅!是啊,科學是老老實實的東西,來不得半點虛假,也容不得一絲草率。他決定用反複的推導來驗證自己的研究成果。出差回來,他清理了書案,把有關構造理論研究的資料藏進了抽屜的最底層,哪怕是一片能引起有關聯想的草紙都收拾得千幹淨淨。然後專心致誌地進行教學工作和其它項目的研究,一月、兩月、三月……當他認定自己已經把上次的推導遺忘殆盡的時候,才又重新開始艱難的工作。

侯振挺一天比一天消瘦,他終於病倒了。這是在第三次開始重新推導的時候,好幾夜了,服過了安眠藥,仍然不能入睡。不睡就不睡吧。他爬起來,擰亮了電燈,鋪開草稿紙,又開始了工作。在許多人看來,數學是枯燥乏味的。侯振挺卻覺得這裏麵有無窮的樂趣。譬如現在,他就好像是在喧囂的鬧市,熙攘的人海中,尋找一個似曾相識的陌生人。熟悉的朋友會向他招呼,無數陌生的麵影會幹擾他的視線,摩肩接踵的擁擠會使他煩躁不安。但是,他堅定不移地尋找著,尋找著。一會,他困了,幾天幾夜沒有好好眯一下眼,是該甜甜地睡一覺了,但是,剛一眯眼,那些紛繁的影子又闖進了他的腦際,一個熟悉的麵影一閃,又擠進了人群。他奮力攆上去,找啊,找啊,突然,他覺得心跳停了一下,又停了一下,呼吸都感到困難。他躺下了。

第二天,侯振挺的愛人回來給他看了一下(她是大夫),痛心地告訴他,心髒出毛病了,要到醫院去好好看看,更不能再這麼勞心了!要去醫院看看是對的,事業還剛剛開始,生命也還剛剛開始。