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现在,软件无处不在,软件开发也成为当下非常重要的行业之一。软件开发不能离开程序设计语言,它是开发者和计算机交流的桥梁。“软件概念所有”这个理念代表了一个抽象复杂性、驾驭复杂性的办法,已经扩展到社会生活的很多方面。伴随人机物融合的进步,计算的泛在化成为势必,泛在计算中不断出现的新计算模式、新计算平台和新的应用问题给程序设计语言的概念和达成带来了新的挑战。
▲胡振江
北京大学计算机学院教授胡振江长期从事程序设计语言和软件科学与工程的研究,在程序语言设计、结构化函数式程序设计、程序的自动综合和优化、并行程序设计、双向变换语言的设计和达成及软件的演化和维护等方面做出了不少开创性工作并获得了突出研究成就。负笈日本,胡振江在东京大学和日本国立信息学研究所学习、工作27年,2019年回国入职北京大学,成立程序设计语言研究室,担任计算机学院首任院长。在北大自由环境中挑战世界难点,胡振江的目的是,研究程序设计语言的达成、验证及其支撑环境,创造“北大”理论,构建“北大”工具,在新的历史节点上肩负起建设“新工科”的重任,引领和推进国内计算机学科向世界顶尖水平攀登。
引领学科进步
1966年,胡振江出生于素有“水陆要津,咽喉据郡”之称的江苏泰州。作为承南启北的要紧交通枢纽,这座安逸的江南城市并不缺少与外面交流的活力。少时接触半导体收音机、电脑小游戏这类新鲜事物勾起了胡振江的好奇心,以至高考考试时,无线电和计算机专业成为他最想在志愿表中填报的两个选项。
1984年从江苏泰州中学毕业后,胡振江考入上海交通大学计算机科学与工程系,并在那里获得学士和硕士学位。为开阔视线,收成更多常识,胡振江决定赴日求学,师从日本程序语言界泰斗——武市正人教授,并于1996年在日本东京大学信息工学专业获博士学位。随后,便开启了他在异国拼搏、奋斗的辉煌科研生涯。
在日本近30年,胡振江曾担任东京大学情报理工学研究科助理教授和副教授,日本国立信息学研究所教授/系主任,东京大学情报理工学研究科教授。他在工作职位上勤勉尽责;在科研道路上兢兢业业,正是这份锲而不舍的精神,让胡振江在程序设计语言和软件科学与工程范围收获斐然,特别是在函数式程序设计语言范围,胡振江所做的工作深受赞誉。针对长期存在的难点进行攻关,他不只打造了一套革新的理论体系,引领了学科的进步,还将理论有效应用到多个不同范围。
函数式程序设计语言具备描述能力强、无不良反应、易于并行化等好性质。它从20世纪50年代开始进步,迄今已有近70年的历史。进入21世纪以来,伴随摩尔定律的逐步失效和软件开发需要的不断增多,函数式语言因其表达能力强、十分接近自然语言、安全性能高等特征,在软件开发中有哪些用途变得愈加要紧。然而,优势和弊端并存是事物的正常状态,函数式程序设计语言虽集海量优点于一身,却存在速度慢等缺点,它的应用与进步也因此遭到了制约。
基于个人兴趣,更是为了促进函数式程序设计语言将来更具实用性,胡振江向制约其进步的瓶颈问题发起挑战,以期找到革新解决方法。
传统函数式程序优化技术没办法对程序进行算法级别的优化,其主要困难在于递归程序的剖析很难在有限时间内完成。为解决此类问题,胡振江从聚态这一高阶函数出发,提出只对结构化的递归程序进行变换的简化办法,并给出了自动从递归程序抽取结构化信息的算法,这使得对递归程序的剖析可以在有限时间内确定完成。基于这一发现,胡振江提出了融合、组合、聚集三大演算规则,率先系统性地将程序演化技术应用于程序的自动优化。这项成就被主流函数语言编译器开发团队使用并集成到主流编译器中,如用广泛的Haskell编译器GHC和由美国麻省理工学院开发的pH编译器。
同时,胡振江还进一步将程序演算技术应用于函数式程序的并行化,回答了程序并行化的充要条件、推导算法等一系列基本问题,提出了全自动的程序并行化技术。有关成就曾被美国太阳微系统公司(Sun)选中作为高性能计算语言Fortress的并行标准库,有关进展被日本新闻等媒体报道。
此后,为解决新型双向变换语言的设计和达成很多的软件开发任务中涉及的数据同步问题,基于在函数式语言范围已获得的研究成就,胡振江发展思维,另辟蹊径,提出借助双向关联的两个变换程序对数据的修改进行同步,保证数据的一致性,并提出了双向变换的定义和办法,形成了新的研究范围。作为双向变换语言研究范围的奠基人之一,胡振江一直引领着有关范围的进步。
▲2019年在北大召开的第一届北京大学-东京大学-NII的一同研讨会上,胡振江(右二)与参会职员的合影
基于在程序语言研究范围拓展的很多工作及获得的突出收获,胡振江成为国际公认的函数式程序设计语言的领头羊,他曾任美国计算机协会ACM函数程序设计国际会议(ICFP)指导委员会主席和ICFP2011大会主席,担任软件基础研讨会(AWFS)等20多个国际会议的程序委员会主席或组织者。除此,胡振江还一直致力于推进日本和亚洲区域的程序语言及计算机技术的进步。他发起的日本软件科掌握程序语言研讨会(PPL)到今天已经召开20届,成为日本国内高级程序语言研讨会。由他发起并一直担任学术委员会主席的NII湘南国际系列研讨会已经成为和德国达堡(Dagstuhl)并列的计算机界主要学术研讨会之一。胡振江与中国科学院院士李未教授等人一块发起的亚洲区域程序语言旗舰会议等程序语言范围的要紧会议,已成为亚洲基础软件范围的主要推进力量。
除去个人努力外,令胡振江感到欣慰的是,他的学生也在为有关范围的进步贡献着智慧。回国前,作为日本东京大学情报理工学研究科第一外国人终身教授、日本国立信息学研究所第一外国人正教授,胡振江已是桃李满天下,培养的学生多在亚太区域知名高校和研究所任教,他们已成为亚太区域程序语言研究的中坚力量。
爱国初心未改
1992年前往日本东京大学留学,2019年回国,在日本学习和工作的27年间,胡振江从未想过要改变国籍,由于他一直感觉自己必然会回来,毕竟科学没国界,但科学家却有祖国。在东京大学,一个研究方向只能有一个正教授,但胡振江在成为正教授一年后就离职回国,全职加入北京大学。“大伙都说,我舍弃了一个难得的名额,是东京大学习历史上最快离职的教授,其实我本来还应该再早一点回来,但当时已经答应在日本国立信息学研究所担任系主任了,就只能等到任期满了之后再走。”胡振江坦言。
从20世纪90年代起,胡振江就一直维持着与国内高校的交流,每年都会参与组织中日学者的交流平台,时时在关注祖国的进步和有关科研范围的研究进展。回国之后,他越发感觉到,当用个人所学为国家真的解决问题时,那种叫人心潮澎湃的满足感和自豪感是无论在海外发多少论文、拿多少奖项都没办法比的。
回国后的胡振江非常快投入科研工作中。对将来,他早有规划:以北京大学计算机科学和技术重点学科为基础,以北京大学软件研究所和高可信软件技术教育部重点实验室为依托,针对高可信软件开发的技术挑战,以程序语言技术和软件工程有机结合为突破口,他将拓展革新研究、人才培养和团队建设等工作。
▲作为北大图灵班管理委员会主任,胡振江在毕业典礼上致词
在革新研究方面,胡振江将拓展以程序设计语言为主要支撑的软件可信性研究,并在现有研究成就基础上,进行3方面探索:第一,进一步深入研究基于逆向映射的双向变换理论,概念既安全靠谱又适用于大规模复杂数据处置的高级双向语言,研究双向计算的优化方案和高效达成办法。第二,将双向变换理论和办法从程序设计语言级别扩展到软件不同阶段的模型上,解决不同阶段模型的双向变换问题,从而确保需要驱动的软件可信性。最后,达成基于双向模型变换的软件开发环境,通过将双向变换无缝地应用到软件开发的不同层次,达成不同阶段的正向和逆向的映射及软件开发的全阶段追踪,通过自适应软件开发的应用对开发环境的实用性进行评价。
在人才培养方面,胡振江将指导或合作指导博士后、博士生和硕士生进行程序推导、程序优化、程序变换及软件自动生成方面的研究,深入拓展程序语言的理论和双向变换技术的研究,将相应的理论和技术应用于软件工程范围以确保软件可信性,使高可信软件技术教育部重点实验室在程序语言的设计和达成等软件基础理论方面有突破性进步;同时他还将开设与程序语言设计及程序设计办法学有关的基础课程或集中讲坛,介绍程序语言的形式化概念办法、达成原理及特定范围语言的达成技术,以加大北京大学计算机科学理论学科方向的力量。
在团队建设方面,胡振江将致力于促进高可信软件技术教育部重点实验室在程序设计语言和程序智能化设计理论方面的策略性研究,打造以程序语言研究为基础、以软件工程研究为应用、以高可信软件的设计智能化研究为目的的革新团队。
未与家人一同回国,与他们分居两地的胡振江将全身心投入工作中。在他看来,做基础研究,不可以急功近利,需要时间和耐心,国家对基础科学研究的看重度的加强和投入经费的增加,为胡振江工作的拓展提供了好环境;而北大年轻学子对有关科研学科的兴趣和热情,更是胡振江积极工作的直接动力。
回国后的胡振江比在海外忙,但他喜欢这种状况。“科研就是与时间赛跑,我是中国人,是中国的科研职员,我有责任让中国的程序设计语言研究做得更好。”为了这份使命,胡振江一直马不停蹄。
推进“新工科”建设
新一轮科技革命和产业变革将同人类社会进步形成历史性交汇,工程科技进步和革新将成为推进人类社会进步的要紧引擎。新工科建设既是中国应付经济挑战,从服务国家策略、满足产业需要和面向将来进步的高度提出的策略行动;也是推进世界科技进步、促进国际社会进步进而构建人类命一同体的重点动能。
▲胡振江与在计算机学院获得博士学位的留学生合影
北京大学“十四五”规划中明确提出把全力支持“新工科”建设作为健全学校革新体系的要紧内容,力争通过“十四五”时期的进步,为达成覆盖前沿学术研究、重点技术攻关、国家重大工程的“新工科”人才培养作出积极贡献。
计算机学院在此背景下应运而生。作为学院的首任院长,在进行任职发言时,胡振江谈到,计算机学院是加快推进北大“新工科”建设的“特区”,将继续致力于构建国际先进的文化和环境,创造可以吸引全球顶级学生求学、顶级学者入职的环境,建设处于世界一流前列的计算机学科。他更从3方面讲解计算机学院的进步蓝图:在教学方面,将持续提升本科核心课程的水平,加大高水平的研究生教育;在科研方面,将践行“基础研究为撇,国家需要为捺”的“八”字工作方针,鼓励拓展自由、多样、有影响力的研究,鼓励基本工具的开发;在行政方面,将加快各项规范的拟定与落地,全方位服务学院各项工作,推进学院高效运转。
胡振江坦言,北大是全世界最好的综合性大学之一,拥有“文、理、医、工”等齐全的学科门类,拥有学科交叉融合得天独厚的优势,计算艺术、计算管理、计算化学、计算生物等学科在北大这片土壤上应运而生。现在,愈加多的学科用计算机来帮助学科进步,愈加多拥有计算思维的交叉学科人才被培养出来,在北大这片沃土上,计算机学科定能继续与其他学科碰撞出绚烂的火花。
同时胡振江也认识到,虽然近年来国内的计算机技术获得高速发展,但重点核心技术受制于人的局面没得到根本性改变。现在,世界正在进入以信息产业为主导的经济进步时期,科技革新已经成为国际策略博弈的主要战场。面对新的机会和挑战,他觉得大学之根本就是教书育人。于是在计算机学院成立大会上,他就提出了“立德树人,教学第一”的理念。
落实到行动中,在“双一流”放权改革中,胡振江带领计算机学院向学校提出了“3000人才培养高地”计划,以期全方位提高本科生、研究生和计算机+双学位学生的教育水平。在支持本科教育上,在学校的大力支持下,计算机学院与教师教学进步中心一块作为牵头单位推进教育部提出的“101计划”,举全国之力促进计算机学科改革,以期在计算机范围建设一批一流核心课程,开发一批一流核心教程,建设一支高水平核心师资团队,建设一批核心实践项目,探索计算机范围优质人才培养的新模式。
同时,计算机学院还将继续与前沿中心、信息学院一同做好图灵班人才培养。开设于2017年的图灵班,汇聚了国内外顶尖师资与优质生源,站在世界计算机范围的前沿,精心塑造深具北大特点的新工科革新人才培养体系。胡振江期望图灵班在课程体系改革与科研培训等多个方面革新试点获得的成就和总结的经验可以逐步推广,为国家培养计算机范围将来的领军人才。
除此之外,胡振江还带领学院打造了“卓越留学生”计划,设立全英文课程,吸引世界顶级的留学生来北大求学。据胡振江介绍,计算机学院不止是教学单位,还是科研单位,需要很多的实验和展示场地,学院想要进步,就需要更多的学生和更大的科研场地。2021年9月,伴随第一批计算机系新生入住新校区,计算机学院拥有了更大的科研空间和更为安静的科研环境。以新校区赋能“新工科”,计算机学院的目的是在昌平塑造中国新“硅谷”。
“2021年十月24日,计算机学院成立仪式举行。1024是2的10次方,是计算机世界里二进制计数的一个计量单位,选择在这一天举行学院成立仪式是一份独属计算机人的浪漫。大家要吸引世界顶级的学生来求学,吸引世界顶级的学者来求职。到2030年,北大计算机学科要进入世界前十,这不是通过排名来衡量的,而是看同行对大家的认同度。大家不只要把大家的学生送去美国斯坦福大学等世界顶级高校,更要吸引他们的学生来北大计算机学院深造。”谈起将来,胡振江信心满怀。
“面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需要、面向人民生命健康,不断向科技广度和深度进军。”胡振江觉得“四个面向”应该是所有计算机人做科研的基本信仰。“60多年前,北京大学计算机学科在国家需要的呼唤下应运而生,在国内努力达成高水平科技自立自强、达成中华民族伟大复兴的今天,计算机学院将传承并发扬老一辈计算机人的精神,全力以赴建设国际化一流研究环境,面向国家需要、面向世界前沿,获得好的教学成效和突破性的研究成就,在计算机范围成为领头羊,在新兴前沿交叉范围成为发展者,为建设世界科技强国贡献北大力量!”站在计算机学院这一全新的起点上,胡振江对学院进步有着我们的期待。
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