冯康:让计算机会解微分方程、独立创立有限元的计算数学家
冯康是中国计算数学的奠基人和开拓者,被誉为"中国计算数学之父"。他独立于西方创造了解析偏微分方程问题的有限元方法,又开创了哈密顿系统辛几何算法的研究,让计算机真正"会解"微分方程。他用一生证明:最抽象的数学,也可以化作工程建设与国家发展的实在力量。
从大坝计算中诞生"有限元"
1957年,依照国家十二年科学发展规划,冯康由中国科学院数学研究所调入计算技术研究所,转而主持我国计算数学与科学计算的开创性工作。上世纪五六十年代,他领导和参与刘家峡水电站等大型水坝的应力计算。在求解微分方程这一"卡脖子"难题的过程中,他敏锐地抓住了关键——把变分原理与差分格式有机结合,使模型在保证精度的同时,克服物理模型、边界条件与复杂几何带来的困难。
1964年初,这一方法就已获得满意的水坝应力计算结果;1965年,冯康发表论文《基于变分原理的差分格式》,系统论证了有限元的收敛性与稳定性。这篇几乎与西方同期、又独立于西方创立的成果,被国际学界视为中国学者独立制造有限元方法理论的标志。
"化整为零"的计算数学哲学
冯康曾用"化整为零,裁弯取直,以简驭繁,化难为易"来生动比喻有限元方法。他反复强调,计算方法的创新来源于计算实践,主张计算数学研究应从工程和物理的实际原理出发,而非简单地照搬他人的论文。
除有限元外,他还建立了间断有限元函数空间的嵌入理论,提出了自然边界归化与超奇异积分方程理论,并解决了组合弹性结构的有限元收敛性问题,成为此后并行与区域分解方法论的重要先驱。
"一个科学家最大的本领就在于化复杂为简单,用简单的方法去解决复杂的问题。"
开辟"冯学门"新领域
六十四岁之后,冯康毅然转向哈密顿系统的辛几何算法研究,把深奥的辛几何同现代科学与工程计算结合起来,为动力学系统的长时间数值模拟奠定了保结构算法基础,被国际同行誉为一开新风的"冯学门"。1997年,这项成果获国家自然科学奖一等奖。
他常告诫后学:"物理问题可以有多种不同的数学模型,它们在理论上等价,但在实践中未必等效。"古稀之年,他仍废寝忘食、通宵达旦地工作,用蝇头小字写满数十本科研笔记,把对学术的热忱保持到生命最后一刻。
关键信息
- 出生:1920年9月9日,江苏南京(籍贯浙江绍兴)
- 逝世:1993年8月17日,北京
- 身份:中国科学院学部委员(院士),中国科学院计算中心创始人、研究员
- 成就:独立创立有限元方法、开创辛几何算法、提出自然边界归化理论
- 荣誉:国家自然科学奖一等奖、二等奖,中国科学院自然科学奖一等奖
结语
从北大坝计算中萌发的有限元种子上,冯康独立开拓出中国计算数学的一方天地。今天,有限元方法已成为工业软件的核心技术之一,桥隧大坝、飞机船舶、手机芯片背后都活跃着他播下的思想。他用简洁的数学钥匙,打开了中国大工程的一扇扇"计算之门"。