4月19日晚7点，科学前沿进展名家系列讲座Ⅱ第35讲在玉泉路校区礼堂开讲。本次讲座由中科院国家数学与交叉科学中心主任郭雷院士为同学们介绍系统与反馈之美。
讲座前一天是爱因斯坦离世61年纪念日，于是郭院士别出心裁的从爱因斯坦骑单车的一张照片切入，连连向同学们发问：爱因斯坦闭上眼睛还能骑车吗？这一现象能够用牛顿力学来解释吗？答案是不能。由此，郭院士提出，我们需要“系统”与“反馈”等概念来解释它。将爱因斯坦、自行车、环境看成一个系统，把平衡与终点理解为目的，而闭眼影响了视觉上信息—反馈机制。郭院士从闭眼无法正常骑车这一生活事例深入浅出地向大家简单介绍了系统、反馈的概念。
接下来，进入到本次讲座的主要内容。讲座分为四个部分：系统科学的两位奠基人物，系统科学的基本概念，反馈的应用的实例，反馈控制设计的基本理念与方法的概述。
郭院士详尽的介绍了两位奠基人物——维纳（N.Wiener）与钱学森的学术经历与学术造诣。“控制论之父”维纳开创了控制论在动物与机器中控制与通信的科学，他的研究被誉为“交叉科学研究的典范”。而钱学森的成就，除了众所周知的两弹一星，还有早在回国前出版的《工程控制论》与改革开放后开创的系统学。郭院士特别推荐感兴趣的同学去读读《工程控制论》英文版序言。“从科学理论的角度来看，20世纪上半叶的三大伟绩是相对论、量子论和控制论。”郭院士借钱学森的这句话向同学们概述了系统科学的地位与影响力。
在同学们对系统科学、反馈、控制论有了初步的概念之后，郭院士开始一一阐明系统科学的基本概念。系统、系统的控制，因果、循环的因果，前馈、正、负反馈，这三组相关的概念在郭院士的讲解下一一明朗起来。
有了对反馈清晰的概念，郭院士一口气给大家介绍了十个应用反馈的实例。瓦特蒸汽机背后的离心调速器，使越洋电话电缆成为可能的反馈放大器，1986年诺贝尔物理学奖表彰的扫描隧道显微镜，频频出现在高考试卷上的血糖平衡调节、生态系统的平衡，近年来越发引人关注的帕金森疾病与丘脑抑制性输出增加及兴奋性输出减少，在国防军事上至关重要的巡航控制系统，高机动性战斗机与反馈控制技术，具有空间战略意义的阿波罗登月，甚至市场经济调节原理，无不涉及到反馈这一系统学基本原理的应用。由此郭院士总结道，反馈在自然科学、 工程技术、社会、经济中无处不在，无时不有。
郭院士认为，对做科学研究的来说，仅知道实例是不够的。同学们还应关心如何有效利用反馈、如何具体设计反馈控制规律、如何分析预测反馈系统性能、如何使设计的反馈控制达到预期目标、反馈控制的最大能力与局限是什么等等问题。在讲座中，郭院士简单介绍了近似拟合、自适应自学习等四种目前的主要设计方法。他特别强调，这是一门内容丰富的科学，获得更多的知识要求日后更深入的学习。于是他介绍了在国内作为一级学科的系统科学有着哪些二级学科。最后，郭院士以“认识与调控复杂系统不仅是学科前沿还是以科学的前沿”结束了本次讲座。
讲座结束后，意犹未尽的同学们留下来向郭院士请教，讨论十分精彩。笔者摘录其中一二：
Q1:生态系统中，有大量的正反馈调节维持系统的稳定性。那么正负反馈调节的配置是否遵循某些规律？
A1:我认为，正负反馈的强度应保持平衡。如果正反馈强度大于负反馈了，就会出现诸如金融危机、核聚变等现象。
Q2:复杂性科学在观念上能给出什么样的普适性方法？我们知道，自然科学、数学、社会科学最终会走到同一条路上来。能否从中国传统文化中找到启发？
A2: 比如系统的“外部”与“内部”，“输入”与“输出”。刚才讲过的，系统科学是还原论与整体论的辩证统一。从基本的物理到宏观的社会，应该能打通平衡的概念。大道至简嘛。
妙语1：人的大脑不能打开，但可以通过调控输入，分析输出来研究它。
妙语2：调侃地说，哥德巴赫猜想是在解决1+1=2，系统科学是在研究1+1＞2。
妙语3：现在的一些前沿、重点科学，如基因网络、神经网络、系统生物学、大数据等等，其实都是在围绕着系统科学。
妙语4：人工智能近百年来发展的起起落落，与低估了其困难性有关。我们系统科学面临的困难可能也被低估了。
（文/戴雯怡 图/曲云鹏 来源：国科大记者团）
主讲人简介：
郭雷，1961年生于山东，1982年毕业于山东大学数学系，1987年在中科院系统科学研究所获博士学位，1987-1989年澳大利亚国立大学博士后。曾任中国科学院数学与系统科学研究院院长，现任中科院国家数学与交叉科学中心主任。长期从事系统与控制科学研究。1998年当选美国电子与电气工程师协会会士（IEEE Fellow），2001年当选中国科学院院士，2002年当选第三世界科学院院士，2007年因“在随机系统的自适应控制与估计理论以及反馈的最大能力认识方面所做出的根本性贡献”，而当选为国际自动控制联合会会士（IFAC Fellow），2007年当选瑞典皇家工程科学院外籍院士，2014年被瑞典皇家理工学院（KTH）授予荣誉博士。现兼任国务院学位委员会委员，中国工业与应用数学会理事长，中国科学院学术委员会副主任等。
延伸阅读：
“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月，是中国科学院大学为本科生开设的必修课程，同时欢迎研究生与教职工参加。目前讲座召集人为国科大副校长周琪院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机六个专业，邀请相关科学领域的知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展，让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展，拓宽学生的学术视野，为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。
郭雷院士精彩报告
同学现场与郭雷院士交流
