广州日报专访 | 琶洲实验室青年学者张银炎:人工智能力求“顶天立地”

2023年3月23日
琶洲实验室
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今年28岁的张银炎待人接物彬彬有礼。他目前担任人工智能与数字经济广东省实验室(广州)(简称“琶洲实验室”)“去中心化多赢者通吃模型理论研究”项目负责人。与此同时,凭借科研上的成就,他还连续两年入选美国斯坦福大学评选的全球前2%科学家榜单。

很多人都会以为张银炎是天赋极高的青年才俊,但他的成长却是一则乡村青年的励志故事:小时候他是个被老师瞧不上的“笨小孩”,靠着勤能补拙,才一路从农村考学到城市,从本科生“跳级”成为博士生,从博士一跃成为正高级研究员。

“我对科研的态度与琶洲实验室的理念定位相契合,力求‘顶天立地’。‘顶天’是要在理论上取得有一定的突破,比如去中心化多赢者通吃模型理论研究,这是我率先提出的,我希望能把理论研究做到顶;之后,我希望我的理论能‘立地’,服务广州、服务粤港澳大湾区,促进国家和地方经济发展和国防的建设。这两方面,都要能有所建树。”张银炎告诉记者。

他曾是不善言辞的“笨小孩”

张银炎身材瘦削,戴着一副黑框眼镜,平时除了一周打一两次乒乓球,绝大部分时间都用在科研和教学上。在琶洲实验室和记者聊起自己求学和科研的经历时,张银炎慢条斯理,言辞中带有理工男特有的严密逻辑。

张银炎出生在汕尾农村,从小身体就比较弱,学习成绩也很一般。小学时,每门课只能考七八十分,“我是非常普通的小孩。家里人其实对我不报什么期望,只想让我开开心心完成学业就好了。我们小学考初中,班里最好的同学语数都是满分,我的成绩真的算比较差。我从小也没有什么口才,汕尾地区经商文化比较浓,口才差,父母会觉得我以后做不了生意,加上体质较弱,我去工厂上班看起来都不大可行。所以父亲非常希望我长大能做医生、公务员之类的稳定工作。尽管成绩一般,但父亲仍不断教诲我一定要好好学习,不然长大后生存会很麻烦。”

张银炎

在镇上读初中后,张银炎的成绩依然普普通通,但在父亲的鼓励下,他读书越来越刻苦,“当时的英语老师对我非常好,她让我对英语的兴趣非常浓厚,专门在寒假给我们补习,让我们去参加英语竞赛,我参加了竞赛,还拿了奖”。

中考时,张银炎考到当地最好的高中汕尾市林伟华中学,“刚进高中的时候我只是一个普通班里的普通学生。对我影响比较大的是我们的班主任,在她的鞭策下,更加努力地学习。高一的第一次大型考试,我就拿了全年级第八名,那时候大家才知道,我的学习原来还是挺可以的。”

高中时,身体孱弱的张银炎遇到肠胃和失眠的问题。为此,他强迫自己中午不睡午觉,把所有精力都投入学习中,白天特别累后,晚上回去宿舍后,他几乎沾床就睡着了。也是由于努力,张银炎的成绩也有所提高,“高三时,我家里出了很大的变故,对我冲击比较大。父亲为了让我能专心高考,特意从外地回来,带我去学校附近一家非常好的餐馆吃了一餐,我现在都能记得当时的汤特别好喝。我父亲的做法真让我非常感动,所以我非常认真地备考,高考考了646,比平时发挥好了很多。最后,我考上了中山大学信息科学技术学院(现为计算机学院)自动化专业读本科。”

 “跳级”读博后3年拿到学位 “

实话实说,考大学我主要靠刷题,但我在科研上入门,其实是在大一的一次机缘巧合。”张银炎告诉记者,大一下学期他上了一门课“数字计算方法”。老师在课程结束之后,就给同学们留了一道编程题,并表示,如果有同学能把这个问题解决,那么在暑假时就可以联系他,加入他的课题组参与研究。

张银炎最后解决了这道题,从而进入这位老师的课题组真正开始接触科研,“在老师那里,我发现了很多以前我从来不知道的事。老师告诉我,本科毕业只要成绩优异,可以直接读博。当时我有顾虑,我家境不是特别好,如果到境外读博士,开销会特别大。但老师告诉我,其实在境外读博士,大部分都有全额资助,这跟工作差不多。我觉得这挺好,后面我在老师那里做科研,也算是做出了一些成果,所以本科毕业之后,我就直接申请去香港理工大学读博士。从此,我也笃定了未来的志向,我不会去公司上班,一定要在科研这条路上一直前进。”

张银炎

张银炎告诉记者,因为本科前两年在社团活动上参与较多,他的绩点不是很好,尽管他当时申请的是博士,但最后是批下来的其实是学术型的研究生,“第一年我是有资金支持的,如果我能够顺利转成博士,那资金就会支持到我博士毕业。但如果第一学年结束,考核我还不能转成博士,第二年我就要自己出钱读,两年之后只能获得硕士毕业。我当时认为,如果硕士毕业回来工作没多大意义,必须要读博士才行,但这又意味着一大笔学费开支。”

这时,又是父亲给了张银炎非常大的鼓励,“他就和我说,家里有地,最差的情况可以把家里的地卖了,绝对够我读完博士。家里的人对我非常的支持,包括我的爱人,她在广州工作,我在香港读书。”

2016年,张银炎负笈香港。他告诉记者:“香港理工大学的导师在我没去读之前他就跟我讲,跟他读博一定会非常辛苦,不是一般的辛苦,要我做好心理准备。但我说,我做好了心理准备,不仅如此,我还做好了3年博士毕业的准备。博士的正常学制4年,我是要提前毕业的。因为广州还有人等着我。”

在爱情和亲情的力量下,张银炎在香港做科研非常拼,“我每天早上9点到实验室,一直在做科研,中午吃个饭就接着干活,中间不做任何休息。一直干到晚上9点钟回去。我当时的工作强度是‘997’,一年365天除了回广州和回家,假期加起来也不超过10天。我读博士比较努力,出的成果也比较多,老师也比较认可,所以我实现了当初在导师面前的誓言,他批准我提前了一年毕业。” 

科研成果优异

2019年底,张银炎在香港理工大学做了3个月的博士后,就被暨南大学引进,通过“绿色通道”拿到正高身份,获得教授级待遇,进入暨南大学信息科学技术学院/网络空间安全学院的网络空间安全系工作。

一路跃升,主要源于张银炎过硬的科研成绩。他主要从事多智能体系统控制与安全、动态神经网络、智能控制等研究工作,主持国家自然科学基金青年基金、广东省基金面上项目、琶洲实验室优秀青年学者项目等项目5项,参与重点研发计划课题1项。他在IEEE Trans. Cybern.、IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst.、Automatica等期刊发表论文二十余篇。他在国际上率先提出了去中心化多赢者通吃模型,突破了1988年NIPS后三十余年间多赢者通吃模型伸缩性差、鲁棒性弱、隐私泄露风险大的多重瓶颈。此外,张银炎还担任人工智能领域SCI期刊Neural Processing Letters副主编以及美国数学会《数学评论》评论员。

2020、2021年,张银炎连续两年入选美国斯坦福大学评选的全球前2%科学家榜单。榜单主要的评价依据是学者最近几年的论文引用量。“能上榜单的人,说明他的研究具有一定的影响力,这对我确实有激励作用,起码在全球这么大的科研圈子里面,我还能算得上一份子。实话实讲,确实是有些开心的。”张银炎告诉记者。

张银炎和学生讨论问题

“我读本科就来到广州,广州这座城市真的非常好,它很包容,教育、医疗资源非常强,另外我太太也在广州上班,我回来广州工作,是因为我真的很爱这座城市。”张银炎告诉记者,他这学期有4门课,其中周一需要上课一整天,从早上一直上到晚上,此外周三还有一下午课。剩余的时间,他除了备课,就是把大量时间用来做科研,“我去上研究生的课,里面的博士生有些都30来岁了,但这并不会有什么影响。学生知道你是老师,自然就会很尊重你。”

“对大学老师来讲,重要的事情就两点。第一,是立德树人,要把学生培养好;第二,要把科研工作做好。至于其他都是虚名了。”张银炎说。

理论或有助于物联网和国防

张银炎在国际上第一个提出去中心化多赢者通吃模型,他向记者举了一个简单的例子,“我们4个人坐在这里,要找出4个人里哪两个人最有钱。一般的做法是一个人集中统计,由他来排序,就知道结果了。这种排序在数学中的描述就是多赢者通吃问题。我的课题研究是去中心化的多赢者通吃模型,就是说,我不需要告诉周围的人我有多少钱,而是通过信息交互,最终每个人都能得知,自己是不是最有钱的人。”

张银炎表示:“这套理论的优势在于,我们只需要做局部通信,不需要一个人要跟所有人沟通,就可以应用到大规模的统计环境中,比如,物联网中的传感器网络,通常由上百万个节点组成。哪个节点温度高了,出故障了,依靠节点之间的局部通信,就可以报警,让工作人员去检查。这种模型的鲁棒性非常好。在以往,中心收集所有数据的节点一旦被网络攻击,或者出现物理故障,所有数据收集就都中断了,而现在,没了一个节点,其他节点依然可以通过局部通信,协作去做决策。”

张银炎还介绍,该模型可以应用在现代化战争中:“如今的战争通常会使用大量无人机,如果完全依靠地面跟无人机发消息,这种管理方式的成本比较高。一旦去中心化后,比如50架无人机从基地飞出去,无人机就会自主决定任务分配,完成任务后再飞回来。我们设计的模型其实可以服务于这样的应用。”

张银炎说,目前他们的研究正在大力攻克两个难点,“我们在实验的时候,需要迭代几百次才能得到准确结果,对于一些时效性比较强的应用场景来讲,延时的问题仍有待改善。我们希望,未来只要50次迭代甚至10次迭代,就能收敛出正确的解。第二是,我们想将这个模型与网络空间安全领域结合起来,模型收发数据的过程中,存在数据篡改攻击或遭遇网络攻击被劫持。我们希望能快速检测和抵挡这种攻击。”

张银炎说,自己最崇拜的科学家是钱学森,“第一是他非常的爱国,为了国家无私奉献;第二,他开创了工程控制论。控制论最早的提出者是维纳。现在讲的边缘计算,人工智能等概念,我们都可以在维纳的控制论里找到雏形。此外,钱学森还培养了一大批优秀人才。我相对而言是比较有毅力的人,我希望能够为我们国家培养更多人才,为国家科技创新、地方经济发展做出更多的贡献。”

文/广州日报·新花城记者:武威

图/广州日报·新花城记者:李波

视频/广州日报·新花城记者:李波、武威

新闻原文:《张银炎:入选全球前2%科学家榜单》