京都獎是由稻盛和夫創(chuàng)辦的國際獎項,，被認為是亞洲諾貝爾獎。
每年,，該獎項會頒發(fā)給為科學(xué)進步、文明發(fā)展以及人類精神的豐富和提升做出卓越貢獻的個人。京都獎分為先進技術(shù),、基礎(chǔ)科學(xué)、藝術(shù)與哲學(xué)三個類別,，每個類別包括四個領(lǐng)域,，共計12個領(lǐng)域,。三個類別各頒發(fā)一個獎項，每個類別的獎金為1億日元,。
今年早些時候,，清華大學(xué)交叉信息研究院院長姚期智獲得了2021年京都獎，以表彰他對計算和通信新理論及其安全基礎(chǔ)理論做出了開創(chuàng)性貢獻,。
姚期智開創(chuàng)了計算機科學(xué)的新趨勢,，通過建立具有創(chuàng)新性的計算和通信基礎(chǔ)理論，為各個領(lǐng)域的前沿研究做出了巨大貢獻,，特別是在安全,、安全計算和量子計算方面。他的成就持續(xù)影響著當前的現(xiàn)實世界問題,，例如安全,、安全計算和大數(shù)據(jù)處理。
姚期智和其他兩位2021年京都獎得主在2021年京都獎特別網(wǎng)站上都有相關(guān)介紹,，包括作品,、簡介和三分鐘的介紹視頻。今年的京都獎還授予了洛克菲勒大學(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域的教授Robert G. Roeder（基礎(chǔ)科學(xué)類）,；巴黎政治學(xué)院名譽教授Bruno Latou（藝術(shù)與哲學(xué)類）,。
今天， 2021年京都獎官網(wǎng)發(fā)布了姚期智為本次獎項進行的英文報告——“計算機科學(xué)之旅”,。出于科學(xué)傳播的目的,，我們將該報告整理成文，以饗讀者,。
在這份報告中,，姚期智分享了他年輕時和學(xué)術(shù)生活中的故事，以及他從物理學(xué)和計算機科學(xué)的成就中所獲得的見解,。
回顧了自己的研究生涯,，他說道：“在科學(xué)中，范式是尋求真理,。在這個過程中,，我們有時會發(fā)現(xiàn)可以升華人類精神的樣式和美感。它也追求創(chuàng)新以改善人類境況,，讓我們?yōu)槲磥砣祟愋枰鎸Φ奶魬?zhàn)做好準備,。”
女士們,，先生們,，我很高興來到這里。首先我要說,，獲得京都獎是一種莫大的榮幸,。了解了歷屆獲獎?wù)吆退麄兊妮x煌成就后,，我為自己被認為值得與他們齊名而深感謙卑，也很高興和榮幸在這里發(fā)言,。
今天，我想談?wù)勎业某砷L經(jīng)歷,，如何進入計算機科學(xué)領(lǐng)域,，以及一路走來的旅程。
更詳細地,，我將從我的背景開始,，講一講我小時候?qū)ξ锢韺W(xué)的癡迷，這后來促成了我選擇了第一個職業(yè),，然后,，我會講到我是如何偶然轉(zhuǎn)換領(lǐng)域并成為一名計算機科學(xué)家的。之后我會簡單介紹我的研究工作,、我所思考的問題以及它們?yōu)槭裁从腥?。結(jié)束之前，我還要向幾位對我的生活和工作產(chǎn)生重大影響的人致敬,。
1946年,，我出生在中國上海。不久后,，我的家人搬到了香港,，然后又搬到了臺灣。我在一個幸福的中產(chǎn)階級家庭長大,，有慈愛的雙親和兩個非常親密的兄弟/姐妹 ,。
我從小深受中國傳統(tǒng)價值觀熏陶，特別是對文化和學(xué)習(xí)非常重視,。令我和我父母欣慰的是,，我是一名優(yōu)秀的學(xué)生，學(xué)生時期一直是名列前茅,。
我記得我小時候喜歡數(shù)學(xué),、科學(xué)和歷史。
對歷史人物著迷,，是因為他們表現(xiàn)出不同尋常的勇敢和智慧,。像伽利略和牛頓這樣的科學(xué)家，他們也是我心目中的英雄,，因為他們的才華以及為自己的信仰挺身而出的勇氣,，讓我大為震撼。我夢想有一天自己也會成為這樣的人,。
高中三年級,，我偶然發(fā)現(xiàn)了亞瑟·愛丁頓爵士關(guān)于相對論的筆記副本,，其中給出了相對論最生動、最簡單的推導(dǎo),。
大致如下：實驗中,，我們已經(jīng)知道光具有恒定的速度。從這一事實,，我們可以巧妙地推導(dǎo)出我們熟悉的時間概念不可能是一個絕對普遍的概念,。而長期以來，這一點是每個人都認為理所當然的事情,。
這個論點給我留下了深刻的印象,。我發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)可以像偵探故事一樣吸引人,，而且比“福爾摩斯”中任何聰明的情節(jié)都更具想象力,。這令我深受鼓舞。于是在1963年,，我在大學(xué)選擇了主修物理,。
不久之后，理查德·費曼的物理學(xué)講義發(fā)表了,。
傳說加州理工學(xué)院想從根本上重組他們的物理學(xué)大一課程,，費曼同意這樣做，條件是他只教一次,。由此誕生了傳奇的三卷本物理學(xué)講義《費曼物理學(xué)講義》,。
這個系列講義讓我大開眼界。難以解釋的高級概念,，結(jié)果其證明只用初級數(shù)學(xué)就可以解釋和推導(dǎo)出來,。這真是令人印象深刻，讓我看到了物理學(xué)的深度和美妙,。
事實上,，這是我第一次覺得自己真正理解了量子力學(xué)的原理。30年后,，當我開始從事量子計算領(lǐng)域的工作時,，費曼對量子現(xiàn)象的解釋在我看來仍然是最有啟發(fā)性和最有用的解釋。
這讓我堅定下來,，決定在大學(xué)畢業(yè)后繼續(xù)在物理學(xué)深造,。1967年，我大學(xué)畢業(yè)后服了一年兵役,，之后前往哈佛大學(xué)攻讀物理學(xué)研究生,。1972年，我在Sheldon Glashow教授的指導(dǎo)下獲得了物理學(xué)博士學(xué)位。
最終我成為了真正的物理學(xué)家,，但這并沒有持續(xù)多久,。1973年，當時我在麻省理工學(xué)院攻讀博士學(xué)位的妻子Frances向我介紹了“算法”,。
算法這個詞今天已頻繁出現(xiàn)在日常生活中,，但在當時，對大多數(shù)人來說,，這是一個非常陌生的詞匯,。當時，我接觸到高德納教授編寫的《計算機程序設(shè)計藝術(shù)》的早期草稿,。這是一本很有名的關(guān)于算法的書,，一個多么了不起的杰作,，它介紹了一門引人入勝的新科學(xué),。
閱讀后，我開始不斷思考書中提出的研究問題,，深陷其中而無法自拔,，以至于我很快就辭去了物理學(xué)博士后的工作，轉(zhuǎn)而全職攻讀計算機科學(xué)研究生,。
我記得我母親當時很擔心我,，因為我似乎放棄了這么多年的物理工作，但我的妻子非常支持我,。所以我成為了伊利諾伊大學(xué)的計算機科學(xué)研究生,。非常感謝CL Liu教授愿意接受我。
接下來,，我將講述我的工作,。最初，我專注于解決算法中現(xiàn)有的開放問題,，例如最小生成樹,、B樹等。但畢業(yè)后不久,，我開始對開發(fā)計算機科學(xué)的新框架和新理論產(chǎn)生興趣,。
幾十年來，我有機會在幾所一流大學(xué)工作,。我在伯克利,、斯坦福度過了10年，隨后在普林斯頓度過了18年,。2004年,，我加入了清華大學(xué)，直至今日,。
在每個時期,，我都在做一些不同的事情,。很有趣的是，我在不同時期關(guān)注的主題,，它們與時代的變化和計算機科學(xué)作為一門學(xué)科的發(fā)展,，以及身處的大學(xué)環(huán)境都有很大關(guān)系。
接下來,，我想要介紹三個主題,，極大極小算法（min max complexity），通信復(fù)雜度（communication complexity）,，以及密碼學(xué)和MPC,。
我發(fā)現(xiàn)做研究最好的方法是提出深刻、大膽和關(guān)鍵性的問題,。如果你能提出好問題,，那么就一定會做好研究，得出對學(xué)術(shù)界來說實用且有重大意義的結(jié)論?，F(xiàn)在我將對每個主題的主要問題及其重要性進行討論,。
第一個是1977年提出的極大極小算法問題。它在我心中有很特殊的位置,，因為這是我第一次提出了自己的研究問題,，并找到了很好的解決方法。我們知道,，算法本質(zhì)上和食譜很像,。例如在烹飪中，食譜會告訴你每步的步驟,，例如放3盎司鹽或幾克肉,。
20世紀70年代中期，一種新的算法引起了人們的注意,，即“隨機化算法”（Randomized algorithm）,。這種新算法結(jié)合了隨機移動（stochastic moves）。如果用烹飪來比喻的話就是,，不明確告訴你有放兩勺鹽的步驟,，而是讓你用扔硬幣決定是放兩勺鹽，還是放一杯紅酒,。
因此,，對于傳統(tǒng)的思維方式來說，這看起來是一種瘋狂的做事方式,。但在20世紀70年代,，人們已經(jīng)證明以這種方式執(zhí)行算法是有優(yōu)勢的，在某些情況下，它們會產(chǎn)生一些令人驚嘆的結(jié)果,。但人們還無法理解這些算法的局限性,。
因此，這讓我產(chǎn)生了一個問題,。到底哪個算法更好,？是當時剛剛提出的隨機化方法，還是用傳統(tǒng)的方法觀察數(shù)據(jù)分布,，并在執(zhí)行過程中調(diào)整呢,？
一旦用這種方式提出了這個問題，那么就出現(xiàn)了一種令人驚喜的聯(lián)系,，讓人們可以對隨機化算法有了很多的了解,。
當把隨機化算法與傳統(tǒng)分布方法進行比較時，可以將其視為隨機化算法和數(shù)據(jù)之間的博弈,。算法（可以根據(jù)數(shù)據(jù)）選擇如何隨機移動,，而數(shù)據(jù)（對手）可以選擇分布方式，從而使算法的運行變得更加困難,。在博弈論極大極小原理（馮·紐曼）的作用下,，這兩種方法恰好達到了它們的極限,。
這個聯(lián)系給出了我們想要證明的定理,，也就是說事實上這兩種方法是相同的。這為理解隨機化算法提供了新途徑,。在現(xiàn)在,，這種在當時還算新穎的算法已經(jīng)成為許多密碼技術(shù)和人工智能算法的默認模式。
人們想了解隨機化算法的局限性是有原因的,。因此,，在40多年的時間里，我發(fā)現(xiàn)的算法仍然被許多研究人員用來來解決他們的問題,。第二個主題是我在1979年提出的通信復(fù)雜性,。
讓我先解釋一下這個數(shù)學(xué)問題，愛麗絲和鮑勃是兩個在不同地點的人,，他們各自持有一條n個比特的數(shù)據(jù),，比如x和y。我們想要解決的問題是,，假設(shè)它們想要聯(lián)合計算某個量f,，它們之間需要通信多少比特，這就是這個函數(shù)的通信復(fù)雜度,。
當然,，這取決于你在計算什么函數(shù)，例如，要計算這兩個整數(shù)的和是奇數(shù)還是偶數(shù)只需要兩個比特的通信,。每個人只需告訴對方它是偶數(shù)還是奇數(shù),，然后他們就可以知道答案了。
另一方面,，如果你想計算x是否大于y,，那么它將需要n比特。你需要把整個字符串從一個人發(fā)送給另一個人才能解決這個問題,。更深一層的是,，你必須意識到并證明，沒有比這種方式來解決這個問題更好的方法了,。一般來說,，這是一個相當困難的問題。如果我給你一個關(guān)于F的計算復(fù)雜性,，那需要相當深入的數(shù)學(xué)分析才能完成,。
考慮通信復(fù)雜度的原因是，計算模式在20世紀70年代末發(fā)生了很明顯的變化,。從之前大家都熟悉的大型計算機,，逐漸轉(zhuǎn)向我們現(xiàn)在熟悉的計算機網(wǎng)絡(luò)。人們對以分布式方式解決問題感興趣,，許多人愿意協(xié)作解決問題,。
因此，這意味著我們必須把過去的計算模型調(diào)整為網(wǎng)絡(luò)模型,。在這個新的世界里,，通信成本通常是很高的，因為我們必須移動數(shù)據(jù),。因此,，我剛剛向你們的介紹的通信復(fù)雜度的概念就是為了模擬和反映這種變化。
自從該模型被提出和分析以來,，通信復(fù)雜性在從芯片設(shè)計到數(shù)據(jù)流的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,。我要討論的最后一個話題是關(guān)于密碼學(xué)和MPC。
1982年,，我寫了三篇論文,，這些論文對現(xiàn)代密碼學(xué)做出了重大貢獻。這三篇論文涉及Dolev-Yao威脅模型,、偽隨機數(shù)生成算法（pseudo random number generation）和安全多方計算（MPC）,。今天我只談最后一個問題。
MPC是一個加密概念,，使我們可以對加密數(shù)據(jù)進行計算,。如果您使用MPC,，就有可能讓多個數(shù)據(jù)庫在不泄露它們自己的數(shù)據(jù)的情況下進行聯(lián)合計算。
也就是說,，我們可以在看不到數(shù)據(jù)的情況下共享數(shù)據(jù),。讓我用一個例子來解釋一下這一點。我將引用在論文中提到的著名的億萬富翁的例子,。
兩個百萬富翁,，愛麗絲和鮑勃，他們希望在不透露任何數(shù)據(jù)信息的情況下知道誰更有錢,。所以愛麗絲有X百萬,，鮑勃有Y百萬。所以數(shù)學(xué)問題是,，他們想要彼此交流來知道X是否小于Y,。問題是，是否有可能進行一次對話,，讓雙方在不知道對方數(shù)據(jù)的情況下又知道誰更富有呢,？
直覺上來說你會認為這是不可能的。我怎樣才能在不透露任何一方任何信息的情況下找出誰更富有呢,？如果你想幾分鐘你就會意識到,，如果采用1982年的信息安全定義，也就是香農(nóng)的信息論（Shannon's information theory）,，那確實是不可能的,，你可以證明在那個模型下是不可能的。
但我認為,，需求是所有發(fā)明之母,。如果真的有需要的話你肯定會想盡一切辦法,。所以,，如果你跳出框框去思考，事實證明這是可能的,。說到跳出框框,，我們的意思是需要丟棄香農(nóng)在這種情況下規(guī)定的非常死板的條條框框，然后把艾倫·圖靈納入其中,，我不會對此說太多,。但事實證明，如果你把安全定義放寬一些,，讓它變成一個務(wù)實且足夠好的標準,，那么這個問題事實上是有解的。具體地說,，我用“亂碼電路”（garble circuit）實現(xiàn)了解決方案,。
在過去近40年的發(fā)展中,，它在硬件和算法方面取得了進步，現(xiàn)在幾乎是可行的,。而這方面的研究工作也很多,，準備在金融科技、數(shù)據(jù)交易,、藥物研發(fā)等方面開展工作,。
目前我還有一些其他的研究課題，就不一一詳述了,。我的課題包括：革命性,、有望實現(xiàn)指數(shù)級增長的量子計算技術(shù)；可以用博弈論來解決經(jīng)濟問題的拍賣理論,；人工智能,，這項技術(shù)見證了AlphaGo等機器學(xué)習(xí)算法取得的令人難以置信的壯舉，但成功的原因仍然是個謎,。
所有這些都是非常有趣的新領(lǐng)域,，而且還在持續(xù)發(fā)展中。如你所見,，我研究過很多不同的課題,。這些豐富多彩的課題，實際上不僅反映了我個人的喜好,，也反映了半個世紀以來信息科學(xué)的蓬勃發(fā)展,，以及我們今天所看到的日益增長的跨學(xué)科聯(lián)系。
最后,，我想對我人生中遇到的人說幾句話,。
在這些年里，作為一名計算機科學(xué)家,，我有幸遇到了許多才華橫溢的人,。我非常幸運地遇到了兩位給我巨大靈感的導(dǎo)師，Glashow教授和Knuth教授 ,。
Glashow教授是我在哈佛大學(xué)的物理學(xué)博士導(dǎo)師,。他是最先預(yù)言存在Charm Quarks這種粒子的人之一，也是這種粒子最積極的倡導(dǎo)者,。
我從Glashow教授那里學(xué)到,，在科學(xué)上你必須大膽，你必須堅持不懈地堅持你的信仰,。
我從他身上學(xué)到的另一件事是,，數(shù)學(xué)和物理是不同的。對于物理學(xué)家來說,，最重要的是能夠找出物理現(xiàn)實的真相,，而不是堅持精確的數(shù)學(xué)論證,。我認為這種務(wù)實精神對我以后的研究有很大幫助。
還有一件事是我從Glashow教授那里學(xué)到的：生活應(yīng)該是有趣的,。
1971年春天,，作為一個年輕的學(xué)生，我跟隨他去法國馬賽的CNRS休假,。這是一個多么神奇和迷人的城市,，那也是我第一次來歐洲。那年夏天的晚些時候,，他帶我去了意大利西西里的一個暑期學(xué)校,。
這是一次非常美妙的經(jīng)歷。Gladshow教授給我上的這一課讓我明白,，生活的樂趣和對知識的追求可以兼而有之,。
現(xiàn)在，我想提一下Knuth教授,。正如我之前所提到的,，當我讀到《計算機編程的藝術(shù)》時，它幾乎改變了我的生活,。在這本著作中,，他確實開創(chuàng)了一個新的研究領(lǐng)域，也激勵了一代又一代新的計算機科學(xué)家,。
例如,，通過閱讀他的書，我開啟了自己的計算機科學(xué)生涯,，并解決了一些他在書中所闡述的問題,。
后來，我有幸成為他在斯坦福的同事,。眾所周知,，除了數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)之外，Knuth教授在許多方面都很在行,。他是一位才華橫溢的管風(fēng)琴演奏家,。他還是一位作曲家、小說家等,。
所以他多才多藝，且也真誠大方,。他總是在別人身上看到好的一面,。
總而言之，雖然經(jīng)歷了一些曲折,，但我在計算機科學(xué)領(lǐng)域還是度過了一段美好的旅程,。我發(fā)現(xiàn),，一開始就走錯方向可能并不是什么壞事。
事實上,，早期的物理訓(xùn)練至少在兩個方面對我有很大幫助,。
首先，我了解到好的理論在物理學(xué)中是什么樣子的,，比如經(jīng)典的相對論和量子力學(xué),。在之后提出計算機科學(xué)的理論時，這對我有很大的幫助,。
我從物理學(xué)中受益的第二件事是它的務(wù)實精神,。它教會我解決手頭的特定問題。不管用什么方法,，你都應(yīng)該根據(jù)情況使用,、學(xué)習(xí)或發(fā)明解決問題的方法，最終目標是解決問題,。
科學(xué)是對真理的追求,。在這個過程中，我們會發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律和科學(xué)的美,，提升人類共同的精神,。它還帶來了創(chuàng)新，可以改善人類的現(xiàn)狀,，為未來所面臨的挑戰(zhàn)做好準備,。
我完全同意稻盛和夫基金會（Inamori Foundation）的愿景，即科學(xué)和人文應(yīng)該為人類的進步而共同努力,。我很榮幸能獲得京都獎,，也很榮幸能做這次演講，與聽眾分享我的經(jīng)歷,。非常感謝,。
