2020中国版诺奖新鲜出炉!百万美金发给一个微分方程

来源:我是科学人  时间:2020-09-07

凭一个数学方程式就能赢得100万美金,你信吗?


这可不是小说里的“天方夜谭”,而是真人真事。故事的主人公就是“2020中国版诺奖”数学与计算机科学奖得主:彭实戈。



不过,100万美金不是这么好拿的。随着获奖名单的公布,彭实戈获奖的争议也随之而来,毕竟在外行人看来,彭实戈的数学方程式和前几任该奖得主的研究成果相比,实在有点“平平无奇”——


比如,2018年获奖的林本坚直接开创了一种新的“浸润式微影方法”,把摩尔定律推进了6个世代。


2019年的获奖者王小云更厉害。她是研究哈希函数和密码的,国家的数据安不安全,能不能被别人破解,全靠她研究的密码。


反观彭实戈,他最出名的成果只是一个“倒向随机微分方程”。这个方程究竟有多厉害?真能值100万美金?




一切从一个方程说起



彭实戈方程的全称是:倒向随机微分方程。

有“倒向”就有“正向”,想理解彭实戈这个方程有多厉害,就得先从“正向”入手。

彭实戈早年照片

在数学家的眼里,世界的本质都是随机的,处处都存在着不确定性和随机性。但他们同时也坚信,这种不确定性和随机性,是可以用数学来分析的。

历史上,一直追求用数学来分析随机世界的数学家不在少数。但只有一个叫伊藤清的人真正摸到了里面的门道。

1942年,数学家伊藤清开创了随机微积分和随机微分方程理论,用这种理论可以对随机现象进行定量分析和研究。这就是“正向随机微分方程”。

伊藤清凭借这个理论获得了世界数学的最高奖——沃尔夫数学奖。他的这个方程也被誉为“随机王国中的牛顿定律”,在当时乃至很长一段时间地位非常高。但随着研究的深入,“正向随机微分方程”的缺陷也逐渐暴露出来。

彭实戈自然也注意到了。

彭实戈早年照片

1988-1989年,彭实戈在复旦大学做博士后研究。他发现,“正向随机微分方程”只能根据现在的数据计算将来可能的状态,却不能根据将来的风险状态倒推现在的可能性。

彭实戈的想法很直接:假如我已经为将来设定了某个目标,那么如何能判断现在的条件能不能达到呢?要解决这个问题,光从现在分析将来是不行的,必须把将来的目标进行倒推,通过这个倒推的过程,才能知道该用什么策略提前把里面的风险规避掉。

这就是彭实戈“倒向随机微分方程”最初步的思路。

彭实戈早年工作照

1989年4月,彭实戈把自己的想法告诉了到复旦大学访问的法国教授Pardoux,他们两人合作证明了这种方程适应解的存在唯一性,还一起发表了论文《倒向随机微分方程》。这篇论文被数学界的专家们一致称为“奠基性文章”。

而彭实戈的“倒向随机微分方程”,也获得了一个更具“国际范”的命名——巴赫杜(Pardoux)-彭方程


用方程,紧急叫停中国期货交易


“倒向随机微分方程”让彭实戈一战成名,也让他切切实实感受到数学强大的逻辑力量。可这种力量,在彭实戈的认知里,一直只存在于学术领域。直到法国的一位金融学家告诉他,他的“倒向随机微分方程”在金融领域也有很高的使用价值。

彭实戈抱着“一探究竟”的想法,仔细研究了金融方面的资料,他发现数学方程和金融,的确有交叉点——金融经济学中的一个著名模型刚好就是一个倒向随机微分方程,而曾获诺贝尔经济学奖的Black-Schoies公式正是这个方程的解。

看到这个公式每天都被用来计算数十亿乃至数百亿美元的金融资产,彭实戈心动了。他知道,自己的“倒向随机微分方程”可以用来求解更复杂的金融现象。当时如日中天的期货市场就是一个很好的实验对象。

彭实戈和他的学生们

20世纪90年代,国际期货市场走向成熟,机会多,市场竞争也大,欧美的很多大型期货公司已经掀起了一波合并潮。中国国内的期货市场嗅到苗头,也日渐火热起来,最热闹的时候甚至连一些国企都参与了。

1993年,彭实戈派学生对国内的期货市场进行了调查。调查结果让彭实戈吓了一跳!

彭实戈发现,当时我国国内绝大部分参与其中的企业、机构,几乎对期权、期货的避险功能一无所知,他们的境外期权、期货投资行为完全是盲目的。

彭实戈把相关数据套到自己的“倒向随机微分方程”里,计算发现,我们的投资者做的每一单交易,赢面只有不到30%。结合概率论中的“大数定律(指操作次数越多,越能体现一般规律)”,这样的盲目投资行为,必然会造成我国资金的大量外流!


出于一名学者的责任感,彭实戈写了两封信,一封交给了当时山东大学的潘承洞校长,另一封交给了国家自然科学基金委。在信中,他结合自己用方程计算的结果,详细陈述了自己对当前国际期货、期权市场的看法和风险。为了这个事,他还亲自跑了一趟北京,当面向国家自然科学基金委的领导陈述了自己的研究结果。

后来,山东省立即停止了境外期货交易,国家自然科学基金委也把彭实戈的信转呈给中央财经领导小组,避免了我国资金大量外流风险。

1996年12月10日,国家自然科学基金会在北京召开专家会议,启动了国家自然科学基金重大项目“金融数学、金融工程和金融管理”,并把彭实戈列为第一负责人。这是“九五”期间国家自然科学基金委列入管理和数学学科的唯一重大项目,也是我国金融数学的开端。

从那之后,“用数学去解决实际中的问题”就成了彭实戈的一种习惯。

即便是这次得知自己获了“未来科学大奖”,他还不忘开玩笑:要用非线性期望算一下100万美元该怎么花。

当然他也强调:“我希望用它来推动我开创的这个领域的发展。我相信这会是未来学科之一。”


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