冯康(中国科学院院士、数学家)

由网友(离开以前)分享简介:冯康(一九二零年九月九日⑴九九三年八月一七日),出熟于江苏省南京市,结业于国立中央大教,中国科教院院士,数教野,中国有限元法首创人,计较数教研究的奠定人以及开拓者,中国科教院计较中间首创人,专士熟导师。一九四五年,正在复旦大教数教物理系担负帮学。一九四六年,到清华大教任物理系帮学。一九五一年,转任数教系帮学。一九五一年,...

冯康(1920年9月9日-1993年8月17日),出生于江苏省南京市,毕业于国立中央大学,中国科学院院士,数学家,中国有限元法创始人,计算数学研究的奠基人和开拓者,中国科学院计算中心创始人,博士生导师。

冯康

1945年,在复旦大学数学物理系担任助教。1946年,到清华大学任物理系助教。1951年,转任数学系助教。1951年,调到中国科学院数学研究所,担任助理研究员,后在苏联斯捷克洛夫数学研究所进修。独立创造了有限元方法,自然归化和自然边界元方法,开辟了辛几何和辛格式研究新领域,为组建和指导我国计算数学队伍做出了重大贡献。1980年,当选为中国科学院院士。[1]1993年8月17日,逝世于北京。[2]

中文名

冯康

出生地

江苏南京

国籍

中国

教育背景

国立中央大学

出生日期

1920年9月9日

逝世日期

1993年8月17日

性别

主要成就

1980年当选为中国科学院院士
1997年追授国家自然科学奖一等奖

人物生平

少年时代家居江苏省苏州市,他的父亲是知识分子,长年在外做文职职员,母亲操持家务,全家靠父亲薪金收入,生活水平算是中等,父亲主张让子女受到现代教育,冯康兄弟姐妹从小都很用功读书。

1926年开始,冯康先后在江苏省立苏州中学所属实验小学、初中部及高中部就读,学业一贯优异。中学以后,他对物理和数学有了浓厚的兴趣,这为他以后的科学生涯定了基调。

1937年,抗战开始不久,家乡遭受敌机轰炸,学校解散,随后江南地区沦陷。冯康和当时大多数爱国青年一样,痛恨日本侵略军,对抗战胜利抱着希望,离开沦陷区转到后方。

1938年秋,他随家迁至福建,有半年在家中自学,读的是萨本栋的《普通物理学》。

1939年春,考入福建协和学院数理系学习。

1939年9月-1944年,考入重庆中央大学电机工程系学习,两年后转物理系学习直至毕业。

1945年,担任复旦大学数学物理系助教(至1946年)。[3]

1946年,担任清华大学物理系及数学系助教(至1950年)。

1951年,担任中国科学院数学研究所助理研究员(至1956年),同年进入苏联斯捷克洛夫数学研究所进修(至1953年),自此期间先后受教于风格各异的数学家陈省身、华罗庚和苏联的Л.C.庞特里亚金。

1957年,进入中国科学院计算技术研究所工作,负责科学与工程计算及计算数学的学术指导工作,他的科研方向转为应用数学与计算数学,先后担任副研究员、研究员(-1978年)。

1978年,从中国科学院计算技术研究所分立,创立了中国科学院计算中心,出任中心主任(至1987年)。

1980年,当选为中国科学院院士。[1]

1987年,担任中国科学院计算中心名誉主任。

1990年,在冯康的倡导、并亲自筹备和组织下成立中国科学院科学与工程计算国家重点实验室,该实验室由原中科院计算中心从事计算数学研究的部分课题。

1993年8月17日,逝世于北京。[2]

主要成就

拓扑群及广义函数论研究

在1957年以前,冯康主要从事基础数学研究。他最早的工作(没有发表)是辛群的生成子和四维数代数基本定理的拓扑证明。接着他研究殆周期拓扑群理论,这是1934年由J.冯·诺依曼(von Neumann)创始的,与酉阵表现密切相连。按照群所有的酉阵表现的多寡分出两种极端类型:极大殆周期群——有“足够多”的酉阵表现;极小殆周期群——没有非平凡酉阵表现。1936年A.韦伊(Weil)及H.弗勒登塔尔(Freudenthal)解决了极大群的表征问题,它们就是紧群与欧几里得向量群的直积。1940年冯·诺依曼及E.威格纳(Wigner)对于极小群作出了重要进展,但其表征问题一直没有解决。冯康在1950年率先对线性李(Lie)群(及其覆盖群)解决了这一问题:没有非平凡酉阵表现的充要条件是“本质上”不可交换与非紧。这一成果在后来酉表现论和物理应用中愈显出其重要性。

50年代初,L.施瓦尔茨(Schwartz)提出广义函数系统性理论,引起世人重视。1954年起,冯康开展这一领域的研究,发表了《广义函数论》长篇综合性论文,也含有一些自己的新成果,推动了这项理论在我国的发展。他还建立了广义函数中离散型函数(δ函数及其导数)与连续型函数之间的对偶定理。他应华罗庚教授的建议,建立了广义梅林变换理论,对于偏微分方程和解析函数论等均有应用,国外迟至60年代才出现类似的工作。

有限元方法的创始

50年代末60年代初,我国的计算数学刚起步不久,在对外隔绝的情况下,冯康带领一个小组的科技人员走出了从实践到理论,再从理论到实践的发展我国计算数学的成功之路。当时的研究解决了大量的有关工程设计应力分析的大型椭圆方程计算问题,积累了丰富而有效的经验。冯康对此加以总结提高,作出了系统的理论结果。1965年冯康在《应用数学与计算数学》上发表的论文《基于变分原理的差分格式》,是中国独立于西方系统地创始了有限元法的标志。

该文提出了对于二阶椭圆型方程各类边值问题的系统性的离散化方法。为保证几何上的灵活适应性,对区域 Ω可作适当的任意剖分,取相应的分片插值函数,它们形成一个有限维空间 S,是原问题的解空间即C.Л.索伯列夫(Соболев)广义函数空间H1( Ω)的子空间。基于变分原理,把与原问题等价的在H1( Ω)上的正定二次泛函数极小问题化为有限维子空间S上的二次函数的极小问题,正定性质得到严格保持。这样得到的离散形式叫做基于变分原理的差分格式,即当今的标准有限元方法。文中给出了离散解的稳定性定理、逼近性定理和收敛性定理,并揭示了此方法在边界条件处理、特性保持、灵活适应性和理论牢靠等方面的突出优点。这些特别适合于解决复杂的大型问题,并便于在计算机上实现。

自然边界归化及自然边界元方法的提出

自60年代以来,有限元方法对于求解有界区域的椭圆边值问题取得了极大的成功,被广泛应用于工程技术和科学计算中,是计算数学的重大成就。但是有些实际计算问题的计算区域是无界的,用有界区域来近似无界区域时,为达到所需的精度,会使计算量大大增加,边界元方法是解决此问题的一种有效途径。

关于对微分方程作边界归化的思想,早在上一世纪就已出现,但应用于数值计算却是本世纪60年代才开始,这就是边界元方法,即将微分方程归化为边界上的积分方程。

由于归化的方法不同,各种边界元方法的数值效果也不尽相同。冯康根据这类问题的物理特性,引用阿达马(Hadamard)型超奇异核,提出自然归化的概念,即通过自然归化后,能量不变,从而保持了问题的本质不变。在这个概念下,他提出了自然边界元方法。该方法除所有边界元方法共有的优点外,还具备许多独特之处:由于通过自然归化后能量不变,使原来椭圆型边值问题的性质都保留,从而保证了自然积分方程的解的存在性、唯一性及稳定性,并且也保证了与有限元方法自然而直接地耦合,由此形成一个有限元与边界元兼容并蓄而自然耦合的整体性系统,能够灵活适应于大型复杂问题,便于分解计算。这是当前与并行计算相关而兴起的区域分解方法的先驱工作。作为特例,冯康对亥姆霍兹(Helmholtz)方程建立了与经典的无穷远处的索墨菲尔德(Sommerfeld)辐射条件相对应的有穷远处的积分型辐射条件,具有理论与应用的价值。冯康倡导的自然边界元方法被国内外专家称为当今国际上边界元方法的三大流派之一,这一方向已由他的学生和其他学者在继续发展。

哈密顿体系哈密顿算法的创立

经典力学有3种等价的数学形式体系:牛顿(Newton)体系、拉格朗日(Lagrange)体系、哈密顿(Hamilton)体系,其中哈密顿体系具有突出的对称形式,一直是物理学理论研究的数学工具。一切守恒的真实物理过程都可以表示为哈密顿体系,无论是经典性、量子性或相对论性的,无论自由度数为有限或无限,总能表现为适当的哈氏形式。哈氏体系的数学基础是辛几何。辛几何是现代物理和力学的基础,它与欧氏几何一样起着重要作用。

哈密顿体系的一个重要问题是稳定性问题,在几何上的特点是它的解在相空间上是保面积的,其特征方程的根是纯虚数的。所以不能用经典的渐近稳定理论来研究它们。长期以来,国际上对于这一具有重要物理意义的哈密顿方程的计算方法几乎是空白。这种状况与哈氏系的普适性与重要性相对照是很不相称的。

冯康于1984年在微分几何和微分方程国际会议上发表的论文《差分格式与辛几何》,首次系统地提出哈密顿方程和哈密顿算法(即辛几何算法或辛几何格式),提出从辛几何内部系统构成算法并研究其性质的途径,提出了他对整个问题领域的独特见解,从而开创了哈密顿算法这一富有活力及发展前景的新领域,这是计算物理、计算力学和计算数学的相互结合渗透的前沿界面。

以中国科学事业发展为己任

冯康由于在抗战初期患骨结核,并因在困难环境下失医,使脊椎致残,给他的生活带来过不少折磨和痛苦,可是他硬顶了过来。凡与他接触或共事的人都无不为他那种为祖国科学事业不倦的孜孜追求的精神所折服。他对自己的生活无所求,想到的、做到的都是科学事业。尽管他早已在1965年就取得了创始有限元法的国际公认的重大成果,但是并不满足。他的强烈的进取心促使他一直走在世界计算数学队伍的前列。

冯康学识渊博,对于物理学、数学、计算机科学等领域都有较深的知识。在科学研究上,他总是能把握住事物的本质,运用辩证法进行分析,发现和抓住在理论上和应用上都有广阔的发展前景的课题,提出独到的思想见解,并应用过硬的基本功去解决具体困难,成功地开创新方向、新道路,开辟一个又一个有重要实际意义的新领域,带领一批又一批人在新方向上做出卓越的贡献。

在科研工作中,他提倡理论联系实际和对科学的严谨态度。他对于理论上的问题一丝不苟,对于每提出的一种计算方法都是在实际计算中检验,对于经过考验的好的计算方法都努力推广使用,使其变为生产力,为四化建设服务。他不仅自己身体力行,而且对于科研人员也是这样要求。

学术论著

1 Feng Kang.Minimally almost periodic topological groups.Science Record(Academia Sinica),1950,3(2):161-166.

2 冯康.广义函数论.数学进展,1955,1(3):405-590.

3 冯康.广义函数的对偶关系.数学进展,1957,3(1):201-208.

4 冯康.广义Mellin变换.数学学报,1957,7(2):242-267.

5 冯康.基于变分原理的差分格式.应用数学与计算数学,1965,2(4):237-261.

6 冯康.组合流形上的椭圆方程和组合弹性结构.计算数学,1979,1(3):199-208.

7 冯康.间断有限元理论.计算数学,1979,1(4):378-385.

8 冯康.微分和积分方程、有限和无限元.计算数学,1980,2(1):100-105.

9 冯康.石钟慈.弹性结构的数学理论.北京:科学出版社,1981.

10 Feng Kang. Canonical boundary reduction and finite element method.Proc. of Symposium on Finite Element Method (Hefei), 1981: 330—352; Beijing and New york: Science Press and Gordon and Breach, 1982.

人才培养

冯康注重培养年轻优秀的人才,在他的指导与关怀下,中国科学院计算中心计算数学专业逐步形成了一个年轻的优秀人才梯队,1980年与1988年两度中国最年轻的研究员都出在计算中心,都是在他的亲自关怀下成长的。截至1993年,根据中国科学技术信息研究所、国家工程技术数字研究馆信息、全国图书馆参考咨询联盟,冯康培养学生情况如下:

余德浩博士、汪道柳博士、葛忠博士、陈旻硕士、迟学斌博士、唐贻发博士、尚在久博士、王双虎博士、唐贻发硕士、舒海斌硕士。

荣誉表彰

1997年,哈密尔顿系统的辛几何算法获得国家自然科学奖一等奖。[4]

1991年,国家科技进步二等奖。中国科学院自然科学奖一等奖。

1987年,地震勘探数值方法获得国家科技进步奖二等奖。[4]

1982年,有限元方法获得国家自然科学奖二等奖。[4]

1980年,中国科学院院士。

1980年,国务院学位委员会委员。

1979年,中国劳动模范。

1978年,中国科学大会重大成果奖。

1959年,中国先进工作者。

社会任职

1985-1993年,任西安交通大学数学系名誉教授。

1987-1993年,任中国科学院计算中心名誉主任。

1988-1993年,任国际力学与数学交互协会名誉成员,英国伦敦凯莱计算与信息力学研究所科学顾问。

1990-1993年,任中国计算数学学会名誉理事长。

1991-1993年,任英国爱丁堡国际数学研究中心科学顾问。

著作作品

《弹性结构的数学理论》《哈密尔顿系统的辛几何算法》

个人生活

冯康家中有兄妹四人,冯康是家中的老三。大哥冯焕赴美留学,任美国通用电气公司工程师;大姐冯慧是中科院动物研究所研究员;妹夫叶笃正是气象学家,中国科学院院士;弟弟冯端是物理学,中国科学院院士。[5]

人物评价

冯康是中国计算数学的先驱和创始人,对中国计算数学事业所做的杰出贡献,为组建和指导中国计算数学队伍做出了重大贡献,带领一个小组的科技人员走出了从实践到理论,再从理论到实践的发展中国计算数学的成功之路,是世界数学史上具有重要地位的科学家。[6]《科学新闻》评

冯康在科研工作中提倡理论联系实际和对科学的严谨态度。他对于理论上的问题一丝不苟,对于每提出的一种计算方法都是在实际计算中检验,对于经过考验的好的计算方法都努力推广使用,使其变为生产力,为四化建设服务。他不仅自己身体力行,而且对于科研人员也是这样要求。[7]中国科学院计算中心 评

后世纪念

1994年,设立冯康科学计算奖(FengKangPrize),于1995年首次颁发,用于纪念中国科学院院士冯康,旨在奖励在科学计算领域做出突出贡献的海内外年龄低于45岁的华人科学家。[8]

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