京都獎(jiǎng)是由稻盛和夫創(chuàng)辦的國(guó)際獎(jiǎng)項(xiàng)，被認(rèn)為是亞洲諾貝爾獎(jiǎng)。

　　每年，該獎(jiǎng)項(xiàng)會(huì)頒發(fā)給為科學(xué)進(jìn)步、文明發(fā)展以及人類精神的豐富和提升做出卓越貢獻(xiàn)的個(gè)人。京都獎(jiǎng)分為先進(jìn)技術(shù)、基礎(chǔ)科學(xué)、藝術(shù)與哲學(xué)三個(gè)類別，每個(gè)類別包括四個(gè)領(lǐng)域，共計(jì)12個(gè)領(lǐng)域。三個(gè)類別各頒發(fā)一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，每個(gè)類別的獎(jiǎng)金為1億日元。

　　今年早些時(shí)候，清華大學(xué)交叉信息研究院院長(zhǎng)姚期智獲得了2021年京都獎(jiǎng)，以表彰他對(duì)計(jì)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(xiàn)。

　　姚期智開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)的新趨勢(shì)，通過建立具有創(chuàng)新性的計(jì)算和通信基礎(chǔ)理論，為各個(gè)領(lǐng)域的前沿研究做出了巨大貢獻(xiàn)，特別是在安全、安全計(jì)算和量子計(jì)算方面。他的成就持續(xù)影響著當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)世界問題，例如安全、安全計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理。

　　姚期智和其他兩位2021年京都獎(jiǎng)得主在2021年京都獎(jiǎng)特別網(wǎng)站上都有相關(guān)介紹，包括作品、簡(jiǎn)介和三分鐘的介紹視頻。今年的京都獎(jiǎng)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(yù)教授Bruno Latou（藝術(shù)與哲學(xué)類）。

　　今天， 2021年京都獎(jiǎng)官網(wǎng)發(fā)布了姚期智為本次獎(jiǎng)項(xiàng)進(jìn)行的英文報(bào)告——“計(jì)算機(jī)科學(xué)之旅”。出于科學(xué)傳播的目的，我們將該報(bào)告整理成文，以饗讀者。

　　在這份報(bào)告中，姚期智分享了他年輕時(shí)和學(xué)術(shù)生活中的故事，以及他從物理學(xué)和計(jì)算機(jī)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(gè)過程中，我們有時(shí)會(huì)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?duì)的挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備?！?/p>

　　女士們，先生們，我很高興來到這里。首先我要說，獲得京都獎(jiǎng)是一種莫大的榮幸。了解了歷屆獲獎(jiǎng)?wù)吆退麄兊妮x煌成就后，我為自己被認(rèn)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(zhǎng)經(jīng)歷，如何進(jìn)入計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，以及一路走來的旅程。

　　更詳細(xì)地，我將從我的背景開始，講一講我小時(shí)候?qū)ξ锢韺W(xué)的癡迷，這后來促成了我選擇了第一個(gè)職業(yè)，然后，我會(huì)講到我是如何偶然轉(zhuǎn)換領(lǐng)域并成為一名計(jì)算機(jī)科學(xué)家的。之后我會(huì)簡(jiǎn)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(duì)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(guó)上海。不久后，我的家人搬到了香港，然后又搬到了臺(tái)灣。我在一個(gè)幸福的中產(chǎn)階級(jí)家庭長(zhǎng)大，有慈愛的雙親和兩個(gè)非常親密的兄弟/姐妹 。

　　我從小深受中國(guó)傳統(tǒng)價(jià)值觀熏陶，特別是對(duì)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(shí)期一直是名列前茅。

　　我記得我小時(shí)候喜歡數(shù)學(xué)、科學(xué)和歷史。

　　對(duì)歷史人物著迷，是因?yàn)樗麄儽憩F(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?yàn)樗麄兊牟湃A以及為自己的信仰挺身而出的勇氣，讓我大為震撼。我夢(mèng)想有一天自己也會(huì)成為這樣的人。

　　高中三年級(jí)，我偶然發(fā)現(xiàn)了亞瑟·愛丁頓爵士關(guān)于相對(duì)論的筆記副本，其中給出了相對(duì)論最生動(dòng)、最簡(jiǎn)單的推導(dǎo)。

　　大致如下：實(shí)驗(yàn)中，我們已經(jīng)知道光具有恒定的速度。從這一事實(shí)，我們可以巧妙地推導(dǎo)出我們熟悉的時(shí)間概念不可能是一個(gè)絕對(duì)普遍的概念。而長(zhǎng)期以來，這一點(diǎn)是每個(gè)人都認(rèn)為理所當(dāng)然的事情。

　　這個(gè)論點(diǎn)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(fèi)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(fèi)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(fèi)曼物理學(xué)講義》。

　　這個(gè)系列講義讓我大開眼界。難以解釋的高級(jí)概念，結(jié)果其證明只用初級(jí)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(shí)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(dāng)我開始從事量子計(jì)算領(lǐng)域的工作時(shí)，費(fèi)曼對(duì)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(jiān)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(dāng)時(shí)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(gè)詞今天已頻繁出現(xiàn)在日常生活中，但在當(dāng)時(shí)，對(duì)大多數(shù)人來說，這是一個(gè)非常陌生的詞匯。當(dāng)時(shí)，我接觸到高德納教授編寫的《計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)算機(jī)科學(xué)研究生。

　　我記得我母親當(dāng)時(shí)很擔(dān)心我，因?yàn)槲宜坪醴艞壛诉@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(jì)算機(jī)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(duì)開發(fā)計(jì)算機(jī)科學(xué)的新框架和新理論產(chǎn)生興趣。

　　幾十年來，我有機(jī)會(huì)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(gè)時(shí)期，我都在做一些不同的事情。很有趣的是，我在不同時(shí)期關(guān)注的主題，它們與時(shí)代的變化和計(jì)算機(jī)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(gè)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(huì)做好研究，得出對(duì)學(xué)術(shù)界來說實(shí)用且有重大意義的結(jié)論?，F(xiàn)在我將對(duì)每個(gè)主題的主要問題及其重要性進(jìn)行討論。

　　第一個(gè)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?yàn)檫@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(huì)告訴你每步的步驟，例如放3盎司鹽或幾克肉。

　　20世紀(jì)70年代中期，一種新的算法引起了人們的注意，即“隨機(jī)化算法”（Randomized algorithm）。這種新算法結(jié)合了隨機(jī)移動(dòng)（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(duì)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(jì)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(shì)的，在某些情況下，它們會(huì)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(gè)問題。到底哪個(gè)算法更好？是當(dāng)時(shí)剛剛提出的隨機(jī)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(gè)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(duì)隨機(jī)化算法有了很多的了解。

　　當(dāng)把隨機(jī)化算法與傳統(tǒng)分布方法進(jìn)行比較時(shí)，可以將其視為隨機(jī)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(jī)移動(dòng)，而數(shù)據(jù)（對(duì)手）可以選擇分布方式，從而使算法的運(yùn)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(dá)到了它們的極限。

　　這個(gè)聯(lián)系給出了我們想要證明的定理，也就是說事實(shí)上這兩種方法是相同的。這為理解隨機(jī)化算法提供了新途徑。在現(xiàn)在，這種在當(dāng)時(shí)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(rèn)模式。

　　人們想了解隨機(jī)化算法的局限性是有原因的。因此，在40多年的時(shí)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(gè)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(gè)數(shù)學(xué)問題，愛麗絲和鮑勃是兩個(gè)在不同地點(diǎn)的人，他們各自持有一條n個(gè)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(jì)算某個(gè)量f，它們之間需要通信多少比特，這就是這個(gè)函數(shù)的通信復(fù)雜度。

　　當(dāng)然，這取決于你在計(jì)算什么函數(shù)，例如，要計(jì)算這兩個(gè)整數(shù)的和是奇數(shù)還是偶數(shù)只需要兩個(gè)比特的通信。每個(gè)人只需告訴對(duì)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(jì)算x是否大于y，那么它將需要n比特。你需要把整個(gè)字符串從一個(gè)人發(fā)送給另一個(gè)人才能解決這個(gè)問題。更深一層的是，你必須意識(shí)到并證明，沒有比這種方式來解決這個(gè)問題更好的方法了。一般來說，這是一個(gè)相當(dāng)困難的問題。如果我給你一個(gè)關(guān)于F的計(jì)算復(fù)雜性，那需要相當(dāng)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(jì)算模式在20世紀(jì)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(jì)算機(jī)，逐漸轉(zhuǎn)向我們現(xiàn)在熟悉的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。人們對(duì)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(jì)算模型調(diào)整為網(wǎng)絡(luò)模型。在這個(gè)新的世界里，通信成本通常是很高的，因?yàn)槲覀儽仨氁苿?dòng)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(jì)到數(shù)據(jù)流的各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。我要討論的最后一個(gè)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(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)做出了重大貢獻(xiàn)。這三篇論文涉及Dolev-Yao威脅模型、偽隨機(jī)數(shù)生成算法（pseudo random number generation）和安全多方計(jì)算（MPC）。今天我只談最后一個(gè)問題。

　　MPC是一個(gè)加密概念，使我們可以對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。如果您使用MPC，就有可能讓多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)在不泄露它們自己的數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行聯(lián)合計(jì)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(gè)例子來解釋一下這一點(diǎn)。我將引用在論文中提到的著名的億萬(wàn)富翁的例子。

　　兩個(gè)百萬(wàn)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(shuí)更有錢。所以愛麗絲有X百萬(wàn)，鮑勃有Y百萬(wàn)。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(jìn)行一次對(duì)話，讓雙方在不知道對(duì)方數(shù)據(jù)的情況下又知道誰(shuí)更富有呢？

　　直覺上來說你會(huì)認(rèn)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(shuí)更富有呢？如果你想幾分鐘你就會(huì)意識(shí)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(shí)是不可能的，你可以證明在那個(gè)模型下是不可能的。

　　但我認(rèn)為，需求是所有發(fā)明之母。如果真的有需要的話你肯定會(huì)想盡一切辦法。所以，如果你跳出框框去思考，事實(shí)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(huì)對(duì)此說太多。但事實(shí)證明，如果你把安全定義放寬一些，讓它變成一個(gè)務(wù)實(shí)且足夠好的標(biāo)準(zhǔn)，那么這個(gè)問題事實(shí)上是有解的。具體地說，我用“亂碼電路”（garble circuit）實(shí)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(jìn)步，現(xiàn)在幾乎是可行的。而這方面的研究工作也很多，準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的量子計(jì)算技術(shù)；可以用博弈論來解決經(jīng)濟(jì)問題的拍賣理論；人工智能，這項(xiàng)技術(shù)見證了AlphaGo等機(jī)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(gè)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(shí)際上不僅反映了我個(gè)人的喜好，也反映了半個(gè)世紀(jì)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(zhǎng)的跨學(xué)科聯(lián)系。

　　最后，我想對(duì)我人生中遇到的人說幾句話。

　　在這些年里，作為一名計(jì)算機(jī)科學(xué)家，我有幸遇到了許多才華橫溢的人。我非常幸運(yùn)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(jiān)持不懈地堅(jiān)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(duì)于物理學(xué)家來說，最重要的是能夠找出物理現(xiàn)實(shí)的真相，而不是堅(jiān)持精確的數(shù)學(xué)論證。我認(rèn)為這種務(wù)實(shí)精神對(duì)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(gè)年輕的學(xué)生，我跟隨他去法國(guó)馬賽的CNRS休假。這是一個(gè)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(shí)候，他帶我去了意大利西西里的一個(gè)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(duì)知識(shí)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(dāng)我讀到《計(jì)算機(jī)編程的藝術(shù)》時(shí)，它幾乎改變了我的生活。在這本著作中，他確實(shí)開創(chuàng)了一個(gè)新的研究領(lǐng)域，也激勵(lì)了一代又一代新的計(jì)算機(jī)科學(xué)家。

　　例如，通過閱讀他的書，我開啟了自己的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(chéng)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(jì)算機(jī)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(cuò)方向可能并不是什么壞事。

　　事實(shí)上，早期的物理訓(xùn)練至少在兩個(gè)方面對(duì)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(duì)論和量子力學(xué)。在之后提出計(jì)算機(jī)科學(xué)的理論時(shí)，這對(duì)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(shí)精神。它教會(huì)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(biāo)是解決問題。

　　科學(xué)是對(duì)真理的追求。在這個(gè)過程中，我們會(huì)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(zhǔn)備。

　　我完全同意稻盛和夫基金會(huì)（Inamori Foundation）的愿景，即科學(xué)和人文應(yīng)該為人類的進(jìn)步而共同努力。我很榮幸能獲得京都獎(jiǎng)，也很榮幸能做這次演講，與聽眾分享我的經(jīng)歷。非常感謝。