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数学家传记

拉兹洛·洛瓦兹László Lovász

出生
1948年3月9日 匈牙利布达佩斯

拉兹洛·洛瓦兹是一位匈牙利数学家,最著名的是他在组合数学方面的工作,并因此获得了2021年的尼尔斯·阿贝尔奖。

完整传记

拉兹洛·洛瓦兹在布达佩斯接受教育,在中学时就展现出杰出的数学才能。十四岁时,洛瓦兹在Mathematical and Physical Journal for Secondary Schools(1962年)上读到埃尔德什的一篇文章,为之着迷,读了“至少二十遍”。第二年他得以当面见到自己的数学英雄[3]:-

我有幸在1963年作为一名高中生见到了埃尔德什。那时冷战正稍有缓和,他开始越来越频繁地访问匈牙利。……说我从他那里学到了很多,这还是一种保守的说法,不仅是技术意义上的数学,甚至不仅是解题这门精妙艺术的基本要素,还有他追求知识的方式:对问题和部分结果完全开放,这必然带来合作和更广阔的视野。

埃尔德什的激励,洛瓦兹在1964年、1965年和1966年连续三年赢得国际数学奥林匹克竞赛金牌。洛瓦兹的第一篇论文On graphs not containing independent circuits发表于1965年,当时他十七岁。在这篇论文中,他对任意两个回路都有公共节点的图进行了分类。这不是一篇孤立的论文,因为在接下来的几年里,他发表了On decomposition of graphs(1966年)、Operations with structures(1967年)、Über die starke Multiplikation von geordneten Graphen(《论有序图的强乘法》)(1967年)、On connected sets of points(1967年)和On chromatic number of finite set-systems(1968年)。Frank Harary对最后提到的这篇论文描述如下:-

埃尔德什在1959年用概率方法证明了对于任意正整数n,g3n, g ≥ 3,存在一个色数为nn且围长≥gg的图,但未能构造出这样的图。通过将问题从图推广到有限集合系统,作者成功地为图获得了这样的构造。

高中毕业后,洛瓦兹在布达佩斯的厄特沃什·罗兰大学学习,并于1970年由布达佩斯的匈牙利科学院授予数学科学候选学位(C.Sc.)。当时,由匈牙利科学院授予的候选学位被认为比大学授予的博士学位更高,因此他先获得这个学位可能看起来令人费解。原因是大学规定不允许学生用在本科期间取得的成果申请博士学位。然而,科学院不存在这样的规定,因为在制定规则时,人们认为本科生永远无法做出足够深度的研究,使他有权申请C.Sc.学位。值得注意的是,到1970年获得候选学位时,洛瓦兹已有十五篇论文发表。在获得任何学位之前,他已在多个国际会议上演讲,并在会议论文集中发表论文,例如:1966年9月在匈牙利巴拉顿湖北岸的蒂豪尼举行的Theory of graphs;1967年5月在德国马内巴赫举行的Beiträge zur Graphentheorie(图论贡献);1969年在加拿大卡尔加里大学举行的Combinatorial Structures and their Applications;以及1969年在匈牙利巴拉顿湖北岸的巴拉顿菲赖德举行的Combinatorial Theory and its Applications

因其杰出成就,洛瓦兹于1970年获得了鲍耶学会颁发的Grünwald Géza奖。次年,他凭借学位论文Factors of Graphs在布达佩斯的厄特沃什·罗兰大学获得了博士学位(Dr.Rher.Nat.)。他的学位论文导师是高洛伊·蒂博尔。随后,他被任命为厄特沃什·罗兰大学的研究助理,从1971年到1975年担任该职位四年。在此期间,他于1972-73年在美国田纳西州纳什维尔的范德堡大学度过了一年。1975年,他转到塞格德的József Attila大学,被任命为讲师(Docent),但三年后,他晋升为教授,担任几何学讲席。1977年,Hungarian Academy of Sciences授予他Dr.Math.Sci.学位。他在1978-79学年在加拿大滑铁卢大学度过,然后在1979年,31岁时成为匈牙利科学院的成员,使他成为匈牙利科学院有史以来最年轻的成员。1983年,他离开塞格德,被任命为布达佩斯厄特沃什·罗兰大学的计算机科学讲席。

1993年,洛瓦兹放弃了厄特沃什·罗兰大学的计算机科学讲席,但保留了那里的教授职位。他离开布达佩斯的讲席,前往美国耶鲁大学担任William K Lanman计算机科学与数学教授。1999年,他离开学术界,担任微软研究院的高级研究员,但于2006年回到匈牙利,成为厄特沃什·罗兰大学数学研究所所长。

他的研究涉及组合优化、算法、复杂性、图论和随机游走方面的深刻结果,这些领域跨越数学和理论计算机科学。他最著名的可能是广泛使用的“LLL算法”,该算法以Arjen K Lenstra、Hendrik W Lenstra和洛瓦兹命名,他们首次在联合论文Factoring Polynomials with Rational Coefficients(1982)中给出了该算法。该算法为点格提供了一种有效的基约化方法。我们通过引用他于1999年获得的沃尔夫奖的颁奖词[2]来说明洛瓦兹的贡献:-

洛瓦兹在离散数学中取得了突破性的成果,这些成果对纯数学和应用数学的其他领域以及理论计算机科学都有重要应用。他通过引入依赖于几何多面体和拓扑技术的深刻数学方法,解决了几个悬而未决的问题,包括完美图猜想、Kneser猜想以及五边形的克劳德·香农容量的确定。他的算法思想——包括椭球方法在组合优化中的应用、格基约化算法、拟阵奇偶算法以及改进的体积计算程序——都对理论计算机科学产生了深远影响。洛瓦兹还对NP的PCP刻画及其与近似困难性的联系做出了贡献。他的“局部引理”是概率方法发展中的主要早期成果之一。他全面的著作和引人入胜的讲座激发了世界各地的数学研究。

在考察授予洛瓦兹的进一步荣誉和奖项之前,我们详细介绍他撰写的杰出著作,包括研究专著和教学教材。1979年,他出版了Combinatorial problems and exercises(1979)。我们引用这部经典文本的前言:-

组合数学在数学科学的边缘沉寂了几个世纪之后,如今已蓬勃发展成数学中增长最快的分支之一——如果我们考虑这一领域的出版物数量、它在数学其他分支和其他科学中的应用,以及科学家、经济学家和工程师对组合结构的兴趣,这无疑是如此。数学界曾被代数与分析的成功所吸引,直到近年来才清楚,主要是由于经济学、统计学、电气工程和其他应用科学中产生的问题,组合数学,即对有限集合和有限结构的研究,有它自己的问题和原理。这些原理独立于代数与分析中的原理,但在难度、实践和理论意义以及美感上可与它们匹敌。然而,许多一流数学家对组合数学的看法仍然带有贬义。他们虽然承认它的趣味性和难度,却否认它的深度。人们常常有力地宣称,组合数学是一堆问题,这些问题本身可能有趣,但彼此没有联系,也不构成一个理论。在组合数学或图论中很容易获得新结果,因为需要学习的技术很少,这导致出版物数量快速增长。上述指责显然是任何科学领域在其发展早期——即收集数据阶段——的特征。只要主要问题尚未被表述出来,向一般层次的抽象尚未完成,就无法区分有趣的结果和不太有趣的结果——除非基于审美标准,而这当然太主观了。上述被指责缺失的那些技术,正等待着它们的发现者。所以不发达不是反对、反而是支持引导年轻科学家进入某一领域的理由。在我看来,组合数学现在正在走出这个早期阶段。有技术需要学习:枚举技术、拟阵论、概率方法、线性规划、区组设计构造等。有些分支由构成层次结构的定理组成,并包含构成研究骨干的中心结构定理:图的连通性(网络流)或图的因子,仅从图论中举两个例子。有些概念从许多非平凡结果中抽象出来,统一了理论的大部分,例如拟阵或良好刻画的概念。我的感觉是,不了解这些事实、概念和技术,已不再可能获得重要结果。(当然,例外可能发生,因为这个领域注定要覆盖数学世界中如此大的一部分,以至于全新的问题仍可能出现。)

Frank Harary 对这本书的评论是这样开始的:-

这本书是一部经典。作者精妙地分析了607个不同结果中所使用的证明技巧,这些结果被划分为……十五节。

1993年,洛瓦兹 推出了第二版,并在前言中写道:-

当本书的出版商要求我修订和更新我的问题集以出版第二版时,我不得不决定要改动多少,考虑到该领域的快速发展(但也考虑到第一版已经绝版)。组合数学在过去十年中发展了很多,尤其是在那些与其他数学分支相互作用的领域,如多面体组合数学、代数组合数学、组合几何、随机结构,以及最显著的是算法组合数学和复杂性理论。(计算理论在组合数学中有如此多的应用,反之亦然,以至于有时很难划清它们之间的界限。)但组合数学是一门独立的学科,这使得这本习题集(经过一些更新)仍然有效。我决定不改变本书的结构和主要主题。任何概念上的改变(例如一致地引入算法问题,连同算法分析和算法问题的复杂性分类)都意味着写一本新书。然而,我无法抗拒编写一系列关于图上随机游走及其与特征值、膨胀性质和电阻的关系的习题(这一领域有经典根源,但在过去几年中爆炸性增长)。

洛瓦兹 的其他书有(与 Michael D Plummer 合著)Matching theory(1986),关于这本书 Knut Richter 写道:-

这本优秀的书主要面向图论、组合学和离散优化的业内人士。

同样在1986年,An algorithmic theory of numbers, graphs and convexity出版了。Arjen Lenstra写道:-

这本书对图论、数论和组合优化等领域中计算问题高效求解的一些近期进展作了很好的综述。

两年后,洛瓦兹(与Martin Grötschel和Alexander Schrijver合作)出版了Geometric algorithms and combinatorial optimization(1988);第二版于1993年问世。Jürgen Köhler评论了第一版:-

作者们综述了数学优化的现代发展,讨论了经典结果并给出了许多新结果。……作者们在高层次上给出了该主题的大量结果,并赋予它们最佳形式:这是一部最优的专著。

接下来,他与Bernhard Korte和Rainer Schrader合作,出版了Greedoids(1991)。Ulrich Faigle解释道:-

拟阵有兩個根本不同的方面。一方面,可以将拟阵视为满足拟阵独立性公理之松弛的集合系统,即并非独立集的每个子集都必然独立。从这个角度看,拟阵的结构理论归结为在这样的松弛公理假设下,拟阵理论还能保留多少。第二个方面将拟阵视为字母表上的有限语言,这些语言对取词的前缀封闭,并具有这样的性质:任何非极大词都可以用任何更长词中的某个字母来扩充。

2003年,他与Josef Pelikan和Katalin L Vesztergombi合著了教科书Discrete mathematics。Robin Wilson写道:-

近年来出现了大量离散数学教科书,旨在平衡学院和大学中对微积分的过度强调。这本书是这些教科书中的一个受欢迎的补充,由该领域三位知名实践者以令人愉快的非正式风格写成。

除了上面提到的Grünwald Géza奖之外,洛瓦兹还获得了:1979年的乔治·波利亚奖;1981年IEEE的最佳信息论论文奖;Ray D Fulkerson奖,与Lovasz、Grötschel和Schrijver共同因其论文The ellipsoid method and its consequences in combinatorial optimisation(1981)而获得;1985年匈牙利国家奖;1992年鲍耶学会的Tibor Szele奖章;1993年荷兰数学会勒伊岑·布劳威尔奖章;1998年匈牙利国家功勋勋章;1998年捷克数学会的伯纳德·波尔查诺奖章;1999年以色列沃尔夫奖;以及1999年的高德纳奖。该奖项的引文如下:-

洛瓦兹对算法理论产生了巨大影响。他做出了基础性的发现,这些发现已成为理论计算机科学中的标准工具。洛瓦兹局部引理、格基约化——在格中寻找短向量,以及椭球方法在各种凸规划问题中的应用,都已成为算法和复杂性广泛领域中的标准工具。洛瓦兹在近似困难性与概率证明之间联系方面的贡献至关重要。除了在算法方面的基础性贡献外,Laci 洛瓦兹还撰写了许多优美的著作,所有这些著作都强调各种主题中的算法。

继续本千年所授予的荣誉,他于2001年获得匈牙利政府颁发的Corvin链,并因与Uriel Feige、Shafi Goldwasser、Shmuel Safra和Mario Szegedy合写的论文Interactive Proofs and the Hardness of Approximating Cliques而于2001年获得库尔特·弗雷德里希·哥德尔奖。2006年,运筹学与管理科学研究所将冯·诺伊曼理论奖授予洛瓦兹。该奖项附有以下引文:-

洛瓦兹 曾在匈牙利和美国的大学以及微软研究院任职,目前是布达佩斯 厄特沃什·罗兰 大学数学研究所所长。他于1972年证明完美图猜想时年仅24岁,由此首次广为人知。1979年,他通过为图的顶点分配向量并构建相关的半定规划问题,解决了编码理论中 克劳德·香农 的一个长期未解问题;该方法此后成为攻克组合优化问题的有力工具。1991年,他与 Schrijver 展示了提升与投影方法在0-1整数规划问题中的威力,以及半定规划技术获得紧松弛的潜力。洛瓦兹 还利用新颖技术对图论的许多主题、随机算法以及子模函数最小化做出了关键贡献。洛瓦兹 将于明年成为国际数学联盟主席。他是匈牙利、欧洲、俄罗斯和荷兰科学院的院士。

洛瓦兹于2007年获得鲍耶研究奖,同年当选为瑞典科学院会士,并于2008年3月15日获得匈牙利塞切尼大奖。他于2008年8月获得欧洲研究理事会的高级资助。2008年11月,洛瓦兹获得鲍耶基金会的鲍耶大奖,并于2009年7月3日当选为伦敦数学会的名誉成员。2010年,他获得稻盛基金会颁发的京都奖,2012年获得美国数学会富尔克森奖,2019年获得巴塞罗那希帕蒂娅欧洲科学奖。

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最后我们提到,1990年,他是京都举行的国际数学家大会的全会报告人。他的演讲Geometric algorithms and algorithmic geometry出现在会议论文集中,也以视频形式发布。1988年,他还在埃克塞特举行的英国数学讨论会上作全会报告,当时他演讲的主题是Lattice points in convex bodies

自2007年1月1日起,他一直担任国际数学联盟的主席。他已婚,有四个孩子。

参考文献

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