小波理论荣获顶级数学奖

伊夫·梅耶因开发出一项理论而荣获阿贝尔奖,该理论的应用范围从观看电影到探测引力波

法国数学家伊夫·梅耶因在建立小波理论中发挥的“关键作用”而荣获2017年阿贝尔奖。小波理论是一种数据分析工具,其应用范围从精确定位引力波到压缩数字电影,无所不包。

该奖项奖金为600万挪威克朗(约合71万美元),被誉为数学界的诺贝尔奖。挪威科学与文学院于3月21日宣布了这一消息。按照诺贝尔奖的传统,梅耶是在宣布当天早上接到电话时才知道自己获奖的。

“很少有数学发现能像这样直接影响社会,”应用数学家、梅耶在巴黎高等师范学院的同事让-米歇尔·莫雷尔说。


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基于小波的计算机算法是研究人员用来处理、分析和存储信息的标准工具之一。它们在医学诊断中也有应用,例如,可以帮助加快磁共振成像的速度;在娱乐方面,可以将高分辨率电影编码成大小可管理的文件。

在梅耶于 20 世纪 80 年代开创性的工作(被称为小波革命)之后,许多学科的教科书不得不进行彻底的改写,莫雷尔说。

小波是傅里叶分析数学工具包的扩展,傅里叶分析以约瑟夫·傅里叶的名字命名,他在 19 世纪开创了这个领域。他发现,复杂的波形可以分解为更简单的正弦波分量。也就是说,诸如音符或地震信号之类的信息可以使用傅里叶技术以紧凑的方式表达。

奥斯陆大学阿贝尔委员会主席、数学家约翰·罗格内斯解释说,尽管傅里叶的原始公式在数学上很优雅,但它们并不容易应用于许多类型的真实世界数据。傅里叶的技术对于稳定的信号(例如在小提琴上演奏的连续音符)很有帮助。但是,它们对于筛选嘈杂的数据集以提取瞬态信号(例如激光干涉仪引力波天文台在 2015 年接收到的两个黑洞碰撞的“啁啾”)效率不高。

在 20 世纪,研究人员开发了使傅里叶分析更适用于地震学等应用的算法。其中包括可以在有限持续时间内替换正弦波的波形,这是法国地球物理学家让·莫雷在马赛 CNRS 于 1981 年发明的。他称它们为ondelettes——英文为小波。但是,在梅耶进入该领域之前,这些工具没有傅里叶理论的全部力量。

梅耶于 1982 年在巴黎综合理工学院(当时他工作的地方)等待复印机时,偶然遇到了莫雷的小波。一位同事正在复印一篇关于莫雷小波的论文,两人开始交谈。

研究函数分析的梅耶非常着迷,以至于他乘坐第一班火车前往马赛与莫雷及其同事交谈。他一夜之间决定改变研究领域。“这就像一个童话故事,”梅耶在 2011 年的采访中说(参见 go.nature.com/2n71lot)。“我觉得我终于找到了自己的归宿。”

到 1986 年,梅耶已经创建了第一组至少与傅里叶波一样强大​​的小波 (P. G. Lemarié & Y. Meyer Rev. Matem. Iberoam. 2,1–18; 1986)。在随后的几年里,在巴黎多芬大学工作期间,他充当了一个由数学家、工程师、物理学家和计算机科学家组成的网络的中心,莫雷尔回忆说,他们似乎每周都有新的发现。

“他与甚至不说同一种数学语言的人交流,”莫雷尔说。“所有这些人都有拼图的碎片。”

他补充说,“出现了一个很好的、清晰的、通用的理论”,其中包括并改进了用于使傅里叶分析更实用的工具。例如,梅耶的工作表明,为处理信号而发明的工具可以应用于数据压缩。

梅耶渴望跨越学科界限的愿望源于他在殖民地突尼斯的熔炉中度过的童年,他在 2011 年的采访中说,他“痴迷于”想要跨越种族界限。

认识梅耶的人形容他是一个慷慨、正直的人,莫雷尔说。他过着苦行僧般的生活,在办公室和家之间奔波,他和妻子住在一起,是“最热情、天真、谦虚的人”。

事实上,在得知自己获奖后,梅耶说:“我既高兴、惊讶又有点内疚。”

本文经许可转载,并于 2017 年 3 月 21 日首次发表

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