中科院院士汤涛：科学计算是现代科学中理论和实验之外的第三大手段

封面新闻记者 欧阳宏宇

在现代科学和工程技术中，经常会碰到大量复杂的数学或数据问题，除了理论和实验之外还有没有第三条解决路径？

12月18日，中国科学院院士、北京师范大学香港浸会大学联合国际学院校长汤涛在2023《财经》年会上分享了关于科学计算研究方式的探求。他表达， 科学计算使科学技术研究本身发生了根本转变。“传统的科学技术主要是理论手段和实验手段，引进计算机之后，科技计算已成为同等重要的第三个组成部分。”

所谓科学计算，是指利用计算机再现推测和发现客看世界运动法则和演化特性的全过程，包括建立数学物理模型，研究计算方法，设计并行算法，研制使用程序，开展模拟计算和分析计算结果等过程。科学计算需要处理的问题是科学研究和工程技术中碰到的数学方程或数据相关的计算，比如天气推测、地震推测、核爆炸破坏强度、飞机设计、汽车设计、水坝设计等问题都可以使用科学计算的方式。

据了解，在全球领域内，中国科学家在算法和专用型数值计算软件中已位于领先的地位，中国人发表的论文数量和质量也都位居前列，很多算法都被国外的通用型数值计算软件摘用。

科学计算到底有哪些优势？汤涛认为，主要有两个方面：第一，科学计算能够老实承担真实实验不能完成的研究工作，例如，研究海啸、地震、核爆炸的破坏等，人类不可能进行真实实验，但可以进行科学计算来模拟场景。

第二，科学计算具有成本低、可重复的特征，能够极大降低真实实验需要的成本，提高研究效率。研究人员通过改变数据就可以依据需要获得任何一个时刻、任何一个地点研究对象发展和演化的大部分信息，进而可以足够了解和细致熟悉研究对象的发展与演化。

谈及科学计算的主要环节，汤涛将其分为三步，即数学建模、算法设计和计算机实现。“科学计算可以提供全过程全时空的定性定量的熟悉，处理更复杂更困难的实际问题，如何把实际问题数学模型化转化为计算问题是科学计算的首要任务；而数据算法到计算机实现，最终成为软件，则是科学计算的重要目的。”