抛起一枚硬币，落地時哪一面會朝上？多數人認為“看運氣”“五五開”。
真是如此嗎？面對這一經典場景，美國普林斯頓大學教授維格德森（Avi Wigderson）指出，抛硬币或擲骰子，并不是真正随機的：如果你有足夠的關于實體系統的資訊，那麼結果是完全可以預測的。完美的随機性是難以捉摸且難以驗證的。
30年前形成的這一理論，徹底改變了計算數學對随機性的了解，對計算機科學的進步影響至深。
4月10日，有“計算機界諾貝爾獎”之稱的圖靈獎2023年獲獎名單揭曉，花落維格德森。理由是他對計算數學基礎的貢獻，包括重塑人類對計算中随機性作用的了解，以及數十年來在理論計算機科學領域的上司地位。
圖靈獎是計算機科學領域的最高榮譽。除了圖靈獎之外，維格德森還與另一位學者分享了2021年的阿貝爾獎（Abel Prize），該獎項是數學界的最高榮譽。他也是唯一一位同時獲得阿貝爾獎和圖靈獎的人。
數學是計算機科學的基礎
頒發圖靈獎的美國計算機協會（ACM）主席雅尼斯·約安尼迪斯（Yannis Loannidis）在該組織釋出的一份聲明中表示：“數學是計算機科學的基礎，維格德森的工作将廣泛的數學子領域與理論計算機科學聯系起來。”
維格德森因其在計算複雜性理論方面的工作而聞名，他主要研究随機性在計算中的作用。在上世紀90年代的一系列極具影響力的論文中，維格德森及其同僚證明了計算在沒有随機性的情況下也可以同樣高效，并從那時起就塑造了算法設計。他的研究還包括協定設計和密碼學，奠定了當今大部分數字基礎設施的基礎。
普林斯頓大學數學系教授許晨陽對第一财經記者表示：“維格德森做的領域屬于計算複雜度，是數學和計算機交叉的領域。這些年他在純數學領域的影響力也越來越大。”
計算複雜性理論所研究的，是資源中最常見的時間（要通過多少步才能解決問題）和空間（在解決問題時需要多少記憶體），或者在并行計算中需要多少并行處理器才能解決問題。
維格德森于1999年加入普林斯頓高等研究院（IAS），并在那裡建立了計算機科學和離散數學項目。在普林斯頓高等研究院的采訪中，維格德森表示，自己既是一位數學家也是一位計算機理論科學家，研究的是計算領域的數學基礎。
上世紀70年代，維格德森在以色列海法大學開始了大學生涯。最初他主修數學，但在父母的建議下轉向了計算機科學。他的父母認為，這個專業更好找工作。
雖然未學成數學專業，但維格德森很快就發現，計算機科學是一個充滿未解之謎的領域，而這些謎題，本質上都與數學相關。他早期的一項開創性工作，正是探讨一個看似沖突的問題：能否在不展示證明過程的情況下讓人相信，一個數學命題已經得到了證明？
在數學和計算機科學交叉領域的一系列發現中，維格德森的研究鞏固了所謂的“零知識證明”理論，這在密碼學和數字安全中至關重要。今天，零知識證明（Zero-KnowledgeProof，ZKP）技術已融入了隐私、合規性、身份驗證和區塊鍊技術等現代應用中。
普林斯頓大學計算機科學家拉齊（Ran Raz）評價維格德森稱：“Avi在密碼學領域有許多極其重要的成果，最重要的理論就是零知識證明。”
維格德森影響深遠的論文包括：《Hardness vs. Randomness》（《對抗性與随機性》，與諾姆·尼桑（NoamNisan）合著）。這篇論文介紹了一種新型僞随機發生器，并證明了在比以前已知的假設更弱的條件下，可以對随機算法進行高效的确定性模拟。
維格德森這些理論的影響遠遠超出了随機性和去随機化領域，被應用于理論計算機科學更廣泛的領域，且激發了該領域多位領軍人物發表具有影響力的論文。
他的工作融入今天人們的日常生活
菲爾茲獎首位華人得主丘成桐對第一财經記者表示，維格德森獲得圖靈獎并不意外，因為與其稱他為一位數學家，維格德森更是一名計算機學家，他的主要研究領域是計算機方面的工作。“當然數學是一切科學理論的基礎。”丘成桐表示。
理論計算機科學專注于計算領域的數學基礎，理論計算機科學還緻力于設計高效的算法。事實上，每一項觸及我們生活的計算技術都是通過算法實作的。深入了解構成強大和高效算法的原理，不僅能增進人們對計算機科學的認識，還能幫助人們更好地了解自然規律。
随機性基本上是一種在不知道最優解的情況下，確定對最優解有正确了解的方法。随機性在計算機科學中找到了無數其他用途，從密碼學到博弈論到機器學習。
值得關注的是，2017年谷歌向普林斯頓IAS注資，開始研究新的機器學習的方法。谷歌進階副總裁JeffDean表示，維格德森的研究幾十年來“奠定了理論計算機科學的發展程序”，而他的工作也直接融入了人們的日常生活。
第一财經記者注意到，去年11月，受2000年圖靈獎得主、清華大學交叉資訊研究院院長姚期智邀請，維格德森剛剛到訪過清華大學交叉資訊研究院，進行了“模仿遊戲”源流和應用的學術講座。
姚期智當時在介紹維格德森時說道：“我和維格德森已經相識40多年，都從事計算機理論研究，Avi在理論方面已形成了獨到洞見。”
姚期智的研究方向包括計算理論及其在密碼學和量子計算中的應用。他用計算機發牌、打牌，研究計算機理論，并将這種理論應用到密碼學。用通俗的比喻來講，生意合夥人如果互相發送電子郵件，即便使用隻有雙方通曉的暗語，也存在洩密的可能，這就牽涉到資訊安全和加密，這些方向與維格德森的研究也高度重合。
在去年11月的那場報告中，維格德森從阿蘭·圖靈提出“圖靈測試”出發，叙述了“模仿學習”理論在密碼學、随機性、離散數學、數論等領域的現代應用。他基于凱撒密碼（Caesar’s Cipher）、恩尼格瑪密碼機（Enigma machine）、選舉（secure elections）等案例，引導學生思考安全性的定義、随機性的應用、隐私和效用的平衡等問題。
他還回應了AI大型大語言模型出現後，會對理論計算機研究的發展方向産生什麼樣的影響。對于理論計算機研究将如何應對人工智能發展這一問題，維格德森表示：“盡管包括大語言模型在内的人工智能有很多驚人表現，但最重要的問題是AI還有哪些是不能做的。我相信人工智能發展過程中總有天花闆。”
維格德森還稱，自己曾為解決一個開放性問題花了40年時間，并建議學生要選擇自己喜歡的研究領域，享受在失敗中不斷學習的過程，這樣才能在科研道路上走得長遠。
(本文來自第一财經)