李衍达

　   李衍达，清华自动化系教授，信号处理与智能控制专家，中国科学院院士，1936年生，原籍广东南海，生于广东东莞。1959年毕业于清华大学自动控制系。主要从事信号处理理论和地震勘探数据处理方法的研究。在信号重构理论方面，提出了应用幅度谱和部分采样点重构信号的

新定理，使所需的采样点由N／2减至N／6；提出了利用相位重构技术估计时延的新方法；提出了仅用幅度谱重构最小相位信号的新算法。与合作者在用不完全投影重建图像问题上，提出了新的投影关系定理；在将信号处理、模式识别技术应用于地震勘探数据处理方面，提出了利用测井资料提高地震剖面分辨率的新方法，以及高分辨率速度谱估计方法；与合作者提出了采用POCS图像复原技术恢复波阻抗剖面的方法；提出了基于零、极点估计的子波估计与反褶积方法；提出了用新的τ－S变换剔除多次波的方法，以及综合地质、测井、地震资料预测储层分布等。1991当选为中国科学院院士（学部委员）。在油气勘探开发，油田勘探等方面取得实际应用效果。 曾获国家自然科学奖，国家教委科技进步奖等多项。

　　李衍达院士长期从事信号处理理论及地震勘探数据处理方法的研究。他研究的仅用相位谱、幅度谱或附加部分时域采样点恢复有限长离散信号等问题，在信号重构理论及算法的研究上达到了国际先进水平。他将新的信号处理与模式识别方法用于地震勘探数据处理，取得了开拓性成果。 李衍达院士发表了《信号重构理论及应用》、《信息世界漫游》、《信息与生命》等多部著作和论文，先后获得国家自然科学奖、国家教委科技进步奖、北京市科技进步奖及教学成果国家特等奖等。

　　7月10日，中科院院士李衍达做客腾讯，漫谈生命与信息，与网友展开互动。

　　郭桐兴：各位观众，大家好！欢迎大家来到院士访谈栏目！今天我们请到了中国科学院院士，清华大学学位委员会副主任，中国自动化学会副理事长，清华大学信息科学技术学院前院

长，国务院学位委员会控制科学与工程学科评议组成员，我国著名信号与信息处理专家李衍达先生！李老师，您好！欢迎您！

　　李衍达：谢谢。

　　郭桐兴：今天我们主要想请李老师就生命与信息的关系这一问题谈一下他自己的观点。首先我们想问您一下，您是一位信号与信息处理的专家，为什么您对生命科学如此感兴趣呢？ 李衍达：其实这个问题很多人都问我。当时人类基因组计划出来以后，我就开始关注生命科学的研究，因为当时人类基因组计划提供了大量的数据，解读了人类的DNA序列，人类的30亿个碱基对的次序，都测出来了。这个是一个大的事件。因为虽然是一本天书，但是这个天书隐藏了人类的生命的奥秘，也可以说是解读生命本质的一本书。如此大的信息量提供出来了，当然是我研究信息的人非常感兴趣的，我对一切的数据都感兴趣。因为它中间隐藏了很多我们需要分析的信息和信号。人类基因组计划的出现当然引起了我极大的兴趣。其实我也意识到，生物学的研究在人类基因组计划出来以后，已经进入了一个新的水平里。不仅是进入到分子水平，也进入到研究生命本质的一个阶段。这个研究将会对人类社会产生极大的冲击。将对21世纪的发展有着无限的可能。

　　因此无论从信息科学的意义上或者是对生命的好奇的意义上，我都非常有兴趣。所以7、8年前，我就开始关注这个事情。正努力的去想介入这个问题，一直到现在。我仍然是抱着这样的好奇心。

　　郭桐兴：现在世界上有很多发达国家都建立了生命交叉科学的研究中心，请您介绍一下，为什么会出现这样的现象？

　　李衍达：其实这个现象也是很自然的，我知道现在在美国有很多很著名的大学，包括斯坦福、MIT都建立了生命研究中心，还有其他的学科，其他的学科包括物理、数学、计算机，其他的包括比如说信息都介入了。为什么这样呢？其实这个很自然，首先人类基因组计划提供了那么大的数据，生物学家觉得难以管理了，所以需要计算机学家帮他建立数据库了。这么多的序列，他就需

要分析了，所以就需要计算机专家帮他进行分析了。数据分析以后，为了分析这个数据，他就需要建模了，所以数学家就建模了。当然牵扯到化学家、数学家都在建模里面发挥作用。进一步分析还发现光建模还不够，还得要研究模型内部这些生物分子之间的关系。涉及到调控的问题了，所以现在我们也发现很多调控的专家介入了。这其实是生命科学研究进入到一个深层次。它使得生物学已经脱离了描述性的，实验性的科学，而进入到一个定量分析，可以预测，甚至可以寻找生物内部的规律的一个新的阶段。在这个新的阶段下，光靠生物学家，大概是不够的。所以物理学家，数学家，计算机学家，后调控专家介入，我认为是非常必然的。这也说明原来科学本来是一个整体，只是人为的把这些东西分开。当你要研究一个综合性的，实质性的问题的时候，那么所有的科学手段都要利用。

　　郭桐兴：还必须要多学科的共同介入。

　　李衍达：只有这样，才能够真正对事物形成一个理解。所以我也觉得，其实不仅是生物学，所有的科学，在现阶段，都进入了一个交叉融合的阶段，交叉学科变成了一个前沿学科。从科学本意来说，这是必然的。所以我认为，我们不应该人为的把学科硬性的隔离开来，而应该从问题研究的实质出发。生物科学或者是生命科学的交叉学科中心反映了这样一种趋势，不过它反映的更加突出，更加明显而已。 郭桐兴：李老师，您能不能给我们介绍一下？基因就是DNA，它是由什么物质组成的？

　　李衍达：DNA序列是由核苷酸所组成的，有四种核苷酸类型来组成一个DNA序列，相当于我们如果用信息学的概念来说，有四个字母。它排列起来组成一个很长的序列，人类DNA序列大概有30亿个碱基对，所以是非常长。但是因为它的字母可以有不同的排列组合，所以就可以组成不同的字母的组合。

　　郭桐兴：这30亿个碱基对的基本功能大概是什么情况？

　　李衍达：如果大概来说，有一部分是编码——蛋白质，大家知道生物行使功能主要靠蛋白质。蛋白质又是由20个氨基酸所组成的序列，首先你要编码不同的蛋白质。但是这个编码要由核苷酸来编码，所以一部分编码就组成人体或者是生物体的各种元素的基本构建。这个部分大概占DNA序列的2%到3%。其余大部分的，除了一些重复序列，备用序列以外，现在我们猜测，可能是用于解决这个蛋白质和基因蛋白质之间，或者是基因之间相互调控的。也就是说，这个序列，它要从开始发育成一个不同的细胞、组织、器官到整体的发育过程。它需要有一个程序来调控它，什么基因开始要打开，要表达，这些基因怎么相互作用，最后怎么在空间上和时间上配合起来，组成一个整体。所以这个调控程序是非常复杂的。

　　郭桐兴：应该算是一个复杂的工程。

　　李衍达：非常非常复杂。如果打个比方，一个计算机，你想，我要设计一个程序，使得从DNA序列开始，给它组合起来，组成生物的不同的器官和组织，然后还要它合起来，这个程序，我设想过，非常困难。我甚至不知道应该怎么编。但是竟然各个生物体都编了一个这样的程序，这个程序非常严格，不能错的。一错了以后，你的鼻子可能长在脑袋顶上，空间不对了，时间不对也不成。这是非常有意思的一个程序。我想相当多的序列，就编了这个程序。就好象计算机有存储器，它也有不同的软件程序一样。 郭桐兴：其实刚才您介绍基因是由核苷酸这个物质组成的。本身核苷酸也是一种物质，应该是本身它没有生命的。由没有生命的物质，它们的组合，组成了有生命的一个生物。这个其实按道理也是非常奇妙的一个现象。

　　李衍达：没错。这个现象很多人是不理解的。如果简单来说，生命的出现是从无生命物质中产生的，简单一句话可以概括就是，无中生有。

郭桐兴：您说的很形象。

　　李衍达：无中生有，很多人是不理解的，包括过去很多科学家都不理解。所以人们总认为，生命的产生总有一些奇怪的东西。所以有人说，是不是就是因为有灵魂。人死了，灵魂跑掉了，所以就从生又变成了死。所以很多人就想寻找这个灵魂，有人曾经做过这样的实验，人死之前用个天平称一下，死了以后再称一称，有没有什么变化。就反映这个灵魂跑掉了。当然这也是一个可以探索的问题。当然也说明人，这个生和死竟然有这么大的区别，到底原因何在？其实据我看，科学发展到现在，特别是近代研究，所谓复杂系统，其实对这个问题提出了一个可能的答案。所谓复杂系统，它有一个非常有意思的特性，就是系统的整体的特性可以是分部分所没有的。比如说分部的具有这个特性，他们之间组成了一个整体系统，它可以出现一个新的特性。这些特性是每一个分部所没有的。

　　郭桐兴：您能给我们举一个具体的例子吗？

　　李衍达：我打个比方吧！大家每天都会坐出租车上班，出租车它都走在这个路上，其实北京市出租车司机最头疼的就是堵车了，因为出租车之间走来走去，互相就会出去一个堵车现象。如果单个出租车没有这个现象，这个堵车现象的出现其实就是一种整体现象的涌现。因为单个车没有这个问题，仅有多个车实现相互联系的时候出现了这个现象。这个现象对所有的车都产生影响了。而且这就是所谓系统出现的一种新的特性。这个新的特性是系统之间产生的。很多出租车司机每天晚上都预测一下，明天哪个地方堵车。结果大多数都发现，恰恰昨天不堵车的地方今天就堵起来了。因为大家都想着那个地方不堵。所以它也说明这个涌现也是一种难以预测的现象，这是符合复杂系统理论的。所以复杂系统理论涌现特性的出现，如果概括来说，就是无中生有。所以了解了复杂系统的现象，再把它应用到生命现象，你就很容易理解生命的出现。

　　郭桐兴：您讲得很形象。

　　李衍达：生命的研究离不开复杂系统的研究，离不开信息科学复杂系统的研究。 郭桐兴：李老师，您能不能给我们介绍一下，信息科学与生命科学，它们之间到底存在着什么样的关系？

　　李衍达：乍看起来，好像中间没有什么联系。信息科学是研究什么的呢？信息科学是研究信息的表述，怎么得到的，如何获得信息？怎么传输信息？然后信息相互之间的作用又影响到系统的调控，所以，也包括这个系统内部的调控关系。进一步研究信息怎么利用的？怎么去有利于人类，所以更多的人想到，通信、手机、电视机是跟信息科学有关，网络跟信息科学有关，调控跟信息科学有关，传感器跟信息科学有关，怎么可以生命又跟信息科学有关呢？其实回过头来说，信息科学它本身是一种横向科学。因为信息的获取并不仅仅限于设备，也不仅仅是限于网络，所有的事物都有信息。信息是反

映事物运动的一种特性。其实信息科学是涵盖了所有的生物。比如说气候、气象，每个人每天都关系，所以有雨，无雨对人类来说，明天就是一个信息。有云无云，阳光强不强，就是一个信息。所以如果你抽象来说，信息是什么呢？实际上它是客观事物的一种运动和特征的一种表述。有云有雨，这就是气象特征的一种表示，它就给我们提供这个信息。所以你抽象一点，信息是事物的运动和特征的一种表现。既然是这样的话，那么气候有信息，海洋也有信息，有没有海浪，海水的温度等等，也有一个信息。反过来，森林也有它的信息，生物也有它的信息。所以万事万物都有信息，正是有信息，所以我们才可以对它来进行研究，才可以对它进行分析。所以猛得看，信息科学并不像我们所想象得那么狭窄，其实很宽。既然如此，生物当然有它的信息了。其实对生物信息的重要性，我想也是一个逐步认识的过程。

　　生物学家把生物信息刚开头只是看作是你给我管理数据就够了。后来研究其实不对了，我觉得生物信息在某种意义上反映了生物很深层次的问题，相当本质的问题。举例子来说，遗传是生物的一种最重要的本质性的特性，如果没有遗传，它就没有生命。我就问一下，遗传是什么遗传呢？其实遗传是信息的遗传。是遗传信息，把所有生命的某种生物的特征用信息编码下来，然后遗传下来。

　　李衍达：我的期望 2007-8-14　

　　由于生性好奇，研究领域时有变化,几次涉及交叉学科。虽然越来越多的事实表明，交叉学科往往是新的学科生长点,需要给予更大的关注与支持,但在现实方面,由于一时难以取得共识,或是由于原有领域专家的不认可，交叉学科往往难以立项,难以得到支持。

1996年,我注意到分子生物学的迅速发展,开始转入对生物信息学的研究,并动员研究生去学习分子生物学,以便开展生物信息学的研究。但两届学生都在学了课程以后,退出了这个领域，因为网络、通信等领域实在太热,太诱人了。终于在1997年末有一名研究生真正转到这一领域中来,开始了第一步的探索工作。经过几年的努力,终于有了一些结果,并进入更深入的研究。但是,没有项目和没有资金支持,就无法继续下去。

　　生物信息学的发展标志着生命科学与信息科学进一步有实质性的结合,其意义是十分深远的。为了在我国推动生物信息学的研究,我曾联合有关专家,共同申请国家一个基础研究计划的项目。第一次,在专家评审时,有专家就不认可生物信息学这一名称,说“如果有生物信息学,那么就可以有材料信息学以及XX信息学了…”。当然,现在我想他已不会那么说了,但是在当初,生物信息学总不如物理、数学那样为人所认可。后来的另一次评审,又遇到某个生物学家的非难,终于未能立项。到了几年后的今天,大家都有了共识,我想这项计划为生物信息学立项应该是没有问题了。但是,对于前沿性的基础研究的支持,最关键的作用恰恰就是在其未被大多数人所公认的时候,能有远见的给予支持。看来这个计划是做不到这点了。

　　我的目光转向了自然科学基金。其实,早在1999年自然科学基金委员会就注意到了生物信息学的发展及其意义,在基金委的“十五”优先资助领域论证报告集中,不仅有“我国人类基因组研究”,而且有“生命科学中的信息科学研究”,其中提出“本领域选题的核心是生物信息学”,并指出“生物信息学的研究目标是揭示基因组信息结构的复杂性及遗传语言的根本规律。它是当今乃至下一世纪自然科学和技术科学领域中‘基因组’、‘信息结构’和‘复杂性’这三个重大科学问题的有机结合”。现在看来,这个报告是很有预见性的。我好像在这里遇见了知音,这一报告集给了我很大的鼓励与信心。这也是基金委不同于其他科研管理机构的高明之处。可以说,它依靠一批专家,一直摸着科学发展的脉搏。因此,我就在基金委有关领域的专家组中积极介绍生物信息学,并争取立项。但是,还是经历了一些小小的曲折。记得在自动化领域的专家组中讨论申报指南和重点项目立项时,有一位资深的管理人员可能为了某种需要,并不安排讨论生物信息学的内容,但是专家组全体成员一致要求将生物信息学列入立项内容,两者形成鲜明对照。幸好也是在基金委,虽然资深的管理人员有一定的权力,但专家组还未成为管理人员手中的工具。因此,专家组的意见仍能得到一定的反映。更让我没想到的是,到了第二年,专家组开会时,在会议临近结束前,信息学部让我给全体专家介绍生物信息学,结果引起更大的关注,从而促使将生物信息学列入指南。此后,我也经申请并被批准得到我们组的第一个关于生物信息学的面上项目。

　　随着我们组研究工作的深入,特别是系统生物学的出现,我们又在基金委信息学部申请重点项目并被批准。与此同时,基金委又设立“真核生物重要生命活动的信息基础”重大研究计划项目,以很大的力度支持这方面的研究。 在经历了这些以后,近几年来自然科学基金越来越受到国家的重视,基金数额迅速增多,形势越来越好,但我却不由地产生了以前没有的忧虑。一个忧虑是,随着基金数额的增多,基金声誉的提高,基金的立项成了争名夺利的一种手段。一些人为了立项不惜吹捧基金委的管理人员,甚至可能用不正当的手段。在这种情况下,基金委能否警惕队伍的被腐蚀与可能的变质能否与各种不当的行为进行不懈斗争基金委管理人员的主体能否仍保持其科学良知与科学道德我们是否有足够的监督机制来规范申请者、评审专家与管理人员的行为呢另一个忧虑就是,在国家加大投入的同时,也更要求投入金钱要听到“响声”的压力下,在目前普遍追求政绩、成果、获奖、经济效益、产值的压力下,基金委是否仍会支持风险大,不易取得共识的交叉学科呢少数人的远见卓识怎么能受到重视,大胆的设想怎么能得到支持,自由探索怎样才能在“大工程”的呼声下不被压得粉碎呢

　　我的期望是,科学基金真正为科学探索服务,而对科学探索来说,证明已知的不是主要的,引领未来才是根本的。

　　李衍达院士长期从事信号处理理论及地震勘探数据处理方法的研究。他研究的仅用相位谱、幅度谱或附加部分时域采样点恢复有限长离散信号等问题，在信号重构理论及算法的研究上达到了国际先进水平。他将新的信号处理与模式识别方法用于地震勘探数据处理，取得了开拓性成果。

　　李衍达院士发表了《信号重构理论及应用》、《信息世界漫游》、《信息与生命》等多部著作和论文，先后获得国家自然科学奖、国家教委科技进步奖、北京市科技进步奖及教学成果国家特等奖等。

2017年10月，李衍达当选首批中国人工智能学会会士。

　　1李衍达，常迵.信号重构理论及应用.北京：清华大学出版社，1991

2 罗发龙，李衍达.神经网络信号处理.北京：电子工业出版社，199317 李衍达.以信息系统的观点了解基因组.电子学报，（2001）29：171-173

　　3邹红星，戴琼海，李衍达，等.不含交叉项干扰且具有WVD聚集性的时频分布之不存在性.中国科学（E辑），2001，31（4）

　　4邹红星，戴琼海，李衍达，等.FMlet变换的子空间.中国科学（E辑），2001，31（5）

　　5戴琼海，邹红星，李衍达，等.FMlet变换的性质及收敛性分析.中国科学（E辑），2002，32（1）

     1936年出生的李衍达院士是广东人，清瘦，语速轻缓，接触时间稍长即能感受到他身上有 非凡的毅力。李衍达回顾了自己的首次留学经历。

　　留学之初报了两个学科方向

　　李衍达1954年考入清华大学电机系，三年级时转到自动控制系。1958年，离毕业尚有一年的李衍达留校在电机系任教，后于1970年转到自动化系任教。1978年夏天，中国开始选拔首批赴美访问学者时，受到“文革”冲击的李衍达刚从北京大兴县的农场结束劳动回校不满一年。

　　“我学过一点英文，基础不太好，上大学学俄文，对英文考试心中着实没底。”李衍达回忆说，他去找系里曾经留学美国麻省理工学院的常迵教授帮忙补课，最后通过了选拔考试。

　　填报留学志愿学校和进修方向时，李衍达先咨询常教授，常教授说，到麻省理工学院去吧，学信号处理专业，国家需要，回来后可以从事这方面的研究。再找电子学教研组主任童诗白教授，他也说麻省理工学院好，但是建议学微处理机专业，说：“回来可以开这门课。”

　　于是李衍达填报了两个学科方向。他当时可没想到，这一来对他在美国的学习增加了极大的压力。

　　经历调换学科方向风波

　　在美国开始学业，李衍达经历了一些波折。1979年初，在华盛顿补习英语时，麻省理工学院微处理机实验室主任、美籍华人李凡教授来找他，谈妥3个月补习完毕后接受李衍达到他的实验室当访问学者。谁知来到了麻省理工学院，李衍达却被安排到美国著名教授A.V.奥本海姆的信号处理实验室当访问学者。

　　此中原委，李衍达后来才听人说起。原来，他们是首批访问学者，到麻省理工学院之初经受了许多质疑，学校里一些犹太人教授对他们的工作能力表示怀疑，认为应当按学生上学来收学费，而不是按访问学者的标准来工作。

　　当时，一位著名犹太人教授站出来说：“这批人还没来，不应当这么武断地下定论，应当给他们一个公平的展示机会。”这位教授就是奥本海姆，他的话很有说服力，随后其他犹太人教授又提出：“那么，奥本海姆教授，您的实验室能否接收一位中国来的访问学者呢？”报名到麻省理工学院的中国学者中，只有李衍达报了信号处理学科。结果，原本没有多少相关学科基础的李衍达归入奥本海姆实验室。

　　终获奥本海姆教授认可

　　虽然接收了李衍达，奥本海姆的标准绝不会降低。李衍达英文有些吃力，原先的学科基础薄弱，让他的进修过程分外艰苦。

　　李衍达与奥本海姆本是同龄人，由于“文革”的耽误，李衍达中断了研究。李衍达第一次见奥本海姆就告诉他，虽然自己没有相关研究基础，但一定可以赶上来。

　　话说来容易，当时国内外研究差距极大，国内还很少有电脑，奥本海姆实验室的电脑操作系统却是全世界最先进的。李衍达要从头学起，一条命令一条命令地尝试，为此还闹过笑话。他曾试用了一条关机指令，结果全实验室的电脑突然关机了，所有人哗然：“李，你要关机为什么不通知一声！”

　　奥本海姆先安排李衍达修三、四门基础课。开课后李衍达发现，这几门课都是关键性的重课，按常规程序，起码要一年半至两年才能修完，等他修完进修时间就到了，接触不到研究前沿。李衍达的办法就是加倍努力。他把课程录像带借回来闭门苦修，结果不到一年修完了这几门课，令教授大为吃惊，李衍达获得了在实验室做研究的资格。

　　进入实验室，李衍达选择了地质勘探信号处理方向。奥本海姆还想考考他，在黑板上出了一道有关求解在地面上爆炸，经地下反射后到地面接收的地震波的问题。一周后，李衍达给出了一个虽不完备但还不错的答案。这时，奥本海姆又给了他一份已毕业的研究生论文，一段时间后，李衍达不仅读懂了论文，还对论文中的方法提出了改进方案。李衍达终于得到了奥本海姆的肯定。

　　当时，实验室里正在开展利用信号的相位谱重构信号的研究，这是当时前沿性的课题，与过去只利用信号的幅度谱有很大的不同。为了了解这一方向，李衍达又提出，希望能参与实验室的有关相位谱的研究课题。如何将相位谱的研究和地震勘探信号处理方向联系起来呢？地震勘探信号处理的一个重要问题是求取地震波抵达地面的时间，因为它反映地下油层的深度。经过对相位谱的反复思考，李衍达发现地震波抵达地面的时间的信息是隐藏在信号的相位信息中，因此，提出一种利用信号的相位信息求取地震波抵达时间的新方法。这种思想也扩展了信号相位谱的应用范围。奥本海姆听了也认为这是个好主意。奥本海姆还进一步安排李衍达去一家有名的石油测井公司施隆贝谢研究中心去做有关报告，吸引了公司方面的兴趣。

　　终于有一天，奥本海姆说：“李，和我一起去亚特兰大参加一个学术会议吧，我资助你去。”就这样，两年，李衍达得到了以严格著称的奥本海姆的认可。

　　当年归国时，一门心思搞研究的李衍达甚至忘了请奥本海姆为他写下评语。今年，奥本海姆还要来华访问。“到时，我一定会记得问问他，1980年访华时向常迵教授是怎么评价我的！”李衍达笑说。