图灵奖2023：Avi Wigderson的开创性贡献揭示计算中的随机性和伪随机性_艾维 威格森

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前言

2023年的图灵奖颁发给了普林斯顿大学的数学教授Avi Wigderson，这无疑是对其在理论计算机科学领域的突出贡献的高度认可。作为该领域的领军人物，Wigderson通过深入研究计算中的随机性和伪随机性，开辟了一条新的道路，为我们理解计算的本质提供了重要的线索。他的开创性工作不仅对理论计算机科学有着深远影响，也对现代科技和社会产生了广泛的应用价值。在这篇文章中，我们将对Wigderson的贡献进行探讨，以及他对计算机科学领域的影响和未来可能带来的变革。

背景

4月11日，号称计算机界“诺贝尔奖”的图灵奖，正式揭晓，由普林斯顿高等研究院教授艾维·维格森（Avi Wigderson）获得，表彰他在复杂性理论方面所做出的杰出贡献，维格森此前还获得了阿贝尔奖，成为首个同时拿下数学和计算机双料大奖的科学家！

图灵奖（Turing Award）是计算机科学领域的最高荣誉，以英国数学家和逻辑学家艾伦·图灵（Alan Turing）的名字命名，表彰艾伦·图灵对现代计算机科学的发展做出了基础性和开创性的贡献。

与诺贝尔奖在物理学、化学和医学领域的地位相当，图灵奖被认为是计算机技术和学术界最负盛名的奖项之一，像2018年，深度学习三巨头Bengio、Hinton和Lecun就因在深度学习领域的开创性工作，而共同获得了2018年的图灵奖，三人共同分享100万美元奖金。

今年的图灵奖由艾维·维格森（Avi Wigderson）获得，维格森一位杰出的数学家和计算机科学家，在计算复杂性理论、算法和优化、随机性和密码学、并行和分布式计算、组合学、图论以及理论计算机科学与数学、科学之间的关联等领域都是领军人物。

什么是理论计算机科学？

理论计算机科学与该领域的数学基础相关。它提出的问题包括：「这个问题是否可以通过计算解决？」或「如果这个问题可以通过计算解决，需要多少时间和其他资源？」

理论计算机科学还探索高效算法的设计。与我们生活息息相关的每一项计算技术都是通过算法实现的，了解强大高效算法的原理，不仅能加深对计算机科学的理解，还能加深对自然规律的理解。

这是一个提出「智力挑战」的领域，通常并不直接涉及改进计算的实际应用，但相关研究突破几乎推动了该领域各个领域的进步——从密码学和计算生物学到网络设计、机器学习和量子计算。

为什么随机性很重要？

从根本上来说，计算机是确定性系统。应用于任何给定输入的算法指令集唯一地决定了其计算，尤其是其输出。换句话说，确定性算法遵循可预测的模式。

相比之下，随机性缺乏明确的模式，或者说事件或结果的可预测性。由于我们生活的世界似乎充满了随机事件（天气系统、生物和量子现象等），计算机科学家通过允许算法在计算过程中做出随机选择来丰富算法，以期提高算法的效率。

而且事实上，许多尚无有效确定性算法的问题已经可以通过概率算法得到有效解决，尽管存在一些小概率误差（可以有效减少）。但随机性是必不可少的还是可以消除的？概率算法成功所需的随机性质量是多少？这些以及许多其他基本问题是理解计算中的随机性和伪随机性的核心。对计算中随机性动态的更好理解，可以使我们开发出更好的算法，并加深我们对计算本身本质的理解。

三篇影响深远的论文

《Hardness vs. Randomness》（与Noam Nisan合著）：这篇论文还介绍了一种新型伪随机发生器，并证明了在比以前已知的假设更弱的条件下，可以对随机算法进行高效的确定性模拟。

• 论文链接：https://www.math.ias.edu/~avi/PUBLICATIONS/MYPAPERS/NOAM/HARDNESS/final.pdf

《BPP Has Subexponential Time Simulations Unless EXPTIME has Publishable Proofs》（与László Babai、Lance Fortnow、Noam Nisan合著）：本文利用 Hardness Amplification 证明，在较弱的假设条件下，有界错误概率多项式时间（BPP）可以在亚指数时间内模拟无限多的输入长度。

• 论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/BF01275486

《P = BPP if E Requires Exponential Circuits: Derandomizing the XOR Lemma》（与Russell Impagliazzo合著）：本文介绍了一种更强的伪随机发生器，它在难度与随机性之间实现了基本最优的权衡。

• 论文链接：https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/258533.258590

Avi Wigderson在计算复杂性理论方面的贡献及其对现代计算的影响

Avi Wigderson的贡献包括以下几个方面：

1. 证明了计算机科学中的重要猜想：Wigderson证明了计算复杂性理论中的一些重要猜想，如NEXP ≠ EXP猜想和P ≠ NP猜想。这些猜想是计算机科学领域中的基石问题，对理解现代计算的边界和限制起到了关键作用。

2. 设计新的算法和协议：Wigderson提出了一系列新的算法和协议，如错误纠正代码、随机化算法和证明的可验证性。这些算法和协议在许多实际应用中发挥了重要作用，例如网络通信、密码学和分布式计算。

3. 研究经典和量子计算的关系：Wigderson对经典计算和量子计算之间的关系进行了深入研究。他证明了经典计算模型和量子计算模型之间存在着一种紧密的联系，这对于理解量子计算的能力和限制非常重要。

4. 推动计算复杂性理论的发展：作为一名杰出的计算机科学家和数学家，Wigderson在计算复杂性理论的许多重要问题上提出了新的想法和方法。他的工作为计算复杂性理论领域的研究者提供了重要的工具和方向，推动了这一领域的发展。

Avi Wigderson的工作对现代计算产生了深远的影响。他的研究成果不仅对理论计算机科学领域具有重要意义，而且对计算机科学的实际应用有着广泛的影响。他的工作为理解计算的复杂性、设计高效算法以及保障计算的安全性提供了重要的基础。此外，他的研究也对量子计算和量子信息科学的发展起到了推动作用。总的来说，Avi Wigderson的贡献使得我们能够更好地理解和利用计算的能力，推动了现代计算科学的发展和进步。

Avi Wigderson对随机性和伪随机性在计算中作用的理解及其实际应用

Avi Wigderson的研究揭示了随机性在计算中的关键作用。他指出，随机性可以用来解决一些难以用确定性算法解决的问题。例如，随机性可以帮助我们在多项式时间内解决某些NP难问题，这些问题在确定性算法下很难找到有效解。通过引入随机性，我们可以通过多次执行随机算法并取得多个随机结果，然后根据这些结果的统计特征来得到一个接近最优解的解决方案。

此外，Avi Wigderson研究了伪随机性的概念并将其应用于计算中。伪随机性是指一种算法生成的序列，它看起来像是随机生成的序列，但实际上是通过确定性算法生成的。这种伪随机性序列在密码学和随机算法设计等领域起着重要的作用。通过伪随机序列，我们可以在计算中引入随机性的好处，同时又能保证结果的可预测性和可验证性。

Avi Wigderson的研究对于理解随机性和伪随机性在计算中的作用非常重要。在实际应用中，这些理论可以帮助我们设计更高效、更可靠的算法。例如，在密码学中，伪随机数生成器可以用于生成加密密钥和随机验证令牌，保障安全通信和身份验证。在机器学习中，随机性可以用于初始化模型参数和训练样本的随机化，以提高算法的稳定性和泛化能力。在网络优化和资源分配中，随机性可以用于发现更优的解决方案和减少算法运行时间。总之，Avi Wigderson对于随机性和伪随机性在计算中的研究为我们提供了重要的理论基础，并且这些理论在实际应用中具有广泛的应用价值。

Avi Wigderson的学术生涯和领导力对理论计算机科学领域的长远影响

他在普林斯顿大学的教学和指导下，培养了许多杰出的学生和后继者，他们在学术界和工业界都取得了杰出的成就。他的领导力不仅体现在他对研究人员的指导和激励上，还表现在他对学术界的组织和推动上。

Wigderson教授积极参与学术会议和研讨会的组织工作，促进了学术界的合作和交流。他还担任过多个国际计算机科学组织的重要职位，如计算机科学与人工智能协会（ACM）的副主席、国际自动机理论与实践协会（EATCS）的理事会成员等。他的领导力和影响力不仅推动了理论计算机科学的发展，还促进了学术界对于计算科学的认知和重视。

除了对学术界的影响，Wigderson教授还积极参与社会服务和推广计算机科学的工作。他致力于将计算机科学的优势和应用推广到广大的社会群体中，促进科技创新和社会发展。他的领导力和影响力不仅局限于学术界，还扩展到了整个社会领域。

总的来说，Avi Wigderson教授的学术成就、领导力和对学术界及社会的影响将长远地塑造理论计算机科学领域的发展。他的研究和领导力不仅推动了学术界的进步，还为社会带来了更多的机会和进步。他获得2023年图灵奖实属实至名归，并将继续对我们的学术界和社会产生深远的影响。

后记

Avi Wigderson的荣获2023年图灵奖是对他杰出贡献的最高肯定。他在理论计算机科学领域的研究和探索为我们揭示了计算中随机性和伪随机性的深层意义。他的开创性工作不仅在学术界引起了广泛的关注和影响，也为计算机科学的实践应用带来了新的启示。通过他的努力，我们的理解和应用计算的能力得到了显著的提升。我们衷心祝贺Avi Wigderson获得图灵奖，相信他的成就将继续激励新一代科学家在计算领域取得更加卓越的成就。

转载自：https://blog.csdn.net/u014727709/article/details/137806629
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