创新成才不断求索课件

创新成才不断求索吴海龙(

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)我们每个青年学生都渴望自己能够尽快有所成就，成为某一个领域的专家，成为成功人士。如何成功，实际上没有一个固定的模式或答案。毛主席生前有两句话，始终激励着我们这一代人。第一句话是“人是要有一点精神的”。人要有目标、有对生活的追求。在人生的每一个阶段，有了目标，有了追求，这样就会比较踏实，不会跟着时髦走，会朝着自己所设定的目标，努力去做每一件工作，并把工作做好。当然，不会跟着时髦走，与与时俱进不相矛盾。我本人是1978年9月考入湖南大学的。限于当时的条件和历史的原因，我们这一代人所受的教育是非常残缺的，没有接受过什么正规的人文和数理化教育。进入大学以后，感到自己的知识结构的残缺和基础的薄弱，但同时也感觉到自己有历史使命感。所以学习较努力，特别是到了图书馆，看到那么多的书，非常兴奋，经常在课外时间阅读不同的书，想把很多过去没学到的知识补一下，感觉生活充实，有奔头，有目标，想为国家做点事，为民族做点贡献。本人还自荐报名参选校学生会工作，有意识地锻炼自己的综合能力。因此，刻苦努力与勤奋好学是我们那一代大学生的光辉写照。但实际上，与在座的各位比起来，可能基础要差很多。在大学三年级时，知道可考硕士研究生，开始利用假期复习努力。后来考上了湖大的硕士研究生。我在湖大求学过程中，遇到了多位非常好的导师，他们都是中国知识分子的代表，是我们学习的榜样。一位是姚守拙院士，一位是俞汝勤院士，还有沈国励老师、张志华系主任、陈贻文老师、省环保局曾北危总工程师等。我从他们身上学到了很多，他们也给我很多帮助，包括做人做学问的帮助。他们学识非常渊博，并且人品也非常好。大家知道有一句名言，叫做：榜样的力量是无穷的。他们的言传身教，确实是给我们很大的帮助。从事科研工作的几点体会：第一，要从“大处着眼”。选择课题的时候，一定要选一些大的、有重要影响的问题，要选择一些对科学前沿或者对于实际应用有重要意义的课题。每个学科都像一棵大树。即使是“树干”，也有树枝和树叶。重大的问题，就是“树干”的问题，我们应该更多的去找一些“树干”问题。需要高屋建瓴。需要有“会当临绝顶，一览众山小”的气概。当然，“树枝”和“树叶”也很重要，有时候也需要做。第三，要“勤于思考”要把科学研究作为一项事业，要努力去发现问题，并且找到解决问题的办法。第四，要“善于合作”每个人的能力是有限的，每个人都有长处。如果能够和更多的人合作，取长补短，往往就能把自己的能力扩展了。因为通过合作，你可以通过你的长处来帮助别人，别人则通过他的长处来帮助你。以目前国内的条件，我们怎么样才能做出比较好的工作？我个人认为：我们做大学本科毕业论文时，姚守拙老师和沈国励老师叫我们做PVF膜生物碱药物电极。当时实验室条件很差，但选题较好，后来我的本科毕业论文发表在药物分析杂志，评价不错。本科毕业后，攻读俞院士的硕士研究生（82年9月），当时条件也很差，但俞老师指导有方，使我在液膜酸度化学传感器方面的研究工作，有了实质性的突破，即有创新性。刚开始，在跟踪消化国外前沿工作的基础上，做了大量的探索性实验，但失败的多。我们注意不断总结经验教训，自信：失败是成功之母。从实验中，我们发现了某种趋势，就自己定向合成，又经克服重重困难，最后，制成了以甲基二正十八烷胺为中性载体的PVC膜pH离子选择电极，性能超过前人的报道。后来发表于国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的TALANTA学术期刊。1、不一定不好的条件就做不出相对较好的甚至前沿的工作有十几个国家的30多位同行来信索取，有国内外同行的综述论文引用，有权威专著引用撰述，将我们的工作与当时国际上著名的瑞士Simon学派的工作并列介绍。这个工作确实是比较有特色的，即使过了十七八年，还是不断地有人引用，还有人在继续开展这方面的工作。跨国公司FLUKA十多年来一直在销售这一活性物，并列出我们的论文。这些工作也成为了俞汝勤院士他们1987年获得国家自然科学三等奖的科研成果的组成部分之一。这里，切入点的选择十分关键，当时的条件确实比现在要差很多，但这个例子说明，只要找到合适的切入点，并且用一些新的方法来研究老的问题，就会柳暗花明，就会找到一些新的突破。这是一本pH测定专著的封面多处引用了俞等的工作,与世界著名的瑞士W.Simon小组的工作并列。因为这样往往可以把复杂的问题简单化，从而获得事半功倍的效果。我在国内攻读的理学博士学位，工作主要由三部分组成。论文挺长的。有一部分是做分析化学计量学中多元校正。我将它演化为十五种方法，做过系统比较。但总感觉存在欠缺，有局限性。可能与当时我们实验室的分析仪器只能测得光谱有关，一个样品得到一条光谱，多个样品才能构成一个两维数据阵列，即矩阵。数学领域一般讨论线性模型，只有一步。而我们分析化学做定量分析，需要两步。多元校正却由两个不同的线性模型所组成。数学模型与实际解决问题之间存在脱离，主要是实际样品十分复杂，存在未知干扰及背景，因此，两个线性模型之间有可能存在系统误差。2、做研究要善于抓住问题的关键。应用三线性成分模型，去解决复杂体系中待测成分的解析问题。在算法的编程中，则利用具有数学意义的主成分分解步骤去解决计算中因共线性可能引起的误差放大问题。图三维数据阵三线性模型的循环对称性

证明了4条定理。定理1：无模型误差时，存在化学秩偏大的解使分辨误差为0。定理2证明了交替三线性分辨因子是对应的真实化学因子的线性组合。定理3证明了使分辨误差为0的解为真实化学因子。定理4证明了如化学秩估计偏大，交替三线性分辨的解包含真实化学因子。从这些定理的证明为构建全新的高阶数据解析方法提供了理论依据。图四个用于模拟的合成样的三维荧光光谱，含有一个待测组分和一个未知干扰组分。样品组成：＃1（标样）

:1.0,0.0;＃2（标样）

:2.0,0.0;＃3（待测样）

:1.0,1.0;＃4（待测样）

:2.0,1.0.

图利用ATLD算法所获得的荧光模拟数据集的一组结果。C:相对浓度矩阵；A:相对激发光谱；B:相对发射光谱。噪声水平为0.5%。预设因子数为3。未知试样3#和＃4中感兴趣组分的浓度估计的回收率为接近100.0%。

在该文发表后没多久，国际化学计量学学会创始人和前会长、“化学计量学之父”、美国华盛顿大学Kowalski教授等在他们撰写的综述性文章中，就将我们的论文作为了原创性工作，以A4大小篇幅予以引用介绍，并给予较高评价。回国后，俞老师希望我继续从事这方面的工作，辅带博士生、硕士生，又取得了突破性进展。后来，国际化学计量学鼻祖、美国著名资深学者Malinowski教授的名著以新增章节形式独立介绍我们的工作。该书是化学计量学的经典著作，在美国20年来分析化学领域引用次数最多的25部书籍中排名第四，被称作是“曾经教育了一整代化学计量学家”的著作。该书新增的三个章节，以长达4页的显著篇幅介绍并评述了我们的工作，收入了我们发展的三个三线性分辨及校正新方法。

化学计量学创始人之一的Kowalski及其小组在为《分析化学百科全书》撰写的高阶校正的章节中，详细阐述了我们建立的交替三线性分解方法。Kowalski等指出，交替三线性分解方法尽管没有采用约束，反而改善了传统方法，其收敛比传统方法快。Kowalski等指出交替三线性分解方法一般情况下给出的浓度预测优于传统方法，且收敛速度大大加快。美国Malinowski教授的专著“Factoranalysisinchemistry”第三版（2002年出版，JohnWiley&Sons,Inc.）详细介绍了本室建立的五种新的化学计量学方法。本邻域的主要理论期刊国际化学计量学会的学术刊物“JournalofChemetrics”曾为Malinovski教授出版荣誉专集,该刊的北美主编Gemperline教授为专集撰写专论,指出Malinowski教授的专著”Factoranalysisinchemistry”是曾经教育了一整代化学计量学家的著作.Malinowski教授的专著“FactorAnalysisinChemistry”是20年来分析化学领域在美国引用次数最多的25部书籍之一，引用次数名列第四。特别值得指出的是，该书新增的讲述三线性分解方法的章节中，其三个部分皆为本室发展的三种新型的化学计量学方法，长达4页，即交替三线性分解方法、交替同时对角化方法与伪交替最小二乘方法。Malinowski指出，若两因子在某方向相似而在其它两方向不同，传统方法收敛极慢或不能收敛于化学解，而Wu等提出的三线性数据解析新思想——交替三线性分解方法克服了这一困难。Malinowski指出，传统方法对于三线性模型化学秩估计过于敏感。如三线性模型化学秩估计不当，传统方法将陷入计算滞缓区，产生无化学意义的解。我们设计的三线性数据解析新方法——交替同时对角化方法却具有化学秩估计的稳定性，它不仅克服了传统方法所涉及的两因子退化问题，且收敛大大加速。结合发现的双对称性与交替三线性分解方法的思想，本室提出的伪交替最小二乘方法也为Malinowski的专著收入，并指出伪交替最小二乘方法是交替三线性分解的进一步改进，它免除了交替三线性分解对三个方向对称性的要求。Malinowski的专著中高阶数据解析章节收入的本项目三个三线性分辨新方法。H.L.Wu,Y.Q.Feng,M.ShibukawaandK.Oguma,AnalyticalSciences,1997,13,99-106.H.L.Wu,M.ShibukawaandK.Oguma,JournalofChemometrics,1998,12,1-26.H.L.Wu,R.Q.Yu,M.ShibukawaandK.Oguma,AnalyticalSciences,2000,16,217-220.J.H.Jiang,H.L.Wu,Z.P.ChenandR.Q.Yu,AnalyticalChemistry,1999,71,4254-4262.J.H.Jiang,H.L.Wu,Y.LiandR.Q.Yu,JournalofChemometrics,1999,13,557-578.Y.Li,J.H.Jiang,H.L.Wu,Z.P.ChenandR.Q.Yu,ChemometricsandIntelligentLaboratorySystems,2000,52,33-43.J.H.Jiang,H.L.Wu,Y.LiandR.Q.Yu,JournalofChemometrics,2000,1415-36.Z.P.Chen,H.L.Wu,J.H.Jiang,Y.LiandR.Q.Yu,ChemometricsandIntelligentLaboratorySystems,2000,52,75-86.Y.Z.Cao,Z.P.Chen,C.Y.Mo,H.L.Wu,andR.Q.Yu,Analyst,2000,125,2303-2310.Z.P.Chen,H.L.Wu,Y.LiandR.Q.Yu,Analytica

Chimica

Acta,2000,423187-196.Y.X.Tan,J.H.Jiang,H.L.Wu,H.CuiandR.Q.Yu,Analytica

Chimica

Acta,2000,412,195-202.三线性数据分析的部分研究成果：活跃于国际化学计量学研究领域前沿的几位著名人士撰写了专题综述论文，将国际心理计量学界、化学计量学界当时认为最好的两个代表性算法与我们发展的六个新算法进行了系统比较。阿根廷、西班牙几个研究小组采用我们发展的方法用于多个荧光分析体系，短短数年先后在国际著名学术期刊上发表了近十篇学术论文。这些论文表明，我们发展的自加权交替三线性分解算法（SWATLD）是国际同类工作中性能最好的，映证了我们主导的研究工作在国际的原创性和先进性，并预示了较大的发展应用潜力。

西班牙BohoyoGil研究组在食品药物残留分析中使用我们提出的SWATLD法，取得了好的结果蜜蜂样中磺胺测定从分析结果的椭圆联合置信区间图判断，使用SWATLD法的结果稍优于PARAFAC法。

阿根庭研究组：人血中萘普生与水杨酸及人尿中萘普生、水杨酸及代谢产物水杨尿酸的测定

他们使用PARAFAC法与SWATLD法，人血中萘普生与水杨酸的测定结果，对高浓度水杨酸，仅SWATLD结果合格

对高浓度水杨酸，仅SWATLD结果合格。可能是由于SWATLD对偏离线性较不敏感阿根庭研究组：用于药物与血清中布洛芬的测定

阿根庭研究组作者写道：SWATLD方法具有收敛快、对计算用的组分数不敏感等优点。“根据我们的经验，比其它三线性方法的结果更好”阿根庭研究组:用于血清中复杂背景下吡罗昔康的直接测定血清中吡罗昔康测定结果

分析结果的椭圆联合置信区间图（EJCR）。

SWATLD方法的结果较好西班牙研究组：血清与药物中酰胺咪嗪的测定选择了使用PARAFAC法与SWATLD法并与N-PLS比较PARAFAC法与SWATLD法给出了最好的结果西班牙Espinosa-Mansilla研究小组用我们提出的自加权交替三线性分解算法SWATLD解决人尿氟代喹诺酮代谢产物分析的难题获得成功他们试验用自加权交替三线性分解算法SWATLD并与PARAFAC比较SWATLD：不要求预知体系中组分数人尿中氟代喹诺酮代谢产物分析：五种方法的分析结果比较作者优先推荐SWATLD方法。此法运算速度也最快我们在三线性分解成分分析的理论及应用方面的系列研究工作，作为“复杂体系成分分析与波谱解析的化学计量学研究”这一科研成果的第一组成部分，先后获得了2002年度湖南省科技进步一等奖和2003年度国家自然科学二等奖（俞汝勤、梁逸曾、吴海龙、沈国励、蒋健晖）。俞汝勤院士领衔的“复杂体系成分分析及波谱结构解析的化学计量学研究”（俞汝勤、梁逸曾、吴海龙、沈国励、蒋健晖）荣获2003年度国家自然科学二等奖3、要善于做学科交叉，善于合作，互相取长补短。对于我们来说，一直想解决复杂体系的解析这一难题。我们已有了许多现代分析仪器，可获得大量的测试数据。但我们的目的是解决实际的分析问题，不是数据。我们要用到数学、统计学、计算机科学方面的知识，当然化学的知识是不可少的。这样，我们需要注意学科交叉，需要不断学习。4、要有好的想法（idea）和踏实的工作能力

我特别希望同学们，能够更多地去培养自己的实际工作能力，包括实验方面的动手能力。中国的大学生，与国外的比，与美国、欧洲、日本的比，我个人觉得理论方面和基础知识方面不比他们差，甚至可能比他们还要雄厚一点，但是在动手能力方面，解决实际问题的能力方面，我觉得还是需要加强。否则，虽然你有很多好的想法，但由于没有实际动手能力或者这方面能力比较弱，有时候可能什么都做不出来。对于在座的各位而言，打好基本功，十分重要。首先要把自己的课程学好，只有具备基础知识，才能谈到创新。我给高年级本科生及研究生上课，包括化学计量学、化学信息学、分子定向设计等，要用到许多数学知识，经常有同学跟我说，以前