第22期：多彩繽紛的計算世界

我們在日常生活中享受著各種智慧產品所帶來的方便，由於電腦強大運算能力帶來的低延遲，很容易就讓人忘記這些方便其實來自於電腦在背後進行的巨量運算，也容易忽略電腦能解決的問題其實有其限制。董世平教授將從簡單的數學問題出發，介紹電腦的可算性、可行性，探討當今電腦科學界數一數二重要的問題，帶我們認識現在計算科學的樣貌。

隨著電腦軟硬體技術的發展，大幅提升的計算能力在各個科學研究領域都成為新興的生力軍，讓我們在傳統的觀測、推導以外，還能透過模擬的過程輔以研究，繼而更深刻、更視覺而具象地認識到這個世界運作的法則。由許文翰教授來聊聊近年高效能計算的發展，佐以不同領域中計算和科學、工程結合後實際應用的例子，帶領各位了解計算科學與工程的前景與潛能，以及學生如何能進入這個熱門且重要的研究領域。

在人工智慧（Artificial Intellegent）及機器學習（Machine Learning）如火如荼的發展下，生物領域漸漸走向資訊化，過往需要花數個月甚至數年所計算出的生物分子模型或是蛋白質結構，如今在計算機程式的運算下，僅需要幾個小時，甚至幾分鐘就可以達成。生物與資訊的跨領域結合，將帶來什麼樣的應用及如何影響我們的生活，本場探索演講「計算生物的見與思」，將帶領我們了解計算與生物的相輔相成與應用。

模擬火焰需要理解背後的流體力學和分子光譜，製作爆炸特效需要研究炸彈的特性和物體的破壞力學。為了做出最真實、最能感動人的動畫特效，必須要對背後的物理機制做非常深入的研究。電影特效的研發已經是一個尖端的科學領域。從理解物理現象的微觀機制到如何有效計算和生成影像，動畫特效產業可以說是「科學中的藝術，藝術中的科學」。

早在兩千多年前，莊子就曾經留下「問天地所以不墜不陷，風雨雷霆之故」一辭，可見天氣是自古以來為人們所關心的課題；這份關心到今天或許還要有增無減，舉凡工作、聚會、旅行，甚至是穿著打扮都會參考氣象預報提供的資訊；人們也不時為氣象天候而感動好奇。郭鴻基教授從科學研究的本質出發，從氣象學的歷史中觀察研究思維如何演替，進而探看在當代，大幅躍進的計算機能力如何協助氣象學家更精確的掌握天氣。

密碼學上「零知識」（zero-knowledge）的概念，即是在保護資訊不外洩。零知識就是一種通訊協定，A能在外人無法得知的條件下，向B證明某件事情，不過B卻無法學習到任何資訊，雖然保護了隱私，卻無法利用在深度學習上。因此，我們需要在密碼學上重新定義隱私，以平衡資料利用和隱私的衝突。

18世紀至20世紀初期間，「計算」持續在天文學、大氣科學、物理學、統計力學等領域扮演要角，但被認為「只是計算而已」，不被視為獨立的學科。不過，為了計算上的需要，數學家相繼發明了為日後奠基的數值算法，至今仍在使用。有了理論和數值以後，便可以利用計算解析物理與化學模型隨著時間的變化。英文的computer一詞，最早指的就是一群有組織在從事計算的人，在當時這些計算師們大多是女性，例如對天文學發展有重要貢獻的哈佛計算師（Harvard Computers）即是著例。

在這一個世紀中，計算有跳躍性的進展，對人類文明產生十分巨大的影響。在人類漫長的歷史裡，計算如何從古代懵懵懂懂的操作經驗，慢慢提升到了解到它的本質，逐漸從數學裡分化出來，有自己研究的目標、方法，作為一個成熟的知識領域。李國偉教授從軟體、硬體雙方的發展來看計算如何從數學逐漸演化出來的歷程，以橫貫東西文明的觀點看其歷史的縱深。

電腦革新了當代社會的行為模式，看似能解決所有困難，但面對計算問題，還需數學的研究與突破。董世平教授研究數論與邏輯，從討論可算不可算、可行非可行的計算問題，與觀眾分享當代計算問題的挑戰，同時娓娓道來數學在生活中的應用，以及對學術研究的感悟。

2011年，許文翰教授獲頒「台法科技獎」（Taiwan-France Science and Technology Award），一個一年僅頒給一位台灣人與共同合作的法國人的獎項。獲頒這個獎的地位與法國科學院院士雷同，頒獎地點在巴黎塞納河旁的法國科學院，得獎人會穿上法國古代的服裝，接受這項殊榮。和許文翰教授合作研究的學者是法國的一位醫生Dr. Marc Thiriet，他們合作了許多與「醫學」有關的研究題目。透過使用流體力學的知識和科學計算的途徑，逐漸揭開中國千年來「針灸」機制的秘密，亦幫助揭開許多醫學上未知的機制。

大學及研究所階段就讀化工的朱智瑋教授，是如何踏入生物領域？又如何成為至今熱愛生物的研究者呢？一切可追溯至朱教授唸博士時的研究。當時朱教授對於分子模擬這領域有興趣，因而進入一位做分子模擬教授的實驗室。當時朱教授的老闆與另一位生物專長教授合作，共同研究氧化機制及發酵相關題目，朱教授因此接觸到蛋白質被氧化的機制，進而開啟基因序列的研究。最終，接觸到與序列運算綁在一起的計算生物。進入到生物領域後，發現自然界中的生物機制及反應，和蛋白質構型及序列大為相關，這樣的生物奧秘，點燃朱教授心中對生物的熱情及渴望探索的動力。

從《怪獸電力公司》怪獸們隨風擺動的毛髮到《復仇者聯盟》系列電影中鋪天蓋地的超能力，動畫特效已成為現代民眾觀影體驗中不可或缺的一部分。事實上，逼真自然的特效製作仍須以流體力學與固態力學等方程式為基礎進行電腦算圖（Computer-Generated Imagery，CGI）製成。許多人不知道的是，台灣也有專為創作者建立的算圖農場（Render farm），其中計畫主持人郭嘉真教授曾帶領團隊參與《一把青》、《聶隱娘》與《傀儡花》影視內容的動畫製作，逼真呈現激烈空戰、雲霧飄渺以及船艦破浪等場景。

天氣預報有時準有時不準？明明放了颱風假當天卻無風無雨？地面之上，聽不見又摸不著的神祕大氣變化，究竟為何難以預測？今日，就讓我們聽聽在激烈天氣研究領域深耕多年的郭鴻基教授，這些年來的深刻故事。

隨著雲端數據與大數據分析時代的來臨，如何在分析與共享大量資訊的同時保護個人訊息的隱私成為亟待處理的問題，透過密碼學的應用便可在資訊共享與隱私權間取得平衡。長期鑽研密碼學的魏澤人教授指出，密碼學引人入勝之處便在於它能完成許多表面矛盾但是實際可行的任務。

出身於傳統農村的鄭原忠教授，自幼便沐浴在大自然中，對於自然奧秘的熱愛及響往，促使他走向化學之路。大約是在高中期間，首次接觸化學課及化學實驗，便對其著迷，覺得化學變化很有趣也很特別，因此大學及研究所都就讀化學相關科系。然而，大學時期的一門書報討論課，成為踏入理論計算及電腦模擬的起始點。