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編輯：Joey 好困

【新智元導(dǎo)讀】2022年計(jì)算機(jī)理論頂會(huì)STOC正式開(kāi)幕，來(lái)自清華姚班的三位00后學(xué)霸斬獲最佳學(xué)生論文獎(jiǎng)。

近日，理論計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)國(guó)際會(huì)議第54屆ACM計(jì)算理論年會(huì)（STOC 2022）拉開(kāi)帷幕。

清華姚班的三位00后學(xué)霸范致遠(yuǎn)、李嘉圖與楊天祺，憑借著「?jìng)坞S機(jī)函數(shù)的精確復(fù)雜性與計(jì)算復(fù)雜性理論中自舉現(xiàn)象的黑盒自然證明障礙」奪得最佳學(xué)生論文獎(jiǎng)。

從左至右分別為范致遠(yuǎn)、李嘉圖和楊天祺（來(lái)源：**科學(xué)報(bào)）

ACM計(jì)算理論年會(huì)（STOC）是理論計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域最頂級(jí)的國(guó)際會(huì)議，在整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域享有崇高的聲望，并被公認(rèn)屬于難度最高的會(huì)議之一。它與IEEE計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)年度研討會(huì)（FOCS）并稱理論計(jì)算機(jī)科學(xué)兩大頂會(huì)。

STOC由ACM SIGACT（Special Interest Group in Algorithms and Computation Theory）主辦，涵蓋的領(lǐng)域包括算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算復(fù)雜性、密碼學(xué)、計(jì)算幾何、組合學(xué)、隨機(jī)與去隨機(jī)化、算法博弈論和量子計(jì)算等。

2022年的STOC共收到457篇投稿，錄用135篇，接收率約為29%。第二再?gòu)闹性u(píng)選出2篇最佳論文獎(jiǎng)，以及2篇最佳學(xué)生論文獎(jiǎng)。這么算下來(lái)的話，獲獎(jiǎng)率僅為2.9%。

獲得最佳論文獎(jiǎng)的2篇論文，分別來(lái)自魏茨曼科學(xué)研究所、希伯來(lái)大學(xué)，以及莫斯科國(guó)立大學(xué)。

獲得最佳學(xué)生論文獎(jiǎng)的2篇論文，分別來(lái)自麻省理工學(xué)院、微軟研究院，以及清華大學(xué)。

演講地址：https://www.**.com/watch?v=QcBypyG6oMU

6月23日，正是這三人獲獎(jiǎng)?wù)撐牡膮R報(bào)時(shí)間。

論文地址：https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3519935.3520010

偽隨機(jī)函數(shù)(pseudorandom functions)是無(wú)法與隨機(jī)函數(shù)區(qū)分開(kāi)的函數(shù)族。它作為密碼學(xué)許多構(gòu)造的起點(diǎn)，是密碼學(xué)的基礎(chǔ)。因此構(gòu)造高效的偽隨機(jī)函數(shù)在理論及應(yīng)用中有多種意義。

論文研究了偽隨機(jī)函數(shù)的電路復(fù)雜性，在多個(gè)重要的電路復(fù)雜性類中對(duì)偽隨機(jī)函數(shù)給出了緊的上界與下界。例如證明了在一般電路中，若多項(xiàng)式大小的電路可計(jì)算的偽隨機(jī)函數(shù)存在，則存在一個(gè)僅需大約2n個(gè)門(mén)的電路族即可計(jì)算的偽隨機(jī)函數(shù)。同時(shí)，該研究無(wú)條件地證明了計(jì)算任何偽隨機(jī)函數(shù)至少需要2n-2個(gè)門(mén)。

范致遠(yuǎn)

2017年7月30日，范致遠(yuǎn)在第34屆全國(guó)青少年信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽中拿到金牌，清華大學(xué)也向他拋來(lái)了「橄欖枝」。

范致遠(yuǎn)成功獲得了清華大學(xué)化學(xué)生物基礎(chǔ)科學(xué)班一本線錄取資格。

來(lái)看看大神滿滿的獲獎(jiǎng)經(jīng)歷。

再看看范致遠(yuǎn)曾經(jīng)就讀的杭州學(xué)軍中學(xué)，兩次獲世界冠軍，獲國(guó)際金牌3枚，亞太地區(qū)金牌29枚、全國(guó)金牌23枚，全國(guó)聯(lián)賽一等獎(jiǎng)259人次。

近十年來(lái)，錄取清北人數(shù)達(dá)七八十人，其學(xué)生遍布哈佛、麻省理工、斯坦福等國(guó)際名校，就職于谷歌、Facebook、微軟、百度等著名IT企業(yè)。

說(shuō)成「清北的搖籃」也不過(guò)分。

李嘉圖

李嘉圖高中就讀于太原五中，18年7月，李嘉圖同學(xué)在第35屆全國(guó)青少年信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽中斬獲金牌，進(jìn)入國(guó)家集訓(xùn)隊(duì)，同時(shí)獲得保送清華大學(xué)資格。

2018年1月29日至2月1日舉辦的「清華大學(xué)全國(guó)優(yōu)秀中學(xué)生信息學(xué)冬季體驗(yàn)營(yíng)」中，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系面向全國(guó)知名高中邀請(qǐng)了「213名優(yōu)秀信息學(xué)奧賽學(xué)生」參加體驗(yàn)營(yíng)。

李嘉圖是山西省唯一一位獲邀參加體驗(yàn)營(yíng)的同學(xué)。

楊天祺

高中就讀于南京師范大學(xué)附屬中學(xué)，曾獲2018年全國(guó)青少年信息學(xué)奧林匹克聯(lián)賽（省級(jí)賽區(qū)）一等獎(jiǎng)、2018年全國(guó)青少年信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。

2019年入選信息學(xué)國(guó)家集訓(xùn)隊(duì)，并獲得清華保送資格。研究興趣是計(jì)算復(fù)雜性，目前專注于電路下限。

那么這樣三位來(lái)自全國(guó)各地的天才少年，是怎樣組建團(tuán)隊(duì)并成功奪得最佳學(xué)生論文的呢？

事實(shí)上，這篇論文從一開(kāi)始的構(gòu)思，到研究團(tuán)隊(duì)的組建再到成功發(fā)表獲獎(jiǎng)，其過(guò)程并不是一帆風(fēng)順。

在《**科學(xué)報(bào)》的一篇采訪中，李嘉圖表示，他們?nèi)瞬⒎且婚_(kāi)始就在一個(gè)團(tuán)隊(duì)。

這篇論文最初的理念雛形由李嘉圖和楊天祺二人提出。

大一下學(xué)期開(kāi)始，他們?cè)谝ζ谥窃菏恐v授的計(jì)算機(jī)應(yīng)用數(shù)學(xué)課程中收獲頗豐，并提前選修了段然老師的計(jì)算理論課程。這門(mén)課程，讓他了解到計(jì)算復(fù)雜性領(lǐng)域還有許多值得深耕的領(lǐng)域。

那段時(shí)間里，他們一起翻看了近些年電路復(fù)雜性理論的一個(gè)重要突破，即麻省理工學(xué)院教授Ryan Williams提出的，證明電路復(fù)雜度下界（circuit lower bound）的算法方法（algorithmic approach）。

李嘉圖說(shuō)，「我們想要從一個(gè)電路復(fù)雜度理論的前沿問(wèn)題入手，了解這個(gè)領(lǐng)域的背景、主要技術(shù)，以及目前的重要問(wèn)題」。

不過(guò)，實(shí)際進(jìn)展并沒(méi)有想象那么輕松。經(jīng)過(guò)對(duì)該領(lǐng)域的一番研究后，二人雖然大致明白了這一理論的框架，但并未發(fā)現(xiàn)值得他們研究的選題。

這時(shí)范致遠(yuǎn)的加入，如「及時(shí)雨」一般，為后續(xù)研究指出了一個(gè)大概的方向。

范致遠(yuǎn)說(shuō)，「我們?nèi)齻€(gè)人的合作氛圍很舒服，大家經(jīng)常交流和探討，思想會(huì)碰撞出很多火花。后來(lái)，我們對(duì)原方法進(jìn)行了大幅度的簡(jiǎn)化和改進(jìn)，而且用完全不同的技術(shù)探索了這一問(wèn)題的更多側(cè)面」。

范致遠(yuǎn)的加入為團(tuán)隊(duì)的研究進(jìn)展提供了全新的動(dòng)力，相關(guān)研究成果也緊接著噴涌而出。

在論文的終稿里，最初預(yù)設(shè)的問(wèn)題已經(jīng)不是最終的結(jié)果，最后論文的展示也取得成功，即在三個(gè)模型中證明了上下界。

值得一提的是，李嘉圖和楊天祺的另一篇論文也被STOC 2022接收了。

論文地址：https://dl.acm.org/doi/10.1145/3519935.3519976

演講地址：https://www.**.com/watch?v=54ILPK6JK5c

電路復(fù)雜性（circuit complexity）是復(fù)雜性理論中廣為關(guān)注的問(wèn)題。其中一個(gè)經(jīng)典結(jié)論是大多數(shù)語(yǔ)言都需要指數(shù)級(jí)大小的電路才足以進(jìn)行判定，但是該結(jié)論的證明是非構(gòu)造性的。給出一個(gè)需要很大的電路才能判定的具體語(yǔ)言是有幾十年歷史的開(kāi)放問(wèn)題。

在此之前，最好的結(jié)果是Find, Golovnev, Hirsch, and Kulikov于2016年給出的：存在一個(gè)多項(xiàng)式可計(jì)算的語(yǔ)言不能被(3+1/86)n-o(n)大小的電路計(jì)算。該研究改進(jìn)了他們的方法，證明了同一個(gè)語(yǔ)言不能被3.1n-o(n)大小的電路計(jì)算。

清華姚班：計(jì)算機(jī)領(lǐng)域天才的搖籃

清華學(xué)堂計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)班，也就是「姚班」。

因?yàn)橛?000年圖靈獎(jiǎng)獲得者、美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士姚期智創(chuàng)辦，得名「姚班」

姚班致力于培養(yǎng)與美國(guó)麻省理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)等世界一流高校本科生具有同等、甚至更高競(jìng)爭(zhēng)力的領(lǐng)跑國(guó)際拔尖創(chuàng)新計(jì)算機(jī)科學(xué)人才。

本屆STOC接收的135篇論文里，有7篇出自姚班師生。

而在歷屆STOC的論文展演中，姚班學(xué)子也是?？汀Ｈ?020年就有4篇，2021年有3篇。

上一個(gè)獲STOC最佳學(xué)生論文獎(jiǎng)的**人是陳立杰，他也是姚班學(xué)子中的一員，他目前麻省理工學(xué)院深造。

姚班在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的地位可想而知。

截至2021年12月，姚班學(xué)生在本科期間發(fā)表的論文有358篇記錄在冊(cè)，姚班學(xué)生為論文通訊作者或主要完成人的有277篇，并有121人次在FOCS、STOC、SODA、NIPS、COLT、CVPR、AAAI、ICLR等國(guó)際頂級(jí)會(huì)議上作大會(huì)報(bào)告。

參考資料：

https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/94548.htm

**來(lái)源：

https://mp.weixin.qq.com/s/ttwfftwpYGBV-NsIfcCX7Q

拓展知識(shí)：

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