科学史上有许多著名的兄弟，比如发明飞机的莱特兄弟。来自广东蕉岭的丘成桐、丘成栋两兄弟，一位是菲尔兹奖得主，一位是美国数学学会会士，均蜚声国际。他们有着相似的经历，大学只读了三年，就赴美求学，两三年时间即获得博士学位，在美国名校任教多年，如今又一同回到清华为中国培育年轻数学人才。与哥哥丘成桐不同，小三岁的弟弟丘成栋更加内敛、寡言，只有在谈起自己的研究时，才滔滔不绝。

儿时，父亲的教诲，早已把爱国情怀深深耕植于丘成栋心中。50岁时，丘成栋第一次回到父母的家乡——广东蕉岭，感受祖国的温度。60岁时，他加入清华大学数学科学系，先后指导了60余名学生，主持了10多项科研项目，并于2022年获评北京市优秀教师。刚刚度过70岁生日的他，立志继续推动数学与生物学的结合，为祖国再工作十年。

丘成栋教授参加2021数学科学系毕业典礼

数学与生物：交叉的乐趣

近年来，病毒性传染病频发，如埃博拉出血热、非典型肺炎、新冠肺炎等，给人类健康造成了巨大的威胁。生物学主要采用序列对比的方法，往往受到算力限制。如何用数学的方法，对病毒进行快速、科学的分类和溯源，成为丘成栋最关心的问题之一。早在2004年，他就开始了相关研究。通过构建基因组空间几何结构的方法，他先后在数学与生物学交叉领域取得一系列成果。

病毒基因组空间中每个病毒科所构成凸包的2D投影

丘成栋和团队采用12维自然向量（Natural Vector) 方法，构建病毒基因组数据库, 存储所有已知病毒基因组序列的自然向量，完成对病毒进行任何分类等级上的比较，极大地降低了算法的复杂度；引入了一种新的数学上可以严格证明的Yau-Hausdorff距离，通过基因的二维图形和蛋白质的三维结构表示，有效地完成不同物种的进化分析；通过自然向量形成的集合空间，即利用凸包方法（convex hull）分析基因组序列，判断进化关系。新冠疫情暴发后，他和团队将上述方法应用于新冠病毒数据集中，计算了新冠病毒的全基因组与蝙蝠冠状病毒的自然度量值，为寻找新冠病毒的起源作出了积极探索。

丘成栋认为数学是一个重要的工具，将基础数学理论用于生物学研究，可以发现更本质的定理，实现更大的突破。美国国防部高级研究计划署曾经提出21世纪23个待解决的数学问题，其中关于生物数学有两大问题，即“建立基因空间，描述它的几何特性”和“生物学的基本定律是什么”。丘成栋提出的“自然向量法”“自然度量”“凸包原理”，是离散数学研究中的一大飞跃，解答了上述问题。

少时经历：爱上数学出于兴趣

2019年丘成栋获得ICCM陈省身奖

丘成栋回忆，父亲对每个孩子要求不一样。他四岁起开始跟随父亲背古诗词、学习书法。小学六年级，父亲过世后，家里陷入经济困顿，全靠母亲从事织毛衣等杂活儿维持生计，兄弟姐妹才得以继续接受教育。虽然已经过去一个甲子，谈及早逝的父亲、坚毅的母亲，这位70岁的老人一时哽咽，眼眶湿红，难掩思念之情。

丘成栋中学时就读于教会学校——协同中学。从那时起，他开始对数学产生兴趣，觉得代数等科目“蛮有趣”。那时，兄长丘成桐还在香港中文大学读书，每每遇到数学问题，他经常与兄长讨论，还会按照兄长的建议，选择性地阅读一些数学书籍。对数学感兴趣的他，最终如愿考上香港中文大学数学系。在兄长的鼓励下，大三还没拿到学士学位，他就奔赴美国纽约石溪大学深造。起初，他背负着巨大压力，感觉毫无退路。直到第一年考试考了第一，超过同期美国学生，这才松了口气。到了第二年年底，他就完成了博士论文，花了三年时间获得了博士学位。

2011年，丘成栋决定回到清华。彼时，他在伊利诺伊大学芝加哥分校担任杰出大学教授，职位在大学中最高。然而，对于回国这一决定，他没有一丝后悔。多年来，他反复吟诵父亲留下的爱国诗词，它们催促着他要为国家做点事情。加入清华后，他专心带学生、做研究，培养了60余名学生，做出了一系列科研成果。在他看来，清华数学科学系日新月异，数学中心不断引进一流人才，清华数学国际影响力显著提高，未来几年就能够跻身国际一流。

他乡生白发，归国见故乡

兄长丘成桐以刻苦著称，丘成栋也不遑多让。28岁时，在哈佛期间，丘成栋就完成了复几何中Kohn-Rossi猜想的证明，解决了复几何的complex plateau问题。30岁前后，他解决了一系列重要问题，包括证明了代数几何领域Mather-Yau定理，引入Yau代数等等。上世纪60年代，他与兄长合作，完全解决了非线性滤波的中心问题，对现代工业乃至国防工业产生了深远的影响。

回国后，他先后主持10多项科研项目。在基础数学方面，利用奇点理论证明了CR流形之间的CR同态的刚性，证明了可嵌入的CR流形的非常值自同态必为自同构，并利用Kohn-Rossi上同调给出CR同态存在性的一个判别准则；与合作者在定义方程的度数足够大的情况下证明了Halperin猜想和Wahl猜想。在控制与非线性滤波理论方面，深入研究了非最大秩情形的有限维估计代数问题，解决了有限维估计代数的分类、新型有限维滤波器的构造等重要公开问题；将Yau-Yau（与兄长合作的工作）算法推广到了一般的时变滤波系统，并结合本征正交分解等方法，实现了中低维度非线性滤波问题的实时求解；改进了卡勒曼线性化技巧，得到了稳定有效的次最优滤波算法；设计出基于循环神经网络的高维滤波算法，有效解决了高维滤波问题。在生物信息方向，提出了基于全基因组的非比对快速序列表示法：对海洋微生物基因组进行了分类预测与进化分析。近期，他正在搭建北京雁栖湖应用数学研究院的研究团队，希望利用凸包方法，计算潜在病毒蛋白质序列，为国家节省相关研究费用。

数学科学系生物信息学交叉团队合影

如今，丘成栋已经在清华度过了十余个年头。他十分感谢清华大学以及清华数学科学系全方位的支持，让他得以带领最好的学生，专注于教学科研工作。今年退休时，他将自己参与创办、主编的期刊《代数几何杂志》（Journal of Algebraic Geometry）无偿捐赠给清华大学，并表示可以一直参与期刊的一些工作。他希望未来这本刊物发展成为代数几何领域的顶级刊物，引领国际代数几何的发展方向，扩大清华数学学科的影响力。

他乡生白发，归国见故乡。刚度过70岁生日的丘成栋，立志再工作十年，以几何视角、数学工具，参透基因的奥秘。

（清华新闻网11月17日电）

供稿：数学科学中心

编辑：李华山

审核：吕婷