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来源：清华大学小研在线本文约3400字，建议阅读10分钟坚持“研究真问题”“真研究问题”，在科研探索和工程落地中培养了坚实的学术定力。吴海旭，清华大学软件学院2020级硕士生，师从龙明盛副教授，研究方向为深度学习及其在时序、时空建模中的应用。他坚持面向国家重大需求开展科研，在ICML、NeurIPS、IEEETPAMI等CCF-A类会议/期刊上发表论文7篇，其中一作、共同一作6篇，研究成果在中国气象局、北京冬奥会落地应用。现担任软件学院党委学生组副组长、软件零字班辅导员兼党支书，曾获清华大学蒋南翔奖学金、国家奖学金、清华软件奖、清华大学优秀党建与思政工作者等荣誉，2022年获评清华大学特等奖学金。研究生入学两年以来，吴海旭坚持“研究真问题”“真研究问题”，在科研探索和工程落地中培养了坚实的学术定力，在挑战世界科技前沿的同时，扎扎实实地“将论文写在祖国大地上”。追寻初心：“做顶天立地的研究”近年来，深度学习越来越成为计算机领域的研究“热点”，每年顶会文章都有几千篇。大二刚刚接触深度学习时，吴海旭也曾被这庞大的领域绊住，在各种各样的研究方向间来回切换。“看似做的热热闹闹，其实心里面越做越不踏实”，吴海旭在提到本科阶段的研究时笑道。在谈到自己研究方向选择时，吴海旭提到他的导师——龙明盛老师与他的谈话，这一次谈话改变了他的科研心态，也让他坚定地在深度学习领域深入研究。彼时吴海旭刚刚升入研究生，一切都处于未定义状态，在最需要的时候，龙明盛老师约他单独进行了一次深入的讨论。“龙老师和我说，我们做研究要坚持‘四个面向’，做‘顶天立地’的研究”。顶天，即挑战世界科技难题，做有高度的研究；立地，即立足国家重大需求，做对社会有用的研究。从那时起，“顶天立地”学术目标就深深烙印在了吴海旭的心中。提起导师，吴海旭的语气中充满了敬佩与感激。龙明盛老师作为国内机器学习领域的著名学者，不仅对领域有着深刻的前瞻性理解，对学生的指导也十分扎实细心。“我的第一篇论文就是龙老师带着我数十次讨论，手把手、逐字句修改才完成的，期间养成的学术品味和科研习惯让我受益匪浅。”吴海旭说。吴海旭与导师龙明盛老师吴海旭选择的研究方向直接面向我国的气象预报预警需求。“4.30南通雷暴大风”、“7.20河南特大暴雨”、“8月台风烟花”这一件件触目惊心的事件，严重危害了人民的生命财产安全，祖国需要强大的气象预测模型。但是在实际应用中，准确预测气象变化极其困难，涉及复杂的大气物理规律，面临厄尔尼诺现象、蝴蝶效应等众多国际难题。顶住挑战与压力，吴海旭一头钻进深度时空、时序建模领域的研究，从科研创新到工程落地，一步一步向着“顶天立地的研究”努力。科研创新：通过AI探索世界奥秘为了准确地完成气象预报，深度学习算法需要从数据中学习世界的运转规律，这也是深度学习领域中最艰深前沿的话题之一。在两年时间里，吴海旭凭借创造性思维与坚实的数理基础，在众多核心难题上均取得了重要突破。“创新的从来就是九死一生的”，在提到自己的科研之路时，吴海旭引用了习近平总书记的一句话。如何顶住“九死一生”的压力，做出原创性成果呢？吴海旭给出的答案是“583个模型”，“为了发表第一篇文章我尝试的模型架构足足有583种”。得益于持之以恒的努力，吴海旭另辟蹊径首次从运动分解角度解决了复杂运动的建模难题，完成两项研究成果分别发表在模式识别顶会CVPR和机器智能顶刊TPAMI中。其中，他所提出的MotionRNN模型在中国气象局大规模检验中击败了英国单位发表在Nature上的方法，在时空建模上实现了国际领先，展现了清华的科技力量。经过最初583次模型尝试的锤炼，吴海旭也慢慢找到了研究的感觉，从最开始的“九十九死一生”渐渐过渡到“九死一生”。吴海旭参加学术交流会2021年起，在导师的指导下，吴海旭开始了科学知识驱动的深度学习研究。这个方向不仅需要对于深度学习前沿技术熟悉，还需要深厚的数理基础。吴海旭形容自己年初的研究状态：经常拿着一支笔对着草稿纸写写画画，思路卡住了接近一个月的时间。突破点来自一次讨论，龙老师提议多看看数学的经典著作，得益于本科数学二学位的学习，吴海旭在一个上午就准确捕捉到了宽平稳过程的自相关理论，并基于此理论，提出了原创的Autoformer模型。最终，该论文发表在机器学习顶会NeurIPS上，首次将离散点之间的关联建模推广至序列级，并作为核心技术应用在北京冬奥会的气象预报中。Autoformer论文一经发表，便受到了学界和业界的广泛欢迎，已经成为了深度时序预测领域的基本方法之一。该工作在一年内收到了400余封来自世界各地的学者交流邮件；谷歌学术被引140余次，在同年顶会NeurIPS发表的两千多篇论文中排名前1%；开源代码也在GitHub上获得了800余次星标。吴海旭在线上参加国际会议总结自己的科研经历，吴海旭感慨：“探索世界奥秘是多么浪漫的事情，能够通过我的研究让AI模型理解些许世界的运转规律，虽然经常面对‘九死一生’的挫折，但是我已经在其中收获了极大的乐趣。”工程落地：为社会作出实实在在的贡献在研究生阶段，吴海旭投入了大量的时间在工程落地上，当问及项目的压力会不会影响自己的科研进展时，吴海旭回复说“实践是检验真理的唯一标准，我觉得一篇文章做到底都要落在实际应用中，这样我才会感觉踏实，才能明确地证明我的方案是有效的”。这种“将事情做到底”的工程师思维促使吴海旭积极推动每一篇论文的落地应用。在2021年，吴海旭围绕我国的短临降水预报业务，作为学生负责人和伙伴们一起，以自己原创的MotionRNN模型作为核心技术，突破全国200多部雷达联合外推所面临的算法和算力挑战，完成了全国雷达回波外推系统的技术升级。该系统已在国家气象中心上线，在汛期检验中优势显著，被选作融合要素之一进入我国气象预报业务系统（SWAN3.0），每天被全国各省市预报员参考使用。短临降水算法运行此外，吴海旭的研究成果也被应用在2022北京冬奥会中。冬奥中许多比赛场馆都建立在山上，天气变化迅速剧烈，及时准确的气象预报十分关键。在此重大任务下，吴海旭再一次作为学生负责人带领小组和国家气象中心合作，历时11个月，将自己原创的Autoformer模型部署在全部26个冬奥场馆中，首次实现了10分钟级的精细化气象预报，补齐了气象实时预报的短板，为冬奥会赛程规划、运动员备赛发挥了重要支撑作用。在今年的冬奥和冬残奥比赛中，该产品成功预报出了十余次极端天气，获评国家气象中心的气象科技工作一等奖。冬奥保障算法运行“写系统的过程是幸福的，因为我对自己的算法充满期待”，吴海旭提起自己工程经历时说道。在两年间，从数据对接、预处理、存储平台到分布式计算、模型加速改进，从全国短临降水预报到冬奥气象预报应用，吴海旭一步一步扎实地推进“科研的最后一公里”。吴海旭与实验室同学“双肩挑”：科研、社工与生活的平衡之道除了在科研工作中的精彩表现外，吴海旭还担任了软件学院党委学生组副组长、软件学院零字班辅导员、党支部书记，在今年被评为清华大学本科生优秀党建与思政工作者（每年10人）。在担任“双肩挑”辅导员期间，吴海旭秉承软件学院的育人特色，在零字班入学之初就着重引导学生感受时代责任，做“能用、好用、管用”的软件服务社会。在他的带领下，零字班同学主动而为、勇担重任，多次参加校园疫情防控志愿活动，受到清华新闻网报道。吴海旭与软院零字班同学在传承清华软件精神的同时，吴海旭也连续五个学期担任龙明盛老师开设的AI课程助教，协助老师传授知识，至今累计选课人数已有800余位。在担任助教期间，他组织多次习题课和一对一辅导，并在校研究生会的邀请下为全校同学开设了《人工智能初探：历史与现在》讲座，帮助众多同学入门AI领域。谈及如何平衡科研、社工与生活时，吴海旭首先提到的是集体的力量。在科研上，与导师、同学们齐心协力，在交流讨论中碰撞新的想法；在社工上，汇聚软院学生组、学校心理中心、职业发展中心的力量，并和辅导员们交流经验，群策群力关心引导学生。此外，吴海旭也提到了自己的工作习惯，从大四开始，他坚持每天规划记录日程，至今已经累计1000多天，也因此形成了高效、有条理的工作节奏。同时，在生活上，吴海旭重点提到了“体育的迁移价值”，他时常和朋友相约板球、篮球、乒乓球等运动，在运动中放松心情、缓解压力。谈及特奖，吴海旭认为特奖获得者的最大特点是展示“极致”，在各自的领域中做到最好。于他而言，作为一名硕士生和一名未来的工程师，“极致”意味着自己的每一篇论文都要落到实际应用上、经得起业务检验。未来，吴海旭希望自己可以继续保持“探索世界奥秘的雄心和求知欲”，通过AI技术为社会作出实实在在的贡献。“顶天立地，不管是做研究还是做人，都会是我长久的追求”，吴海旭说。编辑：黄继彦 |