科学家说 | 席裕庚：在不确定的世界里，怎样把事情做成

科学家说

繁霜尽是心头血，洒向千峰秋叶丹。

中国科协之声联合全国学会策划“科学家说”栏目，推出独家科学家自述，以第一视角分享科学家的成长经历和报国之路，共同感悟时代的科学家精神。本期，我们与中国自动化学会一起，走近中国预测控制领域科学家——席裕庚。

人物简介

席裕庚，中国自动化学会特聘顾问，第七、八、九届理事会副理事长。上海交通大学讲席教授，曾担任电子信息学院院长、自动化系主任等职。他长期致力于模型预测控制、大规模系统控制与优化、智能机器人系统与技术等领域的研究，是我国预测控制领域的开拓者，为推动预测控制在我国的传播、研究和应用做出了杰出贡献。

现在常常听到人们说“闭环”，其实在有些场合，只是为了表达“封闭”的意思。当“反馈”“闭环”“优化”这些词从工程领域流向管理层甚至用于人生指导时，是不是更应该回归它们最朴素的本质——在不确定的世界里，怎样一步一步把事情做成。

我的答案是八个字：追求卓越，砥砺前行，即通过“优化”确定如何一步步把事情做好，但每一步通过执行效果的“反馈”进行修正，两者融合在滚动优化的“闭环”中，以此克服不确定性的影响。这八个字，从无意到有心，我用了大半辈子来理解和践行。

“滚动优化”，助我在逆境中坚定前行

我长期从事预测控制研究。很多人问我，预测控制到底是什么？我有时会反问：你过马路的时候，是不是先看好对面，然后规划一条路线，接着就闭着眼睛冲过去？

当然不是。你一边走一边看，左边来车了你停一下，右边有个坑你绕一下。你心里有个大目标——到马路对面去。但你每一步都在根据当下的情况调整。

这就是预测控制。学术点说叫“滚动优化”，通俗地讲，就是“凡事要有长远的规划，但实施时需走一步看一步，每一步要根据看到的实际情况重新优化调整规划”。

有意思的是，我第一次实践这个道理，并不是在科学研究的大学实验室，而是在动荡时期我工作的湖南邵阳市电子仪器厂。

1970年，我结束了一年多在湖南洞庭湖军垦农场的劳动锻炼，被分到邵阳市金笔厂。

在这段动荡的时期，工厂的发展举步维艰。那是我人生的最低点。我在不断的反思和剖析中重新认识自己，用毛主席青年时期奋斗的语句激励自己：“我们总要努力，我们总要拼命向前。”因为未来总会需要我们。

可光有“努力”是不够的。怎么努力？

我给自己定学习计划。一月一月地定，一周一周地检查。说实话，我明知道这些计划不可能完美完成——环境变化难以预料，意志不够坚定，学习资料欠缺——但我偏要按照“完不成”的标准来定。每周结束，复盘一下，再重新调整月计划，实施新的下周计划。

这不就是滚动优化吗？目标大一点，事情一步步做，做一段检查一下，再定个大目标，再做。

那时候我还没学过自动控制，更不知道什么叫预测控制。但这种方法论，已经在我最困顿的日子里，帮助我在充满不确定性的环境下去追逐我的目标。

在电子仪器厂那几年，我自学了计算机和逻辑设计，读了《中国通史》《世界史》《中国文学史》，学习了自然辩证法、哲学、美学的相关著作。没有人要求我，也没有人指导我。我就是觉得，国家需要发展，就一定会需要知识，需要能做事的人。机会总是留给有准备的人——这句话，我在那个时候就深信不疑。

人生也是“滚动”出来的

1977年，国家恢复高考，1978年，开始全面招收研究生。

我听到这个消息，激动得几乎睡不着觉。说句老实话，当时的动机并不崇高——我家在上海，爱人小孩都在上海，按当年的户籍制度，我想靠自己调回去，几乎不可能。唯一的办法，就是考回上海的研究生。

当时邵阳市电子仪器厂领导很支持，我白天在厂里上班，晚上点灯复习。我选了自动控制专业，我爱人在上海帮我借来了备考的教材。虽然我以前是学力学的，但一直喜欢数学和逻辑，所以突击学习自动控制不算太吃力。

1978年报考上海交通大学自动控制研究生准考证

我报了上海交通大学的研究生，导师是张钟俊先生——中国自动控制学科的奠基人之一。结果考得很好。

还没等到学校报到，又接到通知：教育部要从这批研究生中抽取10%参加公派留学的外语考试。阴差阳错，我又考上了。更戏剧性的是，我考的是英语，但德国方面提供了奖学金，而德语考生不够数，组织上决定从英语考得好的人里选一批转去德国。就这样，1979年4月，我成了公派留学生前往德国。

你看，人生哪有什么直线？全是滚动出来的。

憋着一口气，把灯点到凌晨

我们是改革开放后最早走出国门的那批人，刚到德国，就能体验到物资丰富、生活水平高、社会秩序稳定、工作高效。德国人对我们很友好。在语言学校的时候，他们办地方节日，欢迎中国学生一起参加，第二天还登在报纸上。德国人对中国古老悠久的历史、美丽的风景和可口的膳食十分感兴趣，但对我国科学技术的发展了解甚少。特别在学术领域，他们动辄讲美国、日本如何，根本不关心中国的进展。

我们这批人心里都憋着一口气。中国人不笨，只是我们发展晚了。既然出来了，就一定要学硬本事回去。那时候的口号很朴素，叫“振兴中华，实现四个现代化”。压力也大——全国就派了这么些人出来，大家目光都盯着你呢。

我学的、考的都是英语，德语知识和能力几乎为零。到德国后基金会安排我们学了半年德语，然后我到了慕尼黑工业大学进入专业学习。

导师安排我先听课做实验。我们在语言学校学的半年德语对付专业学习远远不够，第一个学期极为艰难。由于所有课都是德语讲授，教授在黑板上写板书，我无法跟上，只好先原样描下来，回去再查字典。实验说明书厚厚一沓，全是德文，光看懂就要花几天。那时候国内连一本像样的德汉字典都找不到，我托亲戚好不容易弄到一本简明德汉字典，稍微复杂一点的词就查不到。

不久，我开始开展课题研究，实验室良好的计算条件吸引着我拼命干。因为长时间盯着屏幕，右眼出现调节疲劳，看近处完全聚不了焦，我只能戴了眼罩用一只眼睛继续工作，但视力继续下降，眼镜刚配就不能用了，直至配了右眼300度的远视眼镜才止住。

在后续的课题研究中，由于取得了很好的结果，导师希望我延长一些时间完成博士论文，得到了教育部的批准。为提高工作效率，我改变了工作习惯，白天先思考问题拟定方案，晚上等同事走了，再到实验室上机干到凌晨两三点。德国同事都知道我这个习惯。博士毕业时，他们亲手做了一顶博士帽给我戴上，帽檐周边是他们研究所大楼的轮廓，在我那间办公室的窗口，还特地粘了一盏点亮的小灯泡——因为他们都知道，我总是深夜加班。

顺利完成博士答辩，一众同事簇拥席裕庚（右一）回到办公室，他头戴那顶自带灯泡的特殊博士帽格外醒目

那盏小灯泡，后来成了我人生的一个隐喻：从湖南小城的油灯，到慕尼黑深夜的终端，再到回国后的实验室——我这一辈子，就是靠着一盏又一盏发光的灯，一步步走过来的。

两篇文献，一个方向

1980年10月的一天，秘书通知我到导师办公室。导师刚从美国开完会回来，非常干脆地跟我说：“我听到一种新的控制算法，很有趣。你可以研究。”

他给了我两篇文献。就两篇，把我引入了预测控制的新领域。

席裕庚（右一）与学生讨论预测控制应用于合成氨变换工段方案

我从那两篇文献开始，一边啃，一边自己编程序做仿真。导师随后去美国做了半年访问学者，我留在研究所里，自己定方向，自己查文献，自己设计实验，自己推理论。每天都会产生很多结果，每天也会遇到很多问题。遇到问题就再查文献，再改算法，再推公式。

这中间有很多折磨人的时刻。比如我发现仿真里出现“冒尖”现象——计算结果跑到某个阶段，突然冒出一个波峰，理论上一时推不出原因。我反复试，最后发现是模型截断所致，通过加上某个修正项，消掉了这个尖。问题解决了。

还有更让人挠头的事。我推导一个关于二阶系统稳定性的不等式条件，三个条件都证出来了，第四个条件死活证不出来。这不是什么高深的问题，但就是没人做过，也没人会去做。怎么办？我把所有参数全部离散化，分成间距极小的各种可能组合，用简单的判断程序快速测试了所有组合——全部稳定。这至少给了我一个底气：虽然理论上尚未证出，但实际上大概率没问题。

这个不等式，我后来一直没放下。回国后偶尔还会想起来，觉得“马上就能证出来了”，一头扎进去一两个小时，出不来就再放下。最后是在完全不搭界的情景下——在参加上海市高校职称评审时，晚上没事，拿起来又推——居然成了。那是1990年以后的事了。

你说这有什么实用价值？可能没有。但这就是做研究的感觉：有些东西会一直挂在你心里，因为你知道那个坎还没过去。

预测控制到底教给我们什么？

说了这么多，得回到正题：到底什么是预测控制？

我换个方式讲。你想把一个水槽的水位控制到某个高度。有一种方法是，你把阀门开关的时间全部算好，算得精确无误，然后按这个计划执行——这叫开环控制。但现实中有各种意外：阀门卡了一下，水压变了，甚至今天温度不一样。你照着老计划走，肯定偏。

席裕庚为本科生上自动控制原理课程

预测控制怎么做？你先搞清楚这个水位对外界作用的反应规律——阀门开一点，水位怎么变化，画出这种动态因果性关系的定量曲线。有了这个关系，你想达到目标，就可以反过来求一个最优的阀门操作序列。但算完之后，你不要像开环控制那样照着全部执行，而只执行第一步操作，然后测量实际水位是否真的按此规律变化，并纠正可能出现的偏差，然后重新优化计算，再执行新结果的第一步操作，如此随时间不断推进。这叫滚动优化。

2014年，席裕庚在学生论坛感悟人生

它的哲理极其简单：你有宏大目标，但你每一步都根据真实情况重新决策。这样不管中间窜出什么意外，你都能及时应对。

预测控制不是理论上的“最优”，但它是在不确定性环境中追逐最优的合理方法。所以我说，预测控制“不是最优，胜似最优”。

这个思路，其实不只用在工业上。例如管理中的滚动规划，可以对未来五年进行规划，执行一年后，根据实际情况调整，重新规划未来五年，如此不断滚动实施，也是这个道理。

甚至你的人生选择，不也是定一个目标、走一段、根据结果再调整吗？预测控制，说到底是一种智慧，不是一堆公式。

张先生与那场“非开不可”的会

无论在德国还是回国后，我的恩师张钟俊院士始终给我最大的支持。他是我报考研究生时的导师，虽然没有在他门下拿学位，但他一直把我当为学生。我从德国回来，他让我当他的助手，要我开新课、写教材，还把博士生交给我参与指导。

回国后张钟俊院士指导席裕庚深入学术研究

更重要的是，他带领和教会我们开展学科建设、打造一流控制学科。1987年第一次全国重点学科评估时，张先生把我叫到家里，协助他打分填表。看到其他单位的材料，他有紧迫感，评估一结束就召集骨干开会，亲自制定了交大控制学科的五年发展规划——这可能是全国高校控制学科里，第一份正式的学科建设规划。

举办重大国际学术会议，是推动学科国际化发展的极佳机遇。经中国科协、中国自动化学会建议，上海市拟申办2000年第三届亚洲控制会议。张先生全力支持申办工作，并在1994年初会见亚控会执委会主席时表达了这一意愿。经多方努力，1994年7月申办取得成功。遗憾的是张先生于1995年年底去世，未能亲眼看到这一重要会议的筹备与成功召开。

随着第三届亚控会的申办成功，会议的诸多事项开始具体落实，首先要解决的问题是，会议主办单位除了中国自动化学会、上海市科协、上海市自动化学会外，还有哪个实体单位来具体承办。1996年11月，我接到了会议总主席的电话，问上海交大能不能接过这个任务，我毫不犹豫地答应了。

为什么答应？有两个原因。第一，中国已成功申办1999年在北京举行的世界控制大会，如果再办好2000年亚洲控制会议，能极大提升国内控制学科的国际声望。第二，交大的学科建设需要有新的突破和大的动作。

当时我担任上海市科协副主席、上海交大控制学科首席教授，同时在中国自动化学会、上海市自动化学会任职，身份恰好覆盖会议多家主办单位，能调动充足人脉与各类资源助力办会。

会场选址、论文审稿、参会注册、论文集出版、议程排布等所有环节，团队都反复调研、精细规划。我们立志办成一届比肩汉城亚控会的高水平亚洲控制会议。

席裕庚与参与第三届亚洲控制会议的团队人员合影

终会议圆满成功。五百余人注册参会，境外代表三百多名，日韩学者参会规模可观。全流程运行标准完全接轨国际，诞生多项国内学术会议首创实践，硬件配套保障完善，获得参会专家广泛好评。更关键的是，借此契机我们锻炼出一支成熟的国际会议承办队伍。

给年轻人的话

如果让我给今天学控制的年轻人提点建议，我想说三句话。

第一，保持真实，追求本质。真实是科学研究的基本准则，虽然常常需要对真实内容进行后续加工，包括写论文、申请项目等，但不论如何，始终应该坚持真实这一底线，清醒地认识到在加工后面的真实，不要把加工变成“忽悠”。做人做研究都是这样。

第二，要有“滚动优化”的思维。目标可以高远，但不能闭着眼睛照着计划死走。要善于每一步都根据真实情况重新计算、重新出发。这不只是算法，是做事的方法。

第三，接受新事物，但别被它带着跑。现在人工智能、大模型很热，但控制论的核心是智慧——我把它叫“结构性智能”，它不仅告诉你“怎么做”，而且还让你知道“为什么这么做”，从而可启发你做得更多、做得更好。机器人能替人干活，但它替不了人思考为什么这么干。这一点，是我们的优势。

席裕庚80岁时回顾人生历程

回头看我这辈子，从湖南小城的油灯，到慕尼黑深夜的终端，再到交大的讲台——每一盏灯都不算亮，但每一盏都够我看清眼前的路。

在不确定的人生里，你要有远大的目标，更要敢于每一步都重新计算、重新出发。

那顶博士帽上的小灯泡，现在早就找不到了。但没关系。

灯，一直亮着。