用数学改变世界——华裔数学家罗博深运用图论研发新冠App

原标题:用数学改变世界——华裔数学家罗博深运用图论研发新冠App

看点 为了阻止新冠疫情肆虐,各国想出了诸多措施,如收集群众位置,当出现感染者时发出信息通知。但因涉及个人隐私等因素,这些措施不了了之。为了解决这一问题,卡内基梅隆数学教授罗博深,联合团队日夜研究,最终攻克难题,研发出既注重用户隐私,又能及时性进行疫情信息通知的软件——NOVID。

凌晨三点,在许多人已进入梦乡时,位于美国匹兹堡市Atwood街上的Expii公司的办公室里(Expii是一个免费线上数学&科学学习平台),灯依然亮着。

在这里,你能看到一个戴着眼镜、身材瘦削的男人依然忙碌地对着屏幕,在网上和同样还没睡的团队成员,热烈讨论一款能有效控制新冠病毒扩散的App—— “NOVID”

在全球已有超过300万名患者感染新冠病毒的当下,罗博深教授毅然决定开始他的第三次创业之旅。

他想以自己在数学和编程方面积累的经验,去帮助更多人第一时间了解可能感染病毒的风险,兑现他在2004年获得赫兹奖学金(Hertz Fellowship)时许下的承诺: 将在人类需要之时贡献一己之力。

罗博深

在谈及开发这款App最初的想法时,罗教授提到灵感之一,来自于他学生发表的一篇关于“图论”的博士论文。

简而言之,这款App的原理就是降低R0(基本再生数,意味着每个确诊病患进入易感人群时能够感染的人数)当R值降到1以下后,新冠病毒的蔓延趋势就能得到缓解。

虽然在NOVID问世前,包括中国、德国、新加坡和韩国在内的多国,都曾尝试开发App来监控疫情,但监控涉及的隐私问题却让不少国家望而却步,德国政府也因此放弃在全国范围推广类似追踪App的决定。

在开发NOVID时, 罗博深将用户的隐私保护问题放在极高优先级。

NOVID特色

为了尽可能减少用户信息的采集,团队通过算法为用户设置了一个随机ID,无需注册,无需提供任何有关手机号码、邮箱等个人信息,甚至不需要开启手机(GPS)定位功能的前提下,只需要开启蓝牙,并授权使用麦克风,就可以通过蓝牙和超声波来测定两个手机设备之间的距离。

通过检测设备间的蓝牙和超声波信号传输,NOVID仅会记录下手机设备之间的接触时长。由于不会存储任何个人隐私信息数据,因此也免去了因存储方式不当造成数据泄露的风险。

NOVID会监测用户近10天内超过30分钟的密切接触,如果任意一位密切接触者报告了自己的患病情况,你就在3-4分钟内会收到提醒:“刚刚有一位用户报告了新冠病毒检测呈阳性,您近期曾和该用户近距离接触超过30分钟”;

NOVID不知道你是谁、去过哪里、遇到了什么人,它仅记录1002号用户和8093号用户,曾在3天之前近距离接触超过30分钟,并在8093号用户自我报告后对1002号用户发出匿名提醒。

此外,在软件精确性方面,相比仅包含蓝牙技术的App, NOVID能实现更精准的定位。这是因为,若仅依靠蓝牙技术,会因机型问题以及两者间存在隔离物而出现信号误差。因此,依赖蓝牙信号的App要经过额外的后期分析去校准测距。

但超声波技术,可以通过使用傅立叶分析(Fourier Analysis)定位特定频率波段的方式,完成不同手机的测距。任何一名用户只要打开蓝牙和麦克风,就能完成声波的发射和接收。

由于NOVID的超声波频率超越人类听觉范围,因此在用户日常使用时不会造成干扰,即使放在手机口袋里或隔着障碍物也能得到准确的测量结果,精度范围能达到几英尺(精确到米)。

在看到NOVID研发背后的价值后,匹兹堡市长Bill Peduto亲手为罗博深团队写了推荐信。今年4月17日,这款App已在安卓端上架,并正在与苹果进行最后阶段的讨论,以期早日上架App Store。

卡耐基梅隆大学刊登了NOVID的专题文章

为解决最初研发App的启动资金, 罗博深将两年来通过Daily Challenge课程积累的收入都投入到了NOVID App的研发上。

作为曾带出过两个创业团队Expii Inc和Daily Challenge的领航人,罗博深表示他挑选团队成员的第一条标准,是拒绝“差不多”。

每位团队成员要从内心认同正在做的这件事,对研发这款能帮助身边人第一时间发现病毒的App产生使命感,还要愿意投入大量的时间在研发和后续的推广工作中。

当然,由于罗博深本身有着迎难而上的性格,在挑选队员时他也会考虑队员的个性和性格 —— 哪怕面对的是很难完成的挑战,仍愿意一试。“队员要不惧怕开始”罗博深说到。

最终,包括 卡耐基梅隆大学学生数位曾经或现在仍就职于硅谷工程师在内的近20名成员组成了现在的NOVID团队。

NOVID开发团队

为尽快完成APP的开发,并保证每个细节都力臻完美,罗和团队成员常常不分昼夜,甚至凌晨三点还聚在一起探讨App的算法和逻辑。

为让App设计更符合用户的使用习惯,让不同年龄段的人群包括孩子也能轻易上手操作,罗博深在招募NOVID成员时,将设计师也作为优先考虑的一环。

同时,由于他希望NOVID能尽量帮助和支持更多用户,App对算法方面也提出了很高的要求。加入C++编写后的算法,能在技术上支持上亿万用户同时使用。

按照罗教授的说法,当居家“自我隔离”结束后,一款具有精准追踪功能的App,无疑能帮更多人安心回归日常生活。

这并不是他在数学或科学领域首次引起公众的关注。

作为曾经带领美国奥林匹克数学竞赛队赢得四次冠军的总教练,他对如何培养学生对数学的兴趣,让原本枯燥乏味的数学题变成享受,总结出一套独特的心得体会。

他之所以推崇奥数题,是因为他了解,这些精秒复杂的题目,常常是数学家们从那些半页长短的研究证明和几十页的数学论文证明中,找到的某个突破点转化而来的。

在讲解时,他不会像其他老师一样让学生通过模仿的方式做题,而是会 让学生自己先进行思考,再通过提示,让学生探索自己的解题思路,介绍不同类型的解题方法,以培养每位学生的“数学思维能力”。

数学思维能力的培养,显然有助于提升孩子的数学学习能力和技巧。此外, 无论是眼下热门的AI教育,还是编程教育,都对孩子的底层数学思维能力提出了很高的要求。

在解题之余,罗教授会和学生一起探讨一些更宏大的主题。

“我教数学的目的不是为了让他们去赢得一个奖项。我对学生说,我更希望看到的是,二十年后在纽约时报某一期的报道中,写着他们为世界做了什么,”罗说。

为了让那些来自不同国度热爱数学的顶尖学生,在年少时就能聚在一起成为朋友,为将来有想法组建团队创业,或从事其他能创造社会价值的事时更方便找到合拍的伙伴,罗博深还邀请了各国数学拔尖的学生,来美参与每年的奥数夏令营。

在夏令营共同度过的日子,让学生们之间的友谊变得愈加深厚,也让他们在整个过程中互相学习,彼此在数学细分领域擅长的部分。比如,在罗博深的印象中,东欧学生比较擅长做平面几何和排列组合题。

无论对于刚踏入数学世界的小朋友,还是带孩子一起学习数学的家长,抑或是数学老师、教练,都能从罗教授的教学初心、理念和整套启蒙课的授课方式中,获得某种程度的启发。

上一篇:奥数大赛中国夺冠:2019团队成员介绍
下一篇:包贝尔神解“鸡兔同笼”奥数题 “智商秀”秒杀众人