特奖专访｜吴海旭：立足国家重大需求，用AI技术赋能社会发展

来源：清华大学小研在线

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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、IEEE TPAMI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