1. Tổng quan

Stanley Osher (sinh ngày 24 tháng 4 năm 1942) là một nhà toán học người Hoa Kỳ nổi tiếng với nhiều đóng góp quan trọng trong các lĩnh vực phương pháp bắt sốc, phương pháp tập mức và các phương pháp dựa trên phương trình đạo hàm riêng (PDE) trong thị giác máy tính và xử lý ảnh. Ông hiện là giáo sư tại Đại học California, Los Angeles (UCLA), Giám đốc các Dự án Đặc biệt tại Viện Toán học Thuần túy và Ứng dụng (IPAM), và là thành viên của Viện Hệ thống Nano California (CNSI) tại UCLA. Các công trình của ông đã có tầm ảnh hưởng sâu rộng đến toán học ứng dụng và khoa học máy tính.
2. Tiểu sử
Stanley Osher đã trải qua quá trình học vấn và phát triển sự nghiệp học thuật đáng chú ý, từ những năm đầu đời cho đến khi trở thành một trong những nhà toán học ứng dụng hàng đầu thế giới.
2.1. Sinh và thời niên thiếu
Stanley Osher sinh vào ngày 24 tháng 4 năm 1942.
2.2. Học vấn
Ông đã hoàn thành các bằng cấp học vấn của mình tại các trường đại học danh tiếng:
- Cử nhân Khoa học (BS) tại Brooklyn College vào năm 1962.
- Thạc sĩ Khoa học (MS) tại Đại học New York vào năm 1964.
- Tiến sĩ (PhD) tại Đại học New York vào năm 1966.
3. Đóng góp Toán học
Stanley Osher là người phát minh hoặc đồng phát minh và phát triển nhiều phương pháp số học thành công cao trong vật lý tính toán, xử lý ảnh và các lĩnh vực khác. Các đóng góp của ông đã định hình nhiều hướng nghiên cứu và ứng dụng trong toán học.
3.1. Lĩnh vực Nghiên cứu Chính
Các lĩnh vực nghiên cứu chính của Stanley Osher bao gồm:
- Phương pháp tập mức để tính toán các giao diện di động.
- Các phương pháp xấp xỉ cho định luật bảo toàn hyperbol và phương trình Hamilton-Jacobi.
- Tổng biến thiên (TV) và các kỹ thuật xử lý ảnh khác dựa trên phương trình đạo hàm riêng (PDE).
- Tính toán khoa học.
- Phương trình đạo hàm riêng ứng dụng.
- Tối ưu hóa lồi dựa trên L1/TV.
Ông được liệt kê là một nhà nghiên cứu được trích dẫn nhiều bởi ISI.
3.2. Phương pháp Nghiên cứu Cốt lõi
Stanley Osher đã phát triển hoặc đóng góp vào nhiều phương pháp toán học và thuật toán nền tảng, có ảnh hưởng lớn đến nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật.
3.2.1. Kỹ thuật Bắt Sốc và Độ phân giải Cao
Osher đã phát triển các sơ đồ số có độ phân giải cao để tính toán các dòng chảy có sóng xung kích và gradient lớn. Các phương pháp này bao gồm:
- Các sơ đồ ENO (essentially non-oscillatory) được phát triển cùng với Ami Harten, Sukumar R. Chakravarthy, Bjorn Engquist và Chi-Wang Shu.
- Các sơ đồ WENO (weighted ENO) được phát triển cùng với Xiaodong Liu và Tony Chan.
- Sơ đồ Osher và sơ đồ Engquist-Osher.
- Các phiên bản phương trình Hamilton-Jacobi của các phương pháp này.
Những phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi trong động lực học chất lưu tính toán (CFD) và các lĩnh vực liên quan.
3.2.2. Phương pháp Tập mức (Level-Set Methods)
Cùng với James Sethian, Stanley Osher đã phát triển phương pháp tập mức để bắt giữ các giao diện di động. Phương pháp này đã đạt được thành công phi thường như một công cụ chủ chốt trong xử lý ảnh và thị giác máy tính dựa trên phương trình đạo hàm riêng (PDE). Ngoài ra, nó còn có các ứng dụng trong hình học vi phân, phân đoạn ảnh, bài toán ngược, thiết kế tối ưu, dòng chảy hai pha, tăng trưởng tinh thể, lắng đọng màng mỏng và khắc axit.
3.2.3. Xử lý Ảnh dựa trên PDE
Osher đã tiên phong trong các kỹ thuật xử lý ảnh dựa trên phương trình đạo hàm riêng (PDE). Các công trình nổi bật bao gồm:
- Phục hồi ảnh dựa trên tổng biến thiên (TV) cùng với Leonid Rudin và Emad Fatemi.
- Các bộ lọc sốc cùng với Leonid Rudin.
Những phương pháp này là những đóng góp tiên phong và được sử dụng rộng rãi trong xử lý ảnh dựa trên PDE, đồng thời cũng được áp dụng cho các bài toán ngược.
3.2.4. Kỹ thuật Tối ưu hóa Lồi
Ông đã phát triển phương pháp lặp Bregman và các phương pháp kiểu phương pháp nhân tử tăng cường cho các bài toán tối ưu hóa L1 và các bài toán liên quan đến L1. Những phương pháp này là nền tảng cho các lĩnh vực như nén tín hiệu, hoàn thành ma trận và phân tích thành phần chính mạnh mẽ.
3.2.5. Phương trình Hamilton-Jacobi
Stanley Osher đã có những đóng góp quan trọng trong việc khắc phục lời nguyền chiều cho các phương trình Hamilton-Jacobi phát sinh trong lý thuyết điều khiển và lý thuyết trò chơi vi phân.
3.3. Lĩnh vực Ứng dụng Nghiên cứu
Các phương pháp toán học của Stanley Osher đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực thực tế, bao gồm:
- Động lực học chất lưu tính toán (CFD).
- Xử lý ảnh và thị giác máy tính.
- Hình học vi phân.
- Phân đoạn ảnh.
- Bài toán ngược.
- Thiết kế tối ưu.
- Dòng chảy hai pha.
- Tăng trưởng tinh thể.
- Lắng đọng màng mỏng và khắc axit.
- Nén tín hiệu.
- Hoàn thành ma trận.
- Phân tích thành phần chính mạnh mẽ.
- Lý thuyết điều khiển và lý thuyết trò chơi vi phân.
4. Hoạt động Học thuật và Sự nghiệp
Sự nghiệp của Stanley Osher không chỉ giới hạn trong lĩnh vực nghiên cứu mà còn mở rộng sang giảng dạy, cố vấn và cả hoạt động kinh doanh.
4.1. Cơ quan Công tác
Stanley Osher là giáo sư tại Đại học California, Los Angeles (UCLA). Ngoài ra, ông còn giữ các vị trí quan trọng khác tại UCLA:
- Giám đốc các Dự án Đặc biệt tại Viện Toán học Thuần túy và Ứng dụng (IPAM).
- Thành viên của Viện Hệ thống Nano California (CNSI).
4.2. Thành lập Công ty và Hoạt động Kinh doanh
Osher đã đồng sáng lập hoặc thành lập ba công ty thành công, thể hiện khả năng thương mại hóa các nghiên cứu khoa học của mình:
- Cognitech (cùng với Leonid Rudin).
- Level Set Systems.
- Luminescent Technologies (cùng với Eli Yablonovitch).
4.3. Hướng dẫn và Cố vấn
Ông đã là cố vấn luận án tiến sĩ cho ít nhất 53 sinh viên, với 188 "hậu duệ" học thuật, cũng như cố vấn sau tiến sĩ và cộng tác viên cho nhiều nhà toán học ứng dụng. Các sinh viên tiến sĩ của ông được phân bổ đều giữa giới học thuật, ngành công nghiệp và các phòng thí nghiệm, hầu hết đều tham gia vào việc áp dụng các công cụ toán học và tính toán vào các lĩnh vực ứng dụng công nghiệp hoặc khoa học.
5. Giải thưởng và Vinh danh
Stanley Osher đã nhận được nhiều giải thưởng và vinh danh quan trọng trong suốt sự nghiệp của mình, công nhận những đóng góp to lớn của ông cho toán học và các lĩnh vực liên quan:
- Thành viên Viện Hàn lâm Kỹ thuật Quốc gia (NAE), 2018.
- Giải thưởng William Benter về Toán học Ứng dụng, 2016.
- Giải Carl Friedrich Gauss, 2014.
- Giải thưởng John von Neumann Lecture từ SIAM, 2013.
- Thành viên Hội Toán học Hoa Kỳ, 2013.
- Diễn giả toàn thể tại Đại hội Toán học Quốc tế, 2010.
- Thành viên Viện Hàn lâm Khoa học và Nghệ thuật Hoa Kỳ, 2009.
- Thành viên Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), 2009.
- Bằng tiến sĩ danh dự, Đại học Baptist Hồng Kông, 2009.
- Giải thưởng Hợp tác Quốc tế, Đại hội Toán học Trung Quốc Quốc tế, 2007.
- Giải thưởng Khoa học Tính toán và Ứng dụng, Hiệp hội Cơ học Tính toán Hoa Kỳ, 2007.
- Docteur Honoris Causa, École Normale Supérieure de Cachan, Pháp, 2006.
- Thành viên Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (NAS), 2005.
- Giải thưởng Kleinman của SIAM, 2005.
- Giải thưởng Pioneer của ICIAM, 2003.
- Giải thưởng Cơ học Tính toán, Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Nhật Bản, 2002.
- Giải thưởng Thành tựu Nhóm Dịch vụ Công cộng của NASA, 1992.
- Học bổng BSF Hoa Kỳ-Israel, 1986.
- Học bổng SERC (Anh), 1982.
- Học bổng Alfred P. Sloan, 1972-1974.
- Học bổng Chương trình Fulbright, 1971.
6. Sách đã xuất bản
Stanley Osher đã là tác giả hoặc đồng tác giả của một số cuốn sách quan trọng, phản ánh sâu sắc các lĩnh vực nghiên cứu của ông:
- Level Set Methods and Dynamic Implicit Surfaces (Các phương pháp tập mức và bề mặt ẩn động), xuất bản năm 2003 bởi Springer, New York. Cuốn sách này tập trung vào các phương pháp tập mức và ứng dụng của chúng trong việc mô hình hóa các bề mặt biến đổi.
- Geometric Level Set Methods in Imaging, Vision, and Graphics (Các phương pháp tập mức hình học trong xử lý ảnh, thị giác và đồ họa), xuất bản năm 2003 bởi Springer, New York. Tác phẩm này khám phá việc áp dụng các phương pháp tập mức trong các lĩnh vực xử lý ảnh, thị giác máy tính và đồ họa.
- Splitting Methods in Communication, Imaging, Science, and Engineering (Các phương pháp tách trong truyền thông, xử lý ảnh, khoa học và kỹ thuật), đồng tác giả với R. Glowinski, xuất bản năm 2016 bởi Springer, Cham, Thụy Sĩ. Cuốn sách này trình bày các phương pháp tách được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khoa học và kỹ thuật.
7. Tầm ảnh hưởng và Đánh giá
Stanley Osher được công nhận rộng rãi là một nhà nghiên cứu có tầm ảnh hưởng lớn trong lĩnh vực toán học ứng dụng và khoa học máy tính. Các phương pháp số học mà ông đã phát triển hoặc đồng phát triển, như phương pháp tập mức, các kỹ thuật bắt sốc độ phân giải cao (ENO, WENO), và các phương pháp xử lý ảnh dựa trên phương trình đạo hàm riêng (PDE) (đặc biệt là phục hồi ảnh dựa trên tổng biến thiên và bộ lọc sốc), đã trở thành công cụ không thể thiếu trong nhiều ngành khoa học và kỹ thuật.
Sự đóng góp của ông trong việc vượt qua "lời nguyền chiều" cho phương trình Hamilton-Jacobi và phát triển các kỹ thuật tối ưu hóa lồi (như lặp Bregman và nhân tử tăng cường) đã mở ra những hướng đi mới trong nén tín hiệu, hoàn thành ma trận và phân tích thành phần chính. Ông cũng là một nhà giáo dục và cố vấn tận tâm, đã hướng dẫn hàng chục tiến sĩ và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ, tạo ra một thế hệ các nhà toán học ứng dụng mới. Vị trí là một nhà nghiên cứu được trích dẫn nhiều bởi ISI, cùng với vô số giải thưởng và vinh danh quốc tế, là minh chứng cho tầm ảnh hưởng sâu rộng và sự công nhận toàn cầu đối với những thành tựu khoa học của ông.
8. Nhân vật Liên quan
Trong sự nghiệp nghiên cứu và kinh doanh của mình, Stanley Osher đã hợp tác với nhiều nhà khoa học và kỹ sư nổi bật:
- James Sethian: Đồng phát triển phương pháp tập mức.
- Ami Harten: Đồng phát triển các sơ đồ ENO.
- Sukumar R. Chakravarthy: Đồng phát triển các sơ đồ ENO.
- Bjorn Engquist: Đồng phát triển các sơ đồ ENO và sơ đồ Engquist-Osher.
- Chi-Wang Shu: Đồng phát triển các sơ đồ ENO.
- Xiaodong Liu: Đồng phát triển các sơ đồ WENO.
- Tony Chan: Đồng phát triển các sơ đồ WENO.
- Leonid Rudin: Đồng phát triển phục hồi ảnh dựa trên tổng biến thiên, bộ lọc sốc, và đồng sáng lập Cognitech.
- Emad Fatemi: Đồng phát triển phục hồi ảnh dựa trên tổng biến thiên.
- Eli Yablonovitch: Đồng sáng lập Luminescent Technologies.
- R. Glowinski: Đồng tác giả cuốn sách Splitting Methods in Communication, Imaging, Science, and Engineering.