本刊记者　周珈慧

　　
　　“信息理论和控制理论是系统科学的两大支柱，长久以来，这两大学科是各自独立发展的。然而，随着现代控制系统结构的深刻变化，逐渐向网络化和智能化靠近，信息与控制的结合已成为现实需求。发展基于信息理论的控制理论，最终实现两大理论的完美统一，几乎是这个领域研究者的最高梦想，也是我科研生涯所追求的最终目标。”
　　说这段话时，李韬的目光中充满了真诚，飞扬着热切。
　　生于1981年，刚过而立，中科院数学与系统科学研究院助理研究员李韬很年轻，有着年轻人的激扬与执着。对年轻人来说，激扬意味着澎湃的青春和热辣的自信。踏实的，是行为；激扬的，是精气神。去追求一个看上去很遥远的目标，没有这股精气神怎能达成？
　　
理论也能“接地气”
　　
　　2004年，李韬考入南开大学自动化系，逐渐迷上了理论研究。考取研究生之后，他逐渐将研究方向定位在网络、信息与控制的理论研究上。对更多人来说，理论常常意味着枯燥。李韬却不这样想。在他看来，科学是来源于实践，并且服务于实践的。从事理论研究，将实践升华为科学理论之后再反馈到实践中，会对实践产生更为广泛的促进作用。他相信他所做的理论研究最终还是要“接地气”的，包括他多年专注的多自主体系统。
　　近年来，伴随着传感器、计算机和通信技术的飞速发展，控制系统的基本结构和运行模式发生了根本的改变。系统的各个组成单元不再只是具有单一功能的受控对象、传感器和控制器，而成为了具备一定的感知、计算和通信能力的“自主体”。各个单元通过各种通信和传感网络传递信息，互相协作完成给定的任务。通信和协作已成为整个控制系统运行的关键性因素。多自主体协调控制在多传感器信息融合、多机器人协作、无人航行器编队等领域表现出旺盛的生命力。“更重要的是，它为人们提供了一个认识各种信息处理和控制系统的全新视角。”李韬说，考虑具有通信约束的多自主体系统的协调控制，进行通信机制和协调控制的联合设计与分析是控制理论自身发展的必然趋势。
　　然而，虽然国内外众多学者对带有通信约束的多自主体协调控制问题取得了诸多进展，但总体上尚缺乏系统深入的理论研究。基于对多自主体系统基础理论研究重要性的充分认识，李韬紧紧围绕该领域的一些最基本、最核心的问题潜心攻克，所取得的一些重要成果得到了专家的一致肯定和好评。
　　
引发控制界关注
　　
　　“对于连通网络，无论网络规模有多大，总存在一个分布式协议，使得每次通信每对邻接的自主体间只需交换1比特的信息，就可以保证以指数的收敛速度实现平均趋同。”这就是“小容量信道定理”，也是李韬与其合作者几经艰难摸索与证明后的结果。
　　在多自主体协调估计与控制中，信息传播率和能量消耗约束是需要考虑的最基本、最重要的两大约束。当信道容量十分有限、不允许较高的量化密度时，必须直接在数字通信框架下考虑协调估计与控制问题。系统控制界多年来对通信受限网络控制的研究付出了巨大的努力，包括从单个体通信受限控制到基于无限比特量化器的趋同控制研究，然而对于能否真正在有限通信数据率下实现最基本的网络协调控制——趋同控制，设计数据率约束对网络规模有良好适应性的分布式算法以及给出所需的通信数据率和网络性能、拓扑结构的定量关系等这些最基本的理论问题始终没有取得根本性突破。其难点主要在于有限比特量化器的高度非线性效应所导致的编解码误差有可能是无界的，而且不同于单个体系统，这种非线性效应和系统的分布式架构交织耦合，所需的数据率可能随网络节点数增多而趋于无穷。为此，李韬及其合作者提出了带衰减尺度变换函数的基于动态新息量化的编解码机制，有效地消除了编解码误差对系统稳定性和稳态误差的影响，并证明了“小容量信道定理”；建立了由节点数、数据率以及网络拓扑图的代数连通度和Laplacian谱半径的比值给出的渐近收敛速度的显式表达式。他们还首次提出了分布式趋同的通信能耗模型，说明了整体能耗和通信量之间的关系。据了解，该项工作是多自主体系统领域关于趋同算法性能与网络拓扑参数和数据率相互关系的第一个定量结果。
　　该项成果一经出现，就被认为是“回答了趋同控制所需的最小数据率和趋同收敛速度与通信数据率的相互关系这两个多自主系统领域的重要问题”，而获得了第7届亚洲控制会议最佳论文奖，这也是亚控会有史以来首次设立的最佳理论论文奖。此后，他们针对丢包、通信时延及不可量测状态等不确定因素，相继提出了自适应编解码和量化观测器型编解码等方法，形成了系列成果。 该系列成果在控制界三大顶级期刊IEEE Trans. Automatic Control 上发表长文2篇、Automatica 上发表短文1篇，SIAM J. Control & Optimization 上发表论文1篇。不过一年多，累计Google Scholar他引达88次，引起了学术界的广泛关注。
　　
迈向未来的脚步
　　
　　当然，李韬的研究不止这些。随着研究视野的开阔，李韬在研究生涯中的积累越来越多，他却觉得自己不能把握的东西越来越多。“未知的奥妙很多，我所掌握的知识真的微不足道，需要不断去探索，发现新的结合点。”
　　近年来，李韬等人的研究成果获得不少跨界人士的青睐。IEEE Fellow H. H. Chen等人关于分布式多媒体调度的工作就曾经采用他们提出的编码器、解码器、控制协议以及闭环性能分析方法，其成果发表在IEEE Trans. Multimedia上，并在2011年的世界通信大会上报告。而后，有关云计算环境下多媒体流调度的研究也相中了他们提出的算法和分析方法，其进展被2012年9月的Computer Communications报道。
　　能和云计算等战略新兴产业牵到一起，李韬也感到有一点小小的意外。作为一位研究者，他最想做的，还是能与实际紧密结合、有时代感的理论研究。“在澳洲访问时，我注意到澳大利亚国立大学与国防部有一个定期讨论班，通过这个平台，军方的很多实际需求都能直接反应到研究者那里，然后通过抽象提取，归纳出科学问题。其实，国内在理论研究上做得并不差，只是在结合实际上有些欠缺。”李韬认为，既然质变是由量变累积形成的，他愿意做其中的一个“量”，为改变这种现状出一份力。
　　尽管在做理论的过程中，遭遇过很多痛苦，他还是快乐地坚持着。他说，痛苦只是一场经历，荣誉只是一种鼓励。所有的曾经，都只是过往的小结，不应成为前进的包袱。展望未来，李韬及其小组将对工程、生物和社会经济系统所共同涉及的不确定信息网络进行研究，发展对不确定信息网络进行估计、优化与控制的具有原创性和普适性的理论方法和工具，进而为物联网、云计算等国家战略新兴产业的发展提供前瞻性研究和必要的基础理论支撑。
　　
专家简介：
　　李韬，中国科学院数学与系统科学研究院助理研究员。2004年毕业于南开大学自动化系，获工学学士学位；2009年于中国科学院数学与系统科学研究院获系统理论专业博士学位并留院工作；2008年至2011年就职于新加坡南洋理工大学电气电子工程学院，先后任Project officer和Research Fellow；2010年9月至2011年1月访问澳大利亚国立大学信息科学与工程研究院。曾获中国科学院数学与系统科学研究院第五届“陈景润未来之星”（2012）、澳大利亚教育部奋进学者奖(2010)、新加坡千禧基金会学者奖（2009)、第7届亚洲控制会议最佳论文奖(2009)、中国科学院院长特别奖（2009）和第17届国际自动控制联合会世界大会青年作者奖的荣誉提名（2008）。目前是中国科学院青年创新促进会首批会员。