安德烈亚斯·德雷斯

安德烈亚斯·德雷斯:不断更换研究领域的数学家

热带几何中存在一种称为“德雷斯空间”(Dressian)的流形。存在一种用于分类周期性平铺的组合对象,称为“德雷斯-德莱尼符号”(Delaney–Dress symbol)。存在一套关于从距离数据重建进化树的研究,称为“T理论”。这三者都出自同一人之手,且属于大多数研究者会认为是独立职业生涯的三个不同数学分支。安德烈亚斯·德雷斯(Andreas Dress)于2024年2月23日去世,享年85岁。他花了六十年时间做了一件即使在顶尖数学家中也很不寻常的事情:他不断地从头开始。

基尔,1962年

德雷斯出生于1938年8月26日。他曾在柏林自由大学、图宾根大学和基尔大学学习,并于1962年在基尔大学获得博士学位,导师是弗里德里希·巴赫曼(Friedrich Bachmann)和卡尔-海因里希·魏泽(Karl-Heinrich Weise)。博士论文题目为《度量平面的构造》(Konstruktion metrischer Ebenen),这使他的起源直接植根于德国几何基础的传统中。值得注意的是他当时有多年轻:24岁就获得了博士学位,而这一主题自希尔伯特以来一直是德国的伟大专业之一。

从零开始的比勒费尔德

1969年,北莱茵-威斯特法伦州在比勒费尔德开设了一所新大学,旨在成为一所具有跨学科章程的研究型机构。德雷斯是其数学系的创始教授之一,并一直任职到2003年退休——在同一个系工作了34年。对于一位如此不安分的数学家来说,这是一个奇怪的统计数据,除非人们注意到他大约每十年换一个主题,却从未换过地址。比勒费尔德数学系在那段时期成为了德国最强大的院系之一,德雷斯是其中的重要原因。

函子、平铺、拟阵

他的第一个主要研究领域是表示论,在那里他发展了麦基函子(Mackey functors)和格林函子(Green functors)——这是一种形式化机器,为贯穿有限群表示论的限制定理和归纳定理提供了统一的框架。这是最纯粹的抽象代数,至今仍是该领域的标准装备。

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20世纪80年代初,他转向离散几何,并与安德鲁·德莱尼(Andrew Delaney)共同引入了现在称为“德雷斯-德莱尼符号”的组合编码:这是一种有限结构,能够充分捕捉周期性平铺的对称类型,从而允许进行系统分类。晶体学家和数学家都采用了它,因为它将几何分类问题转化为计算机可以枚举的组合问题。

随后,他转向拟阵理论,为这一主要属于组合学的主题构建了全面的代数方法,包括拟阵的塔特群(Tutte group)的构造。从那里,研究成果进入了热带几何:德雷斯建立了赋值拟阵与热带线性空间之间的联系,由此产生的参数化对象以他的名字命名——德雷斯空间(Dressian)。

从距离到树

最后也是最广为人知的一章将他完全带出了纯数学,进入了生物学领域。这个问题很容易陈述但很难解决:给定物种、序列或群体之间测得的差异矩阵,重建生成它们的进化树——或者确定没有树适合,并表示出适合的内容。德雷斯用度量几何的工具攻克了这一点,发展了T理论和紧跨度(tight spans)理论,这些理论提供了一种嵌入有限度量空间并读取其树状和非树状结构的规范方法。他帮助创建的主题被称为系统发育组合学(phylogenetic combinatorics),并于2012年与卡塔琳娜·胡贝尔(Katharina Huber)、雅各布斯·库伦(Jacobus Koolen)、文森特·莫尔顿(Vincent Moulton)和安德烈亚斯·斯皮尔纳(Andreas Spillner)以《基础系统发育组合学》(Basic Phylogenetic Combinatorics)为题由剑桥大学出版社出版。

上海

2003年从比勒费尔德退休后,德雷斯前往莱比锡的马克斯·普朗克数学科学研究所,并长期担任外部科学成员。2005年,他成为上海计算生物学伙伴研究所的创始主任,这是马克斯·普朗克学会与中国科学院的合资企业,他一直任职到2010年。他是1998年柏林国际数学家大会的特邀演讲者。

为什么安德雷斯被称为天才

德雷斯的卓越品质在于结构转移——即认识到为某个问题开发的机器实际上完全是关于另一回事。这在他职业生涯的每个阶段都显而易见。他为1962年关于度量平面的博士论文所学的度量几何,四十年后成为了判断遗传距离矩阵是否呈树状的工具。他在表示论中培养的代数直觉成为了拟阵理论的代数化,进而成为了热带几何的基础。产生平铺德雷斯-德莱尼符号的组合眼光,与产生生物数据分裂分解的眼光显然是同一双眼睛。大多数数学家在深化;德雷斯在翻译。做一次是运气。在表示论、离散几何、拟阵和数理生物学中做四次,是一种独特的思维方式,三个不同的对象在三个不同的领域以他的名字命名,这就是客观证据。

反面观点也值得一提。德雷斯没有解决任何著名的公开问题,他的任何贡献都没有像菲尔兹奖结果那样带来那种独特的名声。他的一些最著名的构造是合作完成的——德雷斯-德莱尼符号、与胡贝尔、库伦、莫尔顿和斯皮尔纳的系统发育工作、其他人实质性发展的热带几何联系——他的天赋往往在于建立一个同事们随后构建的框架。他在国际数学家大会上是特邀演讲者而非全体演讲者,他的正式荣誉相对于他的影响力而言是谦逊的。一个公平的评价是,他是一位杰出的框架生成者和隐藏类比的卓越识别者,而不是著名问题的解决者。在数学内部,这些是不同的声誉,前者更容易被低估。

遗产

系统发育组合学现在是一个成熟的领域,有教科书、研究社区,并在进化生物学和序列分析中有直接应用——这是德雷斯最接近于创立的学科。德雷斯-德莱尼符号仍然是周期性平铺系统分类的工作工具。德雷斯空间位于热带几何的标准词汇中。在上海,他帮助创立的伙伴研究所培养了一代中国计算生物学家,当时中国正从零开始建立该领域。比勒费尔德、莱比锡和上海都各自哀悼他,这大致是对一个从未在一个地方停留足够长的时间以至于被单一主题所占有的职业生涯的正确描述。

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