以預(yù)測之名 行報國之實——記南開大學(xué)統(tǒng)計與數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)院教授黃森忠

祝傳海

黃森忠

如果將世界比作人體的話，那么數(shù)學(xué)則是人類用來嚴(yán)格描述人體大小、形狀甚至骨骼連接位置等的具體手段。但數(shù)學(xué)的作用遠不止于此，作為認識世界的基本工具，人們早已在數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，將其與生物、物理、化學(xué)及社科經(jīng)濟等學(xué)科結(jié)合，并將其應(yīng)用于現(xiàn)實世界中人類遇到的任一問題。而在由人類構(gòu)成的群體社會中，通過將數(shù)學(xué)統(tǒng)計學(xué)與流行病學(xué)結(jié)合，則可以有效地預(yù)測出某種疾病的發(fā)展趨勢。從一定程度來說，它更像一張經(jīng)過精密計算而織成的網(wǎng)，順著掌握的信息及“網(wǎng)線”的邏輯，可以更加清晰地估算出某種流行病在社會中的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展情況。

南開大學(xué)統(tǒng)計與數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)院教授黃森忠就是掌握這張“網(wǎng)”的人，多年來，他憑借自己在數(shù)學(xué)專業(yè)的成就，將目光聚焦于流行病學(xué)方向，在數(shù)學(xué)流行病學(xué)領(lǐng)域取得了眾多重要成就。尤其是自從新冠肺炎疫情肆虐開始，他將研究重點放在對新冠肺炎疫情的研判與預(yù)測中，多次在疫情暴發(fā)的關(guān)鍵時刻，有效地預(yù)測了疫情的規(guī)模及發(fā)展趨勢，為有關(guān)部門制定相關(guān)的防疫政策提供了重要參考依據(jù)，同時也為保障疫情下大眾的生命與財產(chǎn)安全做出了重要貢獻。

如今，回顧自己一路走來克服眾多困難取得諸多成就的經(jīng)歷，黃森忠抑揚頓挫地說道：“無論是面對疫情還是其他困難，我們都要努力奮斗，力爭贏面。”這是他的研究風(fēng)格，也是他從小到大的人生信念。

奮斗·爭取

多年以后，當(dāng)有人在黃森忠面前聊起他身上所流露出的奮斗精神時，黃森忠依舊會忍不住想起在成長過程中對他影響最深的兩個人——他的父親，以及鄧小平。

黃森忠從小在寒門家庭長大，在他的記憶里，父母幾乎每天都在忙于農(nóng)活與家庭生計。按常理來說，在這樣的情況下，父母難免在對孩子的心理教育及指導(dǎo)方面有所疏忽，但面對這個問題，黃森忠卻笑著搖了搖頭。他毫不掩飾地表達自己對父親的感恩之情，他說，他至今仍然清晰地記得，在自己小時候的某一天里，父親鄭重地教導(dǎo)自己的話，“父親教導(dǎo)我的那句話只有兩個字：奮斗”。黃森忠說，父親當(dāng)時嚴(yán)肅的表情讓他至今印象深刻，也就是從那以后，這句話如同一顆種子般，漸漸在他心中發(fā)芽生長，成為他性格里不可分割的一部分。

隨著年齡的增長，黃森忠漸漸懂得了更多，除了父親外，另一位對他人生有著深刻影響的重要人物也開始走入他的認知。這位重要人物同樣出身農(nóng)村，早年曾赴歐洲勤工儉學(xué)，后來回國參加了中國的土地革命、抗日戰(zhàn)爭和解放戰(zhàn)爭，為新民主主義革命的勝利和新中國的誕生建立了赫赫功勛，同時還倡導(dǎo)了改革開放，使中國進入了日新月異的發(fā)展浪潮中，他便是中國發(fā)展的時代人物——鄧小平。他的一生都在奮斗，而這種奮斗的精神也感染了當(dāng)時那個時代下的無數(shù)想要為國家發(fā)展建設(shè)貢獻力量的年輕人，黃森忠便是其中之一。

在父親的教誨和鄧小平精神的影響下，黃森忠在心里樹立了奮斗的意識，明白自己只有通過不斷地努力爭取，才能實現(xiàn)自己的目標(biāo)，以及為國家的建設(shè)發(fā)展貢獻自己的力量。在這種奮斗意識的加持下，1979年，黃森忠考入了當(dāng)時數(shù)學(xué)專業(yè)在全國名列前茅的南開大學(xué)，成為該校數(shù)學(xué)專業(yè)的一名大學(xué)生。

作為我國知名高等學(xué)府，南開大學(xué)擁有悠久的辦學(xué)歷史及深厚的研究底蘊，因此在本科及碩士的學(xué)習(xí)期間，黃森忠?guī)缀跆焯炻耦^在學(xué)校圖書館里一本本與數(shù)學(xué)相關(guān)的書籍中，起早貪黑，力圖更大限度地擴展自己對數(shù)學(xué)的了解邊界，從而實現(xiàn)自己以數(shù)報國的想法。然而，彼時我國教育事業(yè)剛剛恢復(fù)，大多學(xué)校從研究體系到教學(xué)資源，均需要一定時間來完善，為了掌握更多的知識，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域站上更高的臺階，1991年，已經(jīng)碩士畢業(yè)并在南開大學(xué)任職多年的黃森忠決定前往德國圖賓根大學(xué)攻讀博士學(xué)位。

從國內(nèi)漂洋過海遠渡到國外，黃森忠憑借著那股不服輸?shù)膭蓬^在最快的時間內(nèi)適應(yīng)了異國的語言交流、文化風(fēng)俗。同時，得益于德國博士導(dǎo)師“放羊式”的教學(xué)風(fēng)格，黃森忠擁有了足夠自由的學(xué)習(xí)和研究空間，可以在自己喜歡的數(shù)學(xué)方向深入地鉆研，并吸收周圍環(huán)境中一切有用的資源，不斷提升自己。等到了博士畢業(yè)時，他已經(jīng)在數(shù)學(xué)領(lǐng)域扎下了深厚的根基，并積淀了豐富的理論經(jīng)驗。他還在德國羅斯托克大學(xué)從事教學(xué)和科研工作期間，進一步深化了自己的學(xué)術(shù)研究。

本以為在國外的研究之路會一直這么順利走下去，直到自己學(xué)術(shù)大成回國為祖國發(fā)展貢獻自己的力量。然而一件事情的發(fā)生，卻讓黃森忠深受觸動，甚至因此將自己的數(shù)學(xué)研究方向調(diào)整為對數(shù)學(xué)流行病學(xué)的研究。彼時正值2003年，正是SARS疫情在國內(nèi)肆虐，并且全球人人對其談之色變的時候。在這種環(huán)境下，黃森忠行走在德國的街頭，總是會遇到這樣一種現(xiàn)象：當(dāng)一副亞洲面孔走在德國的街上時，會碰到一些人故意在他面前假裝咳嗽，暗示其可能是SARS傳染者。

南開大學(xué)智英健康數(shù)據(jù)研究中心揭牌

這種無聲的暗示與交流往往讓人感到心塞卻又不知道該如何去向外界講理?；氐綄W(xué)校后，黃森忠經(jīng)過一番深思熟慮，最終決定調(diào)整自己的研究方向，用數(shù)學(xué)的方法去研究傳染病的流行規(guī)律，用研究行動來弄清楚疫情的實際傳染規(guī)模，而不是讓人缺少根據(jù)地妄加揣測。不僅如此，他還在德國羅斯托克大學(xué)開設(shè)“數(shù)學(xué)流行病學(xué)”這門課程，填補了學(xué)校在該專業(yè)上的教學(xué)空白。

黃森忠身上總保持著一種凡事有理就要據(jù)理力爭的勁頭，“如果遇到不公平的事情，一定要去爭，把事情給搞清楚，把真實的情況公布出來”。調(diào)整研究方向為數(shù)學(xué)流行病學(xué)的部分原因是如此，后來在相關(guān)研究論文發(fā)表時和審稿人據(jù)理力爭更是如此。當(dāng)時，黃森忠經(jīng)過5年的刻苦鉆研，終于在數(shù)學(xué)流行病學(xué)領(lǐng)域取得了創(chuàng)新性成果，然而就在他準(zhǔn)備將成果分享在相關(guān)權(quán)威雜志上時，卻遭到了審稿人的拒稿。原來，那位審稿人以為他當(dāng)時采用的是傳統(tǒng)的建模思路，所以認為思路不新、結(jié)果有錯。對此，黃森忠給雜志的主編去信，告訴對方那是自己用5年的時間打造的產(chǎn)品，拒稿的那位審稿人沒仔細讀懂，所以請他再約別的審稿人重審一下。對方對黃森忠的“抗議”非常重視，換人再審后果然順利通過了。如今黃森忠團隊用于新冠肺炎疫情研判和趨勢預(yù)測的程序EpiSIX，就是在他當(dāng)年發(fā)表的那篇文章的基礎(chǔ)上構(gòu)建的。后來，黃森忠經(jīng)常拿自己的這段投稿經(jīng)歷與大家分享，“經(jīng)驗就是一個字——‘爭’。在學(xué)術(shù)上，就要一爭到底”。

一個“奮斗”、一個“爭”字，幾乎概括性地講述了黃森忠一直以來的研究生涯，然而他清楚，這其實只是支撐他一路克服困難挫折走到今天的外在支柱，其真正的核心始終是他內(nèi)心想要通過研究為祖國發(fā)展貢獻力量的愿望。2018年，隨著國家對“大健康數(shù)據(jù)”的日益重視，黃森忠決定遵循留學(xué)的初衷，回到心心念念的祖國，回到母校南開大學(xué)，為國家的建設(shè)發(fā)展服務(wù)。

報國·貢獻

時隔多年，等黃森忠再次回到母校時，南開大學(xué)早已煥然一新，整體樣貌非昔日可比。當(dāng)年他剛?cè)肽祥_大學(xué)時，學(xué)校在數(shù)學(xué)領(lǐng)域的研究和教育體系相對還有待完善，即使后來有“微分幾何之父”之稱的陳省身院士加入南開大學(xué)，學(xué)校在數(shù)學(xué)方面的建設(shè)也主要圍繞其設(shè)立的南開數(shù)學(xué)研究所布局。而如今，經(jīng)過多年的發(fā)展建設(shè)，南開大學(xué)在數(shù)學(xué)領(lǐng)域早已形成了具有相當(dāng)規(guī)模的研究與教育體系。原先的數(shù)學(xué)系也已成為數(shù)學(xué)學(xué)院，下分多個不同的系，發(fā)展出統(tǒng)計學(xué)院，并且形成了數(shù)學(xué)與其他學(xué)科交叉的發(fā)展特點，研究范圍十分廣泛。

回到南開大學(xué)的黃森忠繼續(xù)從事數(shù)學(xué)流行病學(xué)領(lǐng)域的研究，用數(shù)學(xué)的方法去研究傳染病的流行規(guī)律，評估非藥物干預(yù)（比如戴口罩防護）和藥物干預(yù)（主要是疫苗）的效率并求解成本最優(yōu)策略。黃森忠在南開大學(xué)各級領(lǐng)導(dǎo)特別是侯自新老校長、曹雪濤校長和王兆軍執(zhí)行院長的鼎力支持下，和其同學(xué)張文中博士成立了南開大學(xué)“智英健康數(shù)據(jù)研究中心”，為國家的衛(wèi)生健康事業(yè)服務(wù)。

自回國確立自己的研究目標(biāo)以后，黃森忠便開始按照自己的規(guī)劃腳踏實地地組建團隊，瞄準(zhǔn)并解決社會衛(wèi)生健康發(fā)展中面臨的種種問題，但彼時的他還不知道，一場席卷中國乃至全球的疫情正蠢蠢欲動。2020年年初，新冠肺炎疫情以武漢為中心迅速在國內(nèi)各大省市暴發(fā)并擴散，被感染者首先多出現(xiàn)發(fā)熱、干咳、乏力甚至腹瀉等狀況，病情嚴(yán)重者多在“中標(biāo)”一周后出現(xiàn)呼吸困難的癥狀，甚至快速進展為急性呼吸窘迫綜合征、膿毒癥休克、難以糾正的代謝性酸中毒和出凝血功能障礙及多器官功能衰竭等?？焖贁U張的感染趨勢及其對人體器官的巨大損傷，使得人人自危，一時間國內(nèi)彌漫著恐慌與不安的氣氛。

在這種緊急情況下，黃森忠和山西大學(xué)的靳禎教授、南京醫(yī)科大學(xué)的彭志行教授以及福州大學(xué)的魏鳳英教授等迅速組織團隊開展了關(guān)于新冠肺炎疫情的研判與趨勢預(yù)測工作，并在后續(xù)相關(guān)疫苗研發(fā)上市之后，進一步針對疫苗的效率進行了評估。要知道，在新冠肺炎疫情肆虐的過程中，中國之所以能夠在較快時間內(nèi)有效地控制住疫情的發(fā)展，使生產(chǎn)生活秩序及時回到正常軌道，成為世界各國開展防控工作的“標(biāo)桿”，除了全國各地人民齊心協(xié)力、無私奉獻之外，還得益于政府及時下達的合理的防控措施。而黃森忠團隊在這一過程中開展的工作就是通過研究，最大限度地精確估計出不同階段、地區(qū)暴發(fā)疫情的規(guī)模，預(yù)測出疫情的拐點將在何時出現(xiàn)、理論的最高單日峰值多大，疫情何時結(jié)束，同時數(shù)值化地評估出實時的疾控效率及哪些疾控策略可行且效率比較高。不僅如此，他們還結(jié)合現(xiàn)有情況，研究在拐點出現(xiàn)之后，疫情處于受控狀態(tài)下時，應(yīng)該如何優(yōu)化疾控成本。在疫情肆虐期間，黃森忠便帶領(lǐng)團隊通過縝密的研究，將這些關(guān)鍵預(yù)測信息形成為15個報告提供給疾控官方，為他們及時做出更加科學(xué)的防控措施提供重要參考依據(jù)，從而為保障百姓的生命健康及社會的安全復(fù)產(chǎn)復(fù)工做出重要貢獻。

談到這些成就的時候，黃森忠再次提到自己當(dāng)年在德國羅斯托克大學(xué)工作時遭到審稿人誤拒的經(jīng)歷，在那次取得的成果中，他成功研發(fā)出了用于疫情研判和趨勢預(yù)測的程序EpiSIX，后來他又在原版程序的基礎(chǔ)上進行了二次完善，到了新冠肺炎疫情出現(xiàn)時，根據(jù)國內(nèi)的情況，他和團隊又提出了疾控響應(yīng)模式，即基于報道的患者總數(shù)提升疾控力度，并在原來的EpiSIX系統(tǒng)里鑲?cè)搿凹部匦省钡姆汉嬎隳Ｊ胶吞岢觥按_診灰度”的概念及算法。當(dāng)初歷經(jīng)5年刻苦鉆研取得的成果，如今終于助他在國家抗擊疫情的緊急時刻發(fā)揮了作用，對此，黃森忠頗為感慨。

“EpiSIX這一傳染病傳播預(yù)測系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建?；A(chǔ)，主要依賴于易感態(tài)（S）—潛伏態(tài)（E）—傳染態(tài)（I）—恢復(fù)態(tài)（R）這個模型，也就是所謂的SEIR模型。”黃森忠介紹道，這一模型為他的團隊在疫情肆虐的整個過程中對疫情發(fā)展等進行更為準(zhǔn)確的預(yù)測提供了重要助力。2020年2月初，新冠肺炎疫情已經(jīng)開始在全國各地“多點開花”，面對來勢洶洶的疫情，正處于春節(jié)假期中的百姓，包括員工、企業(yè)家等無一不在為之后的發(fā)展感到迷茫，不知道疫情何時結(jié)束，自己的工作及生活等什么時候才能回到正軌，就連政府也在不斷研究如何做到更加有效地防疫抗疫。就在一片不確定中，黃森忠?guī)ьI(lǐng)團隊通過SEIR模型，對當(dāng)時的疫情發(fā)展形勢進行了預(yù)測，并于2020年2月7日提呈了研判結(jié)果，他預(yù)測國內(nèi)（首波）疫情將于2020年3月底至4月中旬結(jié)束，最后確診規(guī)模在7.5萬～10.2萬。這一結(jié)果為疾控方在疫情暴發(fā)時制訂相關(guān)防控措施提供了重要依據(jù)。隨著時間的推移，2020年5月31日被定義為國內(nèi)（首波）疫情的“清零”日，是時，確診總數(shù)共有83017例，與黃森忠團隊當(dāng)時的預(yù)測信息基本符合。

團隊合影

疫情的防控工作是一項艱難且持續(xù)的歷程，在這個過程中，國內(nèi)的疫情也陸續(xù)出現(xiàn)了先后在不同省市“暴雷”的現(xiàn)象，其中，北京新發(fā)地的疫情在當(dāng)時便牽動著很多人的心。2020年6月初，疫情突襲了北京新發(fā)地農(nóng)產(chǎn)品市場這一片區(qū)域，作為國家中心城市，北京容納著巨大的外來人口，因此，疫情一暴發(fā)，便吸引了全國人民的關(guān)注。

疫情暴發(fā)后，北京市政府也緊急召開會議，商討下一步的疫情防控策略，就在這時，黃森忠團隊關(guān)于新發(fā)地疫情的預(yù)測報告被提交到了北京市政府，推動了接下來的疫情防控措施的制定。原來，在新發(fā)地疫情出現(xiàn)之后，他們團隊便立刻采取了行動，在2020年6月13日，北京新發(fā)地出現(xiàn)疫情3天內(nèi)，根據(jù)研判給出了相關(guān)預(yù)測：此次新發(fā)地的疫情規(guī)模在450～1350例。隨后在6月21日，黃森忠團隊又給出了新發(fā)地疫情將于7月10日之前結(jié)束的判斷。果然，到了7月6日，新發(fā)地疫情已然“清零”，最后總規(guī)模是402例，接近他們預(yù)測出的數(shù)量范圍。而他及團隊在6月13日即北京新發(fā)地出現(xiàn)疫情3天內(nèi)就給出較精準(zhǔn)預(yù)測，這在國內(nèi)是最早的。

隨后在11月初，天津濱海出現(xiàn)的疫情中，黃森忠也帶領(lǐng)團隊在兩天內(nèi)給出了及時的判斷：疫情將在2020年12月6日之前結(jié)束，規(guī)模在4～22（中位數(shù)11）例。后來，這波疫情確實于2020年12月5日被“清零”，并且病例數(shù)為12，再次驗證了黃森忠的預(yù)測成果。但黃森忠在疫情期間開展的工作遠不止如此，包括在河北、黑龍江、吉林等地暴發(fā)的疫情中，他皆及時做出了較為精準(zhǔn)的預(yù)測，為當(dāng)?shù)匾咔榈囊种谱龀隽素暙I。除此之外，在疫情期間的復(fù)產(chǎn)復(fù)工、防控成本優(yōu)化等方面，他也同樣為有關(guān)部門提供了有效的預(yù)測結(jié)果，進一步保障了百姓的生命財產(chǎn)安全。

回顧自己回國3年來，尤其是疫情暴發(fā)以來或四處奔波搜集信息，或埋首研究復(fù)雜的數(shù)據(jù)及資料的經(jīng)歷，黃森忠感慨道，自己總算沒有辜負當(dāng)初決心回國時立志為國家建設(shè)發(fā)展服務(wù)的初衷，“只要我做的對國家有貢獻，我就滿足了”。

進步·未來

如今，國內(nèi)的疫情已經(jīng)得到了有效的控制，全國各領(lǐng)域基本已經(jīng)進入了正常的運行狀態(tài)，然而，全球的疫情規(guī)模仍在持續(xù)擴大的趨勢中，因此，黃森忠關(guān)于疫情預(yù)測的研究工作并沒有結(jié)束，而是將研究目光擴展到了全球范圍內(nèi)。

其實，早在2020年9—10月，在為中國工程院醫(yī)藥衛(wèi)生學(xué)部咨詢課題“新型冠狀病毒的野生動物源和新發(fā)傳染病防控策略”做關(guān)于世界疫情發(fā)展的預(yù)測時，黃森忠便曾給出過相關(guān)預(yù)測結(jié)果：至2021年3月1日，確診規(guī)模將在1.11億～2.63億。隨后他又在2020年12月30日更新了這一結(jié)果：確診規(guī)模將在1.1億～1.7億，病死數(shù)可達242萬～510萬。在實際發(fā)展中，截至2021年2月25日，全球確診總規(guī)模為1.13億，病死數(shù)為250.9萬，而黃森忠提前4個多月的“世界將在2021年3月1日確診規(guī)模達到1億”的精準(zhǔn)預(yù)測，在國際上都是較早的。

不僅如此，在最近關(guān)于全球疫情發(fā)展趨勢的預(yù)測中，黃森忠結(jié)合世界各國疫苗分配不均及人文習(xí)慣的差異等問題，推測很大可能該全球確診規(guī)模到2021年年底將達到1.8億至2.3億。而到2022年春天，全球的疫情應(yīng)該趨緩并進入低流行狀態(tài)。

無論是對國內(nèi)還是對全球的疫情規(guī)模進行預(yù)測，其最終目的還是為了對國家的疫情防控政策提供參考建議。因此，除預(yù)測全球整體的疫情發(fā)展態(tài)勢外，黃森忠還十分重視對國外具體國家的疫情規(guī)模的關(guān)注，通過對該國家疫情控制情況、政府防控措施、疫苗普及情況等因素的分析，為全球疫情環(huán)境下，我國對這些國家的開放程度及開放措施提供科學(xué)的參考建議，從而降低我國對外的防控成本，實現(xiàn)更加安全且理想的對外交流。另外，他還正在帶領(lǐng)團隊成員進行“疫情預(yù)警預(yù)測平臺建設(shè)”的研究工作，并計劃在不久的將來使之成為公器，更好地應(yīng)對未來暴發(fā)的疫情。

在黃森忠看來，以家國之務(wù)為己任，是作為一名科研工作者應(yīng)有的使命與責(zé)任。因此，在新冠肺炎疫情尚未完全結(jié)束之時，他將繼續(xù)致力于關(guān)于疫情的研判與預(yù)測工作，而等到疫情完全消散，真正守得云開見月明之日，他則會將數(shù)學(xué)推廣并應(yīng)用于研究社會學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、信息學(xué)等其他的學(xué)科上的各種類傳染病傳播現(xiàn)象，如謠言和“熱新聞”的傳播，研究例如雷曼倒臺時的“墻倒眾人推”現(xiàn)象背后的“信息傳播”的傳染機制，為社會在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展貢獻自己的力量。于他而言，時間是永遠在向前推進的，無論是國家還是個人，要想持續(xù)往前進步，就必須在奮斗的狀態(tài)下去實現(xiàn)一個又一個的目標(biāo)。因此他說，無論是教育學(xué)生，還是鞭策自己，他都會時刻強調(diào)奮斗與為國服務(wù)的精神，過往如是，今后也將如此。