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清华00后博士生,一个念头打破数学界80年僵局

2026-07-06 08:073036kr

2026年5月,数学四大顶刊Inventiones Mathematicae刊发了一篇来自中国团队的论文。

作者是:清华/中科大双聘教授马杰,清华博士生申武杰,中科大博士生谢晟捷。

论文地址:https://link.springer.com/article/10.1007/s00222-026-01421-9

Erdős 1947年发明的概率方法,奠定了整个概率组合学。

此后近80年,没有任何人能从根本上突破它的极限。

而这篇论文,首次给出了指数级改进。

一枚硬币扔了80年

Erdős的方法非常简单:给完全图的每条边掷硬币,正面红,反面蓝。

举个例子,任何足够大的社交网络里,都必然存在一群人全互相认识或全互不认识。而Erdős用这枚硬币证明了,「足够大」至少是指数级的。

有意思的是,上界这些年一直有人在推进,2023年更是从≈4一口气压到了3.7992。但下界的底数,自Erdős提出之后近80年都纹丝未动。

直到马杰团队提出了那个关于球面的想法。

但硬币太笨了

硬币着色的特点是每条边红蓝各半、完全独立。

简洁,好分析,但它没有利用任何几何结构来压制单色团的形成,浪费了信息。

申武杰的想法是给随机性加入几何。

他提出了「随机球图」模型,也就是把n个节点随机撒在高维球面上,两点距离远的边涂红,近的涂蓝。

高维球面有一个极反直觉的特性——

维度一高,几乎所有点都挤在赤道附近。随机选两条径向线,夹角几乎一定接近90度。

点对距离集中在一个很窄的区间里,着色不再完全随机,而是被球面的几何对称性精确调控。球面结构天然压制大片单色团的形成。

但这里有一个取舍。球面模型压低了红色团的概率。

也就是说,要形成大的红色团,需要很多节点彼此都很远,球面空间有限,这很难发生。但同样的道理,蓝色团的概率反而上升了。

随后,三人在小规模图上做了验证。

数以万计的着色方案里,无团着色的概率依然大于零——收益确实盖过了代价。

接下来就是证明这一点,而关键恰恰来自高维球面那些极反直觉的几何性质。

以近对角线Ramsey数r(k, 2k)为例,两个参数一个是另一个两倍的情形,Erdős硬币给出的下界底数恰好是黄金比例(1+√5)/2≈1.618。

马杰、申武杰、谢晟捷把这个底数提高到了(1+√5)/2 + 10⁻²¹。

你没看错。改进量大约是10⁻²¹——小数点后面20个零,然后一个1。

但重点在指数。

Ramsey数按指数增长,底数哪怕只加0.000000000000000000001,当k趋向无穷,新下界会把旧下界甩到宇宙尽头。

近80年来没有任何人动过这个底数。

而他们不只是把数字往上推了一点,他们还证明了Erdős的硬币并非最优着色方案。

随机球图在结构上严格优于纯随机着色,这意味着概率方法的天花板远没有到。

这是该方向自Erdős以来的首次指数级改进,也是第一次有人给出一条超越硬币的路径。

不过这条路径有一个明确的边界:它只在蓝色团大于红色团时有效。

当两种颜色的禁忌团一样大,也就是Erdős最初关注的对角线情形,新方法的收益会消失。

整个圈子炸了

论文2025年7月挂上arXiv,不到一周,组合数学泰斗Gil Kalai在博客发了一篇标题以Amazing开头的长文,称这套模型「具有相当的独立研究价值」。

剑桥大学的Julian Sahasrabudhe更是感慨道:「一个熟悉的东西竟然能解决一个熟悉的问题,多少有点令人震惊。」在他看来,这项技术一直藏在眼皮底下。

2025年12月,马杰在UCLA时的合作导师Benny Sudakov带着学生证明了,换成高斯随机图同样有效,球面都不需要。这步简化意味着更多人能参与推广。

2026年初,又有人推广到了多色Ramsey数。

2026年5月,文章正式发表于Inventiones Mathematicae。

清华00后的直觉

马杰,现任清华大学丘成桐数学科学中心教授、中国科学技术大学教授。

他2007年从中科大本科毕业,2011年在Georgia Tech拿到博士学位,导师是Xingxing Yu。此后在UCLA做Hedrick助理教授,师从Benny Sudakov,随后转到CMU做博后。2015年回国扎根中科大,2024年同时加入清华YMSC和BIMSA。

他在2017年拿到国家优青,2022年拿到国家杰青,是SIDMA编委。2020年他拿下了ICA的Hall Medal——这个奖每年最多颁两枚,专门给40岁以下的杰出组合数学家。

谢晟捷,高中拿过数学联赛广东一等奖,高二就通过少创班提前进了中科大。

本科期间拿过丘赛团体铜牌,2023年留校直博,师从马杰。成果发表时在读博三。

申武杰,00后,目前在清华丘成桐数学科学中心读博,导师是丘成桐。成果发表时博四。

他高中拿过CMO三等奖,2018年考入北大数院,本科期间拿了全国大学生数学竞赛一等奖、阿里数赛银奖和ICCM创意本科论文奖。2022年他直博进入清华。

读博的前几个学期,申武杰主要做的是几何与拓扑,和Ramsey理论没有任何交集。

2024年春天,他偶然读到一篇关于Ramsey数的论文,被深深吸引,开始琢磨一个问题:有没有一种随机模型,能比Erdős的硬币更高效地生成无团着色?

2024年秋天,马杰到清华访问授课,申武杰把这个想法带给了他,马杰的学生谢晟捷也加入进来。三个人花了一年时间,写了40页密集的计算,才完成了证明。

马杰后来说:「我们很幸运,感觉所有努力都得到了回报。但这一路确实艰难了很长时间。」

AI解题 vs 人造武器

就在这篇文章发表的同月,DeepMind放出了AlphaProof Nexus的完整战报。

353个Erdős开放问题里啃下9个。44个OEIS猜想一并证明。全部Lean形式化验证通过。其中两道题已经悬了56年。每道题不过几百美元。

Gemini 3.1 Pro驱动agentic loop,反复搜索证明路径直到形式验证器点头。

但归根结底是在已知框架里做搜索。

对此,陶哲轩曾表示:AI是称职的助手,但不是同行。它善于在已知方法里扫描匹配,但不擅长提出原创想法。

而马杰团队做的恰恰是后者。他们没有去解Erdős的某一道题,他们升级了Erdős发明的方法本身。

AI从Erdős的遗产里拆了9堵墙。三个中国人重铸了他最引以为傲的那把锤子。

在最需要创造性洞察的数学前沿,人类目前仍然不可替代。至少今天是这样。

尾声

1947年,Erdős掏出一枚硬币,开辟了概率组合学。

将近80年后,一个00后中国博士生说了一句:「把节点扔到球面上试试。」

参考资料:

https://www.quantamagazine.org/after-80-years-mathematicians-give-famed-erdos-method-an-upgrade-20260626/

本文来自微信公众号“新智元”,作者:ASI启示录,编辑:摩西,36氪经授权发布。

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