以预测之名 行报国之实——记南开大学统计与数据科学学院教授黄森忠

祝传海

黄森忠

如果将世界比作人体的话，那么数学则是人类用来严格描述人体大小、形状甚至骨骼连接位置等的具体手段。但数学的作用远不止于此，作为认识世界的基本工具，人们早已在数学的基础上，将其与生物、物理、化学及社科经济等学科结合，并将其应用于现实世界中人类遇到的任一问题。而在由人类构成的群体社会中，通过将数学统计学与流行病学结合，则可以有效地预测出某种疾病的发展趋势。从一定程度来说，它更像一张经过精密计算而织成的网，顺着掌握的信息及“网线”的逻辑，可以更加清晰地估算出某种流行病在社会中的现状及未来的发展情况。

南开大学统计与数据科学学院教授黄森忠就是掌握这张“网”的人，多年来，他凭借自己在数学专业的成就，将目光聚焦于流行病学方向，在数学流行病学领域取得了众多重要成就。尤其是自从新冠肺炎疫情肆虐开始，他将研究重点放在对新冠肺炎疫情的研判与预测中，多次在疫情暴发的关键时刻，有效地预测了疫情的规模及发展趋势，为有关部门制定相关的防疫政策提供了重要参考依据，同时也为保障疫情下大众的生命与财产安全做出了重要贡献。

如今，回顾自己一路走来克服众多困难取得诸多成就的经历，黄森忠抑扬顿挫地说道：“无论是面对疫情还是其他困难，我们都要努力奋斗，力争赢面。”这是他的研究风格，也是他从小到大的人生信念。

奋斗·争取

多年以后，当有人在黄森忠面前聊起他身上所流露出的奋斗精神时，黄森忠依旧会忍不住想起在成长过程中对他影响最深的两个人——他的父亲，以及邓小平。

黄森忠从小在寒门家庭长大，在他的记忆里，父母几乎每天都在忙于农活与家庭生计。按常理来说，在这样的情况下，父母难免在对孩子的心理教育及指导方面有所疏忽，但面对这个问题，黄森忠却笑着摇了摇头。他毫不掩饰地表达自己对父亲的感恩之情，他说，他至今仍然清晰地记得，在自己小时候的某一天里，父亲郑重地教导自己的话，“父亲教导我的那句话只有两个字：奋斗”。黄森忠说，父亲当时严肃的表情让他至今印象深刻，也就是从那以后，这句话如同一颗种子般，渐渐在他心中发芽生长，成为他性格里不可分割的一部分。

随着年龄的增长，黄森忠渐渐懂得了更多，除了父亲外，另一位对他人生有着深刻影响的重要人物也开始走入他的认知。这位重要人物同样出身农村，早年曾赴欧洲勤工俭学，后来回国参加了中国的土地革命、抗日战争和解放战争，为新民主主义革命的胜利和新中国的诞生建立了赫赫功勋，同时还倡导了改革开放，使中国进入了日新月异的发展浪潮中，他便是中国发展的时代人物——邓小平。他的一生都在奋斗，而这种奋斗的精神也感染了当时那个时代下的无数想要为国家发展建设贡献力量的年轻人，黄森忠便是其中之一。

在父亲的教诲和邓小平精神的影响下，黄森忠在心里树立了奋斗的意识，明白自己只有通过不断地努力争取，才能实现自己的目标，以及为国家的建设发展贡献自己的力量。在这种奋斗意识的加持下，1979年，黄森忠考入了当时数学专业在全国名列前茅的南开大学，成为该校数学专业的一名大学生。

作为我国知名高等学府，南开大学拥有悠久的办学历史及深厚的研究底蕴，因此在本科及硕士的学习期间，黄森忠几乎天天埋头在学校图书馆里一本本与数学相关的书籍中，起早贪黑，力图更大限度地扩展自己对数学的了解边界，从而实现自己以数报国的想法。然而，彼时我国教育事业刚刚恢复，大多学校从研究体系到教学资源，均需要一定时间来完善，为了掌握更多的知识，在数学领域站上更高的台阶，1991年，已经硕士毕业并在南开大学任职多年的黄森忠决定前往德国图宾根大学攻读博士学位。

从国内漂洋过海远渡到国外，黄森忠凭借着那股不服输的劲头在最快的时间内适应了异国的语言交流、文化风俗。同时，得益于德国博士导师“放羊式”的教学风格，黄森忠拥有了足够自由的学习和研究空间，可以在自己喜欢的数学方向深入地钻研，并吸收周围环境中一切有用的资源，不断提升自己。等到了博士毕业时，他已经在数学领域扎下了深厚的根基，并积淀了丰富的理论经验。他还在德国罗斯托克大学从事教学和科研工作期间，进一步深化了自己的学术研究。

本以为在国外的研究之路会一直这么顺利走下去，直到自己学术大成回国为祖国发展贡献自己的力量。然而一件事情的发生，却让黄森忠深受触动，甚至因此将自己的数学研究方向调整为对数学流行病学的研究。彼时正值2003年，正是SARS疫情在国内肆虐，并且全球人人对其谈之色变的时候。在这种环境下，黄森忠行走在德国的街头，总是会遇到这样一种现象：当一副亚洲面孔走在德国的街上时，会碰到一些人故意在他面前假装咳嗽，暗示其可能是SARS传染者。

南开大学智英健康数据研究中心揭牌

这种无声的暗示与交流往往让人感到心塞却又不知道该如何去向外界讲理。回到学校后，黄森忠经过一番深思熟虑，最终决定调整自己的研究方向，用数学的方法去研究传染病的流行规律，用研究行动来弄清楚疫情的实际传染规模，而不是让人缺少根据地妄加揣测。不仅如此，他还在德国罗斯托克大学开设“数学流行病学”这门课程，填补了学校在该专业上的教学空白。

黄森忠身上总保持着一种凡事有理就要据理力争的劲头，“如果遇到不公平的事情，一定要去争，把事情给搞清楚，把真实的情况公布出来”。调整研究方向为数学流行病学的部分原因是如此，后来在相关研究论文发表时和审稿人据理力争更是如此。当时，黄森忠经过5年的刻苦钻研，终于在数学流行病学领域取得了创新性成果，然而就在他准备将成果分享在相关权威杂志上时，却遭到了审稿人的拒稿。原来，那位审稿人以为他当时采用的是传统的建模思路，所以认为思路不新、结果有错。对此，黄森忠给杂志的主编去信，告诉对方那是自己用5年的时间打造的产品，拒稿的那位审稿人没仔细读懂，所以请他再约别的审稿人重审一下。对方对黄森忠的“抗议”非常重视，换人再审后果然顺利通过了。如今黄森忠团队用于新冠肺炎疫情研判和趋势预测的程序EpiSIX，就是在他当年发表的那篇文章的基础上构建的。后来，黄森忠经常拿自己的这段投稿经历与大家分享，“经验就是一个字——‘争’。在学术上，就要一争到底”。

一个“奋斗”、一个“争”字，几乎概括性地讲述了黄森忠一直以来的研究生涯，然而他清楚，这其实只是支撑他一路克服困难挫折走到今天的外在支柱，其真正的核心始终是他内心想要通过研究为祖国发展贡献力量的愿望。2018年，随着国家对“大健康数据”的日益重视，黄森忠决定遵循留学的初衷，回到心心念念的祖国，回到母校南开大学，为国家的建设发展服务。

报国·贡献

时隔多年，等黄森忠再次回到母校时，南开大学早已焕然一新，整体样貌非昔日可比。当年他刚入南开大学时，学校在数学领域的研究和教育体系相对还有待完善，即使后来有“微分几何之父”之称的陈省身院士加入南开大学，学校在数学方面的建设也主要围绕其设立的南开数学研究所布局。而如今，经过多年的发展建设，南开大学在数学领域早已形成了具有相当规模的研究与教育体系。原先的数学系也已成为数学学院，下分多个不同的系，发展出统计学院，并且形成了数学与其他学科交叉的发展特点，研究范围十分广泛。

回到南开大学的黄森忠继续从事数学流行病学领域的研究，用数学的方法去研究传染病的流行规律，评估非药物干预（比如戴口罩防护）和药物干预（主要是疫苗）的效率并求解成本最优策略。黄森忠在南开大学各级领导特别是侯自新老校长、曹雪涛校长和王兆军执行院长的鼎力支持下，和其同学张文中博士成立了南开大学“智英健康数据研究中心”，为国家的卫生健康事业服务。

自回国确立自己的研究目标以后，黄森忠便开始按照自己的规划脚踏实地地组建团队，瞄准并解决社会卫生健康发展中面临的种种问题，但彼时的他还不知道，一场席卷中国乃至全球的疫情正蠢蠢欲动。2020年年初，新冠肺炎疫情以武汉为中心迅速在国内各大省市暴发并扩散，被感染者首先多出现发热、干咳、乏力甚至腹泻等状况，病情严重者多在“中标”一周后出现呼吸困难的症状，甚至快速进展为急性呼吸窘迫综合征、脓毒症休克、难以纠正的代谢性酸中毒和出凝血功能障碍及多器官功能衰竭等。快速扩张的感染趋势及其对人体器官的巨大损伤，使得人人自危，一时间国内弥漫着恐慌与不安的气氛。

在这种紧急情况下，黄森忠和山西大学的靳祯教授、南京医科大学的彭志行教授以及福州大学的魏凤英教授等迅速组织团队开展了关于新冠肺炎疫情的研判与趋势预测工作，并在后续相关疫苗研发上市之后，进一步针对疫苗的效率进行了评估。要知道，在新冠肺炎疫情肆虐的过程中，中国之所以能够在较快时间内有效地控制住疫情的发展，使生产生活秩序及时回到正常轨道，成为世界各国开展防控工作的“标杆”，除了全国各地人民齐心协力、无私奉献之外，还得益于政府及时下达的合理的防控措施。而黄森忠团队在这一过程中开展的工作就是通过研究，最大限度地精确估计出不同阶段、地区暴发疫情的规模，预测出疫情的拐点将在何时出现、理论的最高单日峰值多大，疫情何时结束，同时数值化地评估出实时的疾控效率及哪些疾控策略可行且效率比较高。不仅如此，他们还结合现有情况，研究在拐点出现之后，疫情处于受控状态下时，应该如何优化疾控成本。在疫情肆虐期间，黄森忠便带领团队通过缜密的研究，将这些关键预测信息形成为15个报告提供给疾控官方，为他们及时做出更加科学的防控措施提供重要参考依据，从而为保障百姓的生命健康及社会的安全复产复工做出重要贡献。

谈到这些成就的时候，黄森忠再次提到自己当年在德国罗斯托克大学工作时遭到审稿人误拒的经历，在那次取得的成果中，他成功研发出了用于疫情研判和趋势预测的程序EpiSIX，后来他又在原版程序的基础上进行了二次完善，到了新冠肺炎疫情出现时，根据国内的情况，他和团队又提出了疾控响应模式，即基于报道的患者总数提升疾控力度，并在原来的EpiSIX系统里镶入“疾控效率”的泛函计算模式和提出“确诊灰度”的概念及算法。当初历经5年刻苦钻研取得的成果，如今终于助他在国家抗击疫情的紧急时刻发挥了作用，对此，黄森忠颇为感慨。

“EpiSIX这一传染病传播预测系统的数学建模基础，主要依赖于易感态（S）—潜伏态（E）—传染态（I）—恢复态（R）这个模型，也就是所谓的SEIR模型。”黄森忠介绍道，这一模型为他的团队在疫情肆虐的整个过程中对疫情发展等进行更为准确的预测提供了重要助力。2020年2月初，新冠肺炎疫情已经开始在全国各地“多点开花”，面对来势汹汹的疫情，正处于春节假期中的百姓，包括员工、企业家等无一不在为之后的发展感到迷茫，不知道疫情何时结束，自己的工作及生活等什么时候才能回到正轨，就连政府也在不断研究如何做到更加有效地防疫抗疫。就在一片不确定中，黄森忠带领团队通过SEIR模型，对当时的疫情发展形势进行了预测，并于2020年2月7日提呈了研判结果，他预测国内（首波）疫情将于2020年3月底至4月中旬结束，最后确诊规模在7.5万～10.2万。这一结果为疾控方在疫情暴发时制订相关防控措施提供了重要依据。随着时间的推移，2020年5月31日被定义为国内（首波）疫情的“清零”日，是时，确诊总数共有83017例，与黄森忠团队当时的预测信息基本符合。

团队合影

疫情的防控工作是一项艰难且持续的历程，在这个过程中，国内的疫情也陆续出现了先后在不同省市“暴雷”的现象，其中，北京新发地的疫情在当时便牵动着很多人的心。2020年6月初，疫情突袭了北京新发地农产品市场这一片区域，作为国家中心城市，北京容纳着巨大的外来人口，因此，疫情一暴发，便吸引了全国人民的关注。

疫情暴发后，北京市政府也紧急召开会议，商讨下一步的疫情防控策略，就在这时，黄森忠团队关于新发地疫情的预测报告被提交到了北京市政府，推动了接下来的疫情防控措施的制定。原来，在新发地疫情出现之后，他们团队便立刻采取了行动，在2020年6月13日，北京新发地出现疫情3天内，根据研判给出了相关预测：此次新发地的疫情规模在450～1350例。随后在6月21日，黄森忠团队又给出了新发地疫情将于7月10日之前结束的判断。果然，到了7月6日，新发地疫情已然“清零”，最后总规模是402例，接近他们预测出的数量范围。而他及团队在6月13日即北京新发地出现疫情3天内就给出较精准预测，这在国内是最早的。

随后在11月初，天津滨海出现的疫情中，黄森忠也带领团队在两天内给出了及时的判断：疫情将在2020年12月6日之前结束，规模在4～22（中位数11）例。后来，这波疫情确实于2020年12月5日被“清零”，并且病例数为12，再次验证了黄森忠的预测成果。但黄森忠在疫情期间开展的工作远不止如此，包括在河北、黑龙江、吉林等地暴发的疫情中，他皆及时做出了较为精准的预测，为当地疫情的抑制做出了贡献。除此之外，在疫情期间的复产复工、防控成本优化等方面，他也同样为有关部门提供了有效的预测结果，进一步保障了百姓的生命财产安全。

回顾自己回国3年来，尤其是疫情暴发以来或四处奔波搜集信息，或埋首研究复杂的数据及资料的经历，黄森忠感慨道，自己总算没有辜负当初决心回国时立志为国家建设发展服务的初衷，“只要我做的对国家有贡献，我就满足了”。

进步·未来

如今，国内的疫情已经得到了有效的控制，全国各领域基本已经进入了正常的运行状态，然而，全球的疫情规模仍在持续扩大的趋势中，因此，黄森忠关于疫情预测的研究工作并没有结束，而是将研究目光扩展到了全球范围内。

其实，早在2020年9—10月，在为中国工程院医药卫生学部咨询课题“新型冠状病毒的野生动物源和新发传染病防控策略”做关于世界疫情发展的预测时，黄森忠便曾给出过相关预测结果：至2021年3月1日，确诊规模将在1.11亿～2.63亿。随后他又在2020年12月30日更新了这一结果：确诊规模将在1.1亿～1.7亿，病死数可达242万～510万。在实际发展中，截至2021年2月25日，全球确诊总规模为1.13亿，病死数为250.9万，而黄森忠提前4个多月的“世界将在2021年3月1日确诊规模达到1亿”的精准预测，在国际上都是较早的。

不仅如此，在最近关于全球疫情发展趋势的预测中，黄森忠结合世界各国疫苗分配不均及人文习惯的差异等问题，推测很大可能该全球确诊规模到2021年年底将达到1.8亿至2.3亿。而到2022年春天，全球的疫情应该趋缓并进入低流行状态。

无论是对国内还是对全球的疫情规模进行预测，其最终目的还是为了对国家的疫情防控政策提供参考建议。因此，除预测全球整体的疫情发展态势外，黄森忠还十分重视对国外具体国家的疫情规模的关注，通过对该国家疫情控制情况、政府防控措施、疫苗普及情况等因素的分析，为全球疫情环境下，我国对这些国家的开放程度及开放措施提供科学的参考建议，从而降低我国对外的防控成本，实现更加安全且理想的对外交流。另外，他还正在带领团队成员进行“疫情预警预测平台建设”的研究工作，并计划在不久的将来使之成为公器，更好地应对未来暴发的疫情。

在黄森忠看来，以家国之务为己任，是作为一名科研工作者应有的使命与责任。因此，在新冠肺炎疫情尚未完全结束之时，他将继续致力于关于疫情的研判与预测工作，而等到疫情完全消散，真正守得云开见月明之日，他则会将数学推广并应用于研究社会学、经济学、信息学等其他的学科上的各种类传染病传播现象，如谣言和“热新闻”的传播，研究例如雷曼倒台时的“墙倒众人推”现象背后的“信息传播”的传染机制，为社会在相关领域的发展贡献自己的力量。于他而言，时间是永远在向前推进的，无论是国家还是个人，要想持续往前进步，就必须在奋斗的状态下去实现一个又一个的目标。因此他说，无论是教育学生，还是鞭策自己，他都会时刻强调奋斗与为国服务的精神，过往如是，今后也将如此。