每次提到数学这个词，大家能够想到的就是初等代数，平面几何，组合运算，微积分，线性代数，概率论等方向。但在整个**数学领域（Earth of Math）**上，还有很多更有意思的领域和研究方向，包括数论，几何，拓扑，分形几何，分析，概率统计，博弈论，代数等诸多方向，每一个方向都有很多优秀的数学家在从事相关研究。

当年在数学系的时候，所研究的方向是**分形几何**（Fractal Geometry）和**复动力系统**（Complex Dynamics），位于 Earth of Math 的左侧，称之为分形湖泊（Fractal Lakes）。所谓分形，其实是一个粗糙或者零碎的集合形状，可以分成多个部分，且每个部分放大之后与整体有某种相似性，即具有自相似性的性质。而动力系统则是基于某种固定的规则，描述一个空间内的所有点随时间的变化情况，例如钟摆的晃动，水的流动，湖泊里面鱼类的数量。备注：动力系统并不是指汽车的动力系统和发动机引擎，这两者毫无关系。

而复动力系统则是动力系统中的一个分支，研究的是有理函数的迭代性质。所谓函数的迭代，指的是针对有理函数 ，考察其定义域的点 的 次复合，得到 ，进一步可以研究 的极限。

针对不同的定义域，函数的迭代有着完全不同的研究方法。当时的研究方向是复动力系统（Complex Dynamical Systems）。**复动力系统**理论的研究始于 1920 年，当时是由数学家 Fatou 和 Julia 研究的，因此复动力系统中的两个重要的集合就是以 Fatou 和 Julia 来命名的，分别称之为 **Fatou set** 和** Julia Set**。随着计算机技术的演进，在上世纪八十年代这些集合可以通过计算机进行可视化，分形几何和复动力系统理论开始蓬勃发展起来。在与双曲几何、分形几何、现代分析学和混沌学等学科发展相互促进的同时，围绕双曲猜想以及 **Mandelbrot 集合**的研究工作，成为当今复动力系统的研究热点。

举个例子，函数 （）的 Julia 集合的动图如下：

当然，科研的时候可不是做一点可视化就算完成任务了，还是需要按部就班的学习各种数学知识和技能。

之前在学校研究动力系统的时候，收集过一些**书籍**，在此列举给大家，希望对初学者有一定的帮助。**One Dimensional Real and Complex Dynamics**（**实与复动力系统**）需要学习的资料如下：

**基础书籍：**

**复分析基础：**本科生课程。学习数学知识自然需要循序渐进，除了必要的数学分析，高等代数之外，分析学则是动力系统所必备的知识之一。既然是复动力系统，那肯定就要集中于研究复分析，因此本科的复分析则是复动力系统的必修课之一。

(1) Complex Analysis, 3rd Edition, Lars V. Ahlfors

(2) Complex Analysis, Elias M. Stein

**进阶复分析：**研究生课程

到了研究生阶段，其实也不足以直接上手搞科研，需要进一步地学习黎曼曲面，拟共形映射等专业书籍，才能够为复动力系统的学习打下基础。

(1) Lectures on Riemann Surfaces (GTM 81), Otto Forster

(2) Lectures on Quasiconformal Mappings, Lars V. Ahlfors

**实分析基础：**本科生课程

研究动力系统，实分析也是其基础知识之一，无论是通过学习 Stein 还是 Rudin 的教材，都是为了进一步地了解基础知识。

(1) Real Analysis and Complex Analysis, Rudin

(2) Real Analysis, Elias M. Stein

**专业书籍：**

**实动力系统：**

(1) One Dimensional Dynamics, Welington de Melo & Sebastian VanStrien

这本书难度较大，上手的时候不建议直接看这本书。

(2) Mathematical Tools for One-Dimensional Dynamics (Cambridge Studies in

Advanced Mathematics), Edson de Faria / Welington de Melo

**复动力系统：**

(3) Dynamics in One Complex Variable, John Milnor；Milnor 的教材总是写的清晰明确，容易上手，推荐初学者可以读这本书。

(4) Complex Dynamics, Lennart Carleson；Carleson 的教材偏向于分析学，读起来其实也有点难度，还是读 Milnor 的教材相对容易。

(5) Complex Dynamics and Renormalization, Curtis T. McMullen；McMullen 的书适合当做查阅，也不太适合从头到尾读下去。

(6) Renormalization and 3-Manifolds Which Fiber over the Circle, Curtis T. McMullen

(7) Iteration of rational functions (GTM 132), Alan F. Beardon

**遍历论：**

(8) An Introduction to Ergodic Theory (GTM 79), Walters Peter

**学术会议**

除了日常的科研之外，博士生时不时地可以去参加一下学术会议，不仅可以去参加本方向的学术会议，也可以去参加其它方向的学术会议，只要有一份邀请函即可。

如果是在 NUS 的 **IMS**（Institute for Mathematical Sciences）举办的学术会议，一般来说只要是在校的研究生都是可以参加的。记得当时参加的第一个学术会议是关于 PDE 的，标题叫做 **Hyperbolic Conservation Laws and Kinetic Equations：Theory, Computation, and Applications**（1 November – 19 December 2010）。笔者去听这个系列讲座是因为在 2010 年选择了一门 PDE 的研究生课程，而这个讲座则是作为课程的一部分。

笔者参与的另外一个学术会议则是关于动力系统的，标题叫做 **Workshop on Non-uniformly Hyperbolic and Neural One-dimensional Dynamics**（23 – 27 April 2012），主要是关于非一致双曲动力系统方向的研讨会。笔者记得当时所修的课程应该只有概率论（Probability II）一门课，因此上课的任务不算很重。参会的时间恰好是学期快结束的时候，科研的任务也不算特别繁重。因此，积极参与各种学术会议也算是科研的其中一部分，一来通过参会可以了解当前的学术研究情况，二来可以认识学术界的各种人士，也算是扩大学术交流圈子的好机会。

既然是学术会议，那自然就有各种各样的 Presentations，学术会议的第一天通常是需要有 IMS 的领导来致辞的，表示学术会议正式开始。每天的学术会议都需要有个 chair 来组织，一天的学术会议基本上是从早到晚，大约从早上 9:30 开始，到下午 4:40 结束。而每个学者汇报时间大约是 50 mins 左右。

这次的学术会议是关于动力系统方向的，那师兄们自然是需要上台做报告的。当时上场的师兄包括大师兄和二师兄，至于三师兄和我则暂时没有成果可以汇报。两位师兄在 IMS 的报告厅里面做了十分精彩的成果展示，会议之后也有不少同行来与师兄们讨论问题。

一般来说，每次研讨会的开始和结束都需要有一个仪式，除了 IMS 的领导致辞表示会议开始之外，在茶歇时间（Coffee Break）期间是可以四处走动的，并且在第一次茶歇的时候，全体参会人员都会在 IMS 附近拍照留念，预祝本次研讨会成功举办。

**论文**

读到博士自然需要研究一下相应的课题，例如下面这种就是数学系博士生所研究的课题。

**Question. **是否存在 的偶数和复数 使得 的 Julia 集合 是正测度？

针对这个课题，数学系的博士生需要翻阅历史上的相关书籍和论文，阅读其相关论文才能够得到前沿技术和进展。当年花时间阅读的论文主要是几篇 Annals 上面的文章，参考资料也是这几篇文章，不过每一篇文章至少都是 **40** 页左右，基本上看一篇文章需要花几个月的时间。

1. Combinatorics, geometry and attractors of quasi-quadratic maps，Pages 345-404 from Volume 140 (1994), Issue 2 *by Mikhail Lyubich*

2. Wild Cantor attractors exist，Pages 97-130 from Volume 143 (1996), Issue 1 *by Hendrik Bruin, Gerhard Keller, Tomasz Nowicki, Sebastian van Strien*

*3.* Quadratic Julia sets with positive area，Pages 673-746 from Volume 176 (2012), Issue 2 by Xavier Buff, Arnaud Chéritat

4. Polynomial maps with a Julia set of positive measure，Nowicki, Tomasz, and Sebastian van Strien，*arXiv preprint math/9402215*(1994).

备注：第 4 篇文章 Polynomial maps with a Julia set of positive measure 里面有错误，通过其证明是无法得到最终结论的，因此是否存在正测度的 Julia 集合一直是未知的。直到 2012 年的第 3 篇文章出来，才算证明了二次多项式存在正测度的 Julia 集合。但是对于高次多项式，是否存在正测度的 Julia 集合则是完全未知的。

在拿到论文和课题之后，那就开始需要研究了。草稿纸也算了一张又一张，论文也打印了一份又一份，科研之路哪有一帆风顺的，基本上都是历经曲折，才能够达到毕业的彼岸。毕业的时候写了一篇文章《**科研这条路**》，以此来纪念读博五年的生涯。

**参考资料：**