簡介
科學與工程計算國家重點實驗室科學與工程計算國家重點實驗室(簡稱LSEC)依託中國科學院數學與系統科學研究院。科學與工程計算國家重點實驗室是在已故著名數學家、中國計算數學的奠基人和開拓者馮康院士的倡導、並親自籌備和組織下，由原中國科學院計算中心從事計算數學研究的部分課題組成的。實驗室建於1990年，1993年10月經中國科學院驗收後正式投入運行。1994年，向國內外開放。1995年9月，通過國家驗收。實驗室主任是袁亞湘研究員。實驗室學術委員會主任是中國科學院院士石鐘慈。
中國科學院科學與工程計算國家重點實驗室(簡稱LSEC)是在已故著名數學家、中國計算數學的奠基人和開拓者馮康院士的倡導並親自籌備和組織下，由原中科院計算中心從事計算數學研究的部分課題組成的。
從上世紀50年代開始，中國在計算數學領域就已獲得了相當發展。60年代中期，馮康院士發表了“基於變分原理的差分格式”的著名論文。1983年美國著名數學家P.Lax向美國總統提交了著名的Lax報告，強調科學計算在科學研究中的重要作用。在這種國際背景下，1986年馮康院士、周毓麟院士等老一輩科學家向國家建議成立科學與工程計算國家重點實驗室，加大對科學工程計算理論及其套用的支持。
科研領域
實驗室主要開展科學與工程計算中具有重要意義的基礎理論研究，解決科學與工程領域中的重大計算問題，著重研究計算方法的構造、理論分析及實現。研究內容包括：動力系統與數值方法，研究各類保結構算法的理論、算法的構造和數值試驗；有限元邊界元方法，針對具有套用背景的橢圓邊值問題及其它相關問題，提出適合於這些問題的有限元邊界元新型高性能計算方法；數理方程的反問題，對地震勘探數據處理中與波動理論有關的一些反演問題的數值方法的研究；非線性最最佳化，主要研究求解非線性規劃的新算法以及算法的收斂性；計算流體力學，研究非定常不可壓N-S方程和可壓縮流的計算方法；並行計算方法和科學計算可視化。
研究方向
實驗室在偏微分方程的自適應計算方法、非線性最佳化的計算方法以及理論、計算幾何中的幾何偏微分方程方法、變係數無窮維哈密爾頓系統的多辛幾何算法、異質多尺度方法研究以及擬連續介質力學等研究領域都取得了突出成果。
在自適應計算方法方面，2003年以來實驗室針對光柵問題和聲波散射問題提出和發展了計算波動散射問題的自適應完全匹配層方法，2006年發表了非線性對流擴散問題自適應計算的創新性工作，2006年關於三維電磁渦流模型自適應計算的工作被德國著名計算電磁學專家M.Clemens等稱為是擬穩態電磁問題自適應計算的第一個工作。
在非線性最佳化的計算方法以及理論性質方面，近年來項目組主要工作是研究了子空間最佳化方法；將信賴域方法套用於反演問題和對稱錐最佳化問題，證明了信賴域方法也是一種正則化方法。這些工作得到國際同行的許多引用。項目部分成果被收錄於美國《運籌與管理科學手冊》和Kluwer的《最佳化百科全書》。袁亞湘研究員的成果獲2006年度國家自然科學二等獎。
在異質多尺度方法(HMM)的框架下，明平兵研究員針對具有多尺度係數的橢圓方程提出了一種有效的數值方法，並給出了誤差估計，該估計適用於困難的非線性問題和隨機係數情形。論文受到美國《數學評論》的高度評論，並被國際著名數學家G.Papanico鄄laou和J.T.Oden等人引用。群體成員還研究了晶態固體在零溫下的連續介質力學模型和原子模型的聯繫,提出了理想晶體穩定性的最優判別準則。該文被國際著名數學家P.L.Lions和C.LeBris等人引用。
主要任務
主要任務是：面向科學與工程中的重大套用問題，著眼於基礎性和關鍵性計算方法的理論創新和技術創新；伴隨著計算機技術的進步，自主研究和開發能夠反映國際科學計算最新研究成果的高性能計算程式和軟體。近期實驗室將主要在“新型計算方法與理論研究”、“材料科學中的多尺度計算”和“面向複雜系統的電磁和流體自適應計算”三個方面開展研究工作。
我們將設立“結構分析大規模並行自適應有限元軟體研製”，“大規模特徵值問題的高效算法、理論與實現”，“生物和醫學圖像處理”，“流體力學高精度自適應並行計算程式包(平台)的研製”和“石油勘探中的科學計算問題”等五個自主研究課題和“計算調和分析”一個青年自主研究選題。自主研究課題的目標是發展能共享的高性能計算程式和軟體平台，或針對具體套用問題開展新型計算方法和計算程式的研究。我們希望通過自主研究課題工作的開展，在實驗室形成新的研究方向和團隊，不斷提高實驗室的綜合研究能力。
我們計畫在五年內將實驗室發展成具有45—50人的規模，研究領域涉及當前科學計算各個主要方向，具有國際影響力的高水平的實驗室，推動國家科學計算研究的持續發展。
發展成果
實驗室建設以來在動力系統幾何算法，非線性最佳化，有限元邊界元，數理方程反問題，計算流體力學，並行算法，科學計算可視化等方面取得了大量的研究成果，十分突出的是關於哈密爾頓系統的辛幾何算法的研究。實驗室在設備研製方面也取得了顯著的成績。
馮康先生及其研究小組系統地提出了哈密爾頓系統的辛幾何算法，解決了一系列理論和數值計算問題，獲得了遠優於已有方法的計算效果。
主要成果包括：提出了辛幾何算法；發展了生成函式理論；在此基礎上構造了種類繁多的任意階精度的辛格式，研究了它的對稱性和守恆律；把辛算法思路推廣到更一般的動力系統，構造了切觸格式，保體積格式，多辛格式等，發展了一套利用組合格式達到高精度的保結構算法。馮康先生等在辛算法方面的研究工作以其特有的創新性、系統性、廣泛性、理論完整性和成果豐富多才性受到了國際知名學者的高度評價。十餘年來，馮康先生的工作已經帶動了國際上一系列相關研究，並已在天體力學、分子動力學、剛體和多剛體運動等領域的研究中得到了成功的套用。《哈密爾頓系統的辛幾何算法》獲得了1997年度國家自然科學一等獎。
1998年由實驗室副主任張林波主持，自行研製了一套34個結點的微機機群系統，該系統總記憶體8.6GB，峰值運算速度為每秒106億次, 相當實驗室當時其它所有計算機運算能力之和的3至4倍。該系統的建造與套用，為國內許多單位（如北京大學湍流與複雜系統研究國家重點實驗室，北京套用物理與計算數學研究所等）建設同類機群提供了經驗。2000年，實驗室自行研製了第二套高性能PC機群系統, 共包含128個處理器，64GB記憶體, 計算結點浮點峰值性能為每秒660億次, 實測Linpack性能超過每秒400億次。2002年9月，實驗室與973項目“大規模科學計算研究”聯合購置了一套包括512個處理器，浮點峰值性能超過每秒1萬億次的伺服器機群系統。
研究成果，十分突出的是關於哈密爾頓系統的辛幾何算法的研究。其成果
榮獲“國家自然科學一等獎”。實驗室在設備研製方面也取得了顯著的成績。
實驗室現有科研人員30人，中科院院士2人（石鐘慈、林群）,中國工程院院士1人（崔俊芝），其中研究員23人，此外，實驗室還獲得多項其它重要獎項，其中石鐘慈院士在 2000年獲“何梁何利科學與技術進獎”,林群院士獲2001年獲捷克科學院“數學科學成就榮譽獎”、2004年獲“何梁何利科學與技術進獎”。實驗室十分重視隊伍建設和人才培養工作，尤其注重青年學術骨幹的培養和引進。
目前通過中科院“百人計畫”已引進３位年輕的學科帶頭人，其中實驗室主任陳志明研究員被國家科技部任命為９７３計畫項目“高性能科學計算研究”首席科學家，一批優秀青年學術骨幹脫穎而出，他們在各自的研究領域取得了可喜的成果，並因此獲得了榮譽。
例如，袁亞湘研究員曾獲1995年首屆“馮康科學計算獎”、1996年度“中國青年科學家獎”、“國家傑出青年科學基金”、1998年度“全國十大傑出青年”稱號；2005年度“北京市科學技術一等獎”；張林波研究員曾獲1995年度“中科院青年科學家二等獎”、1997年度“中科院優秀青年”獎、2000年度“國家科技進步獎二等獎”；白中治研究員獲得1998年度“中科院自然科學三等獎”、1999年度“中科院青年科學家二等獎”、“中科院優秀青年”稱號、2005年度“國家傑出青年科學基金”；許學軍研究員獲2000年度“鍾家慶數學獎”；陳志明研究員獲2000年度“國家傑出青年科學基金”、2001年度“第四屆馮康科學計算獎”、2003年度“第七屆中科院傑出青年”稱號、2004年度“新世紀百千萬人才工程國家級人選”、2005年度“海外青年學者合作研究基金”；周愛輝研究員獲2004年度“國家傑出青年科學基金”。
