他用东方哲思破解软件工程难题,斩获领域首个国家自然科学一等奖

编者按

2026年，国家自然科学奖迎来70周年。从1956年以中国科学院科学奖金为名首次颁发，到1982年正式更名为国家自然科学奖，作为五大国家科学技术奖之一，它代表着我国自然科学领域的最高荣誉。

时值庆祝中国共产党建党105周年之际，中国科学院档案馆联合中国科学报社、中国科学院相关获奖院属单位，推出《七秩荣光——档案里的国家自然科学奖》专栏，以档案为凭，回溯以中国科学院为第一完成单位的国家自然科学奖一等奖项目，彰显科学价值，重现时代回响，致敬为我国自然科学事业作出卓越贡献的科学家们。

1989年度一等奖

“基于时序逻辑的软件工程环境的理论与设计”

▲1988年唐稚松在软件所实验室。

▲唐稚松《XYZ：一种软件工程工具系统》论文手稿。

▲“基于时序逻辑的软件工程环境的理论与设计”获国家自然科学奖一等奖证书。

▲1990年3月13日《中国科学报》关于第四次国家自然科学奖评审结果的报道。

▲唐稚松著有诗集《桃蹊诗存》，其中收录《闻国家自然科学奖讯》一诗。

本期档案均由中国科学院软件研究所提供

“卅载崎岖步履辛，烂柯余力献车薪。浮生易老心难老，世态趋新我未新。”

1989年，当唐稚松得知自己的“基于时序逻辑的软件工程环境的理论与设计”（“XYZ系统理论与原型工具方面的工作”）研究荣获国家自然科学奖一等奖时，他提笔写下了这首诗《闻国家自然科学奖讯》。这一年，距离他首次踏入计算机软件研究领域，已过去20余年；而距离XYZ系统最终完整实现，尚有6年之遥。

这是计算机科学领域首个获得国家自然科学奖一等奖的成果。在中国科学院的档案中，收藏着关于这一成果的论文手稿、获奖证书等珍贵档案。它们忠实地记录了一位中国科学家如何独自穿越理论与技术日益割裂的年代，穿越国际学术界多年的沉默与怀疑，最终为自己选定一条“与世界主流方向不一致”的道路。

唐稚松是我国计算机科学领域的奠基人之一、著名计算机科学与软件工程专家。但很少有人知道，他的学术生涯起步于哲学研究。

1925年，唐稚松出生于湖南长沙。其祖父唐成之以中医藏书闻名湖南，是清末民初在长沙最早创办新型学校的人士之一。受家学熏陶，唐稚松自幼立下献身学术的志向。

中学时代，唐稚松先后就读于湖南著名的明德中学和省立第一中学。在校期间，他文理兼优，尤其因诗词方面的才华而深受师长赏识。

1945年，他考入国立西南联合大学（以下简称西南联大），并在金岳霖、冯友兰等哲学大师的感召下入读哲学系。

在抗战烽火中，这所由北京大学、清华大学、南开大学三校联合组建的最高学府，汇聚了当时中国顶尖的学者。唐稚松因此得以接触陈寅恪、吴宓等学术大家，深受大师们的学术思想熏陶；而西南联大“独立之精神，自由之思想”的治学风气，也进一步淬炼了他不盲从学术潮流、独立思辨的治学品格。

1950年，唐稚松从西南联大及清华大学哲学系本科毕业，进入清华大学哲学系攻读研究生，专业为数理逻辑。

读研期间，他跟随政协土改团奔赴江西工作近半年。这次经历，让他真切了解到农民生活的真实境况，由此萌生了在学术上“为人民服务”的念头。他意识到，最能将自己擅长的数理逻辑同应用技术结合起来的，正是计算机软件这一新兴领域。

1952年，唐稚松取得研究生学位。多年的哲学思辨与数理逻辑形式推演的双重学术浸润，塑造了他文理交融的开阔视野。那时，他就曾写下诗句“志汇中西归大海，学兼文理求天籁”以自明志向。

正是这种贯通文理的精神底色和独特的知识背景，为唐稚松日后跳出固有范式，开辟独树一帜的研究道路埋下伏笔。

20世纪60年代至70年代，是计算机应用的快速扩张期，计算机硬件造价因半导体线路生产技术的提高而迅速降低。与此同时，系统规模日渐庞大、程序设计日益复杂的计算机软件却仍依赖手工编程，并因此陷入生产率低下、可靠性差的困境，严重影响了计算机的应用与发展。

这场蔓延全球的“软件危机”，成为当时各大工业强国亟须突破的关键课题。

围绕如何破解“软件危机”，美国工业界与西欧学术界走上了两条截然相反的道路。前者着眼于技术实际，希望通过加强软件开发工具和提高模块可重用性来解决问题；后者则认为关键在于形式化语义理论的研究。两者各执一端，因理论与技术的严重脱节，提高软件生产率的目标不仅未能达到，反而日益渺茫。

当时以英国学者为代表的一批理论家还掀起一股思潮，主张抛弃冯·诺依曼体系计算机固有的状态转换本质，改用函数式模型重构规范语言、程序语言和计算机硬件架构。全球学界纷纷跟风，国内计算机研究领域也深受这股思潮影响。

然而，唐稚松却对此保持审慎质疑。他认为，只要作为物质基础的线路元件是脉冲式离散型的，不论硬件体系或程序语言，都难以脱离以状态转换为特征的冯·诺依曼模型。

这份不盲从潮流、拒绝非此即彼的审慎判断，源于唐稚松对中国古代哲思“中庸之道”的独特理解。

“不偏之谓中，不易之谓庸”，在唐稚松看来，“中庸并不是简单的折中主义，而是应该从实际出发注意防止片面，避免偏颇，掌握分寸，做到按事物的常理将对立的方面安排得恰如其分”。正是这套思维，让他跳出当时全球学界的“二元争论”，去寻找能够弥合理论与工程鸿沟的第三条路径。

1979年至1981年，唐稚松应邀访问美国斯坦福大学，接触到以色列著名理论家Amir Pnueli提出的时序逻辑理论，并了解到斯坦福的学者们对“应用时序逻辑表示并发通信进程的活性与安全性”的研究。

国际同行的研究让唐稚松深受启发。同时，他也敏锐捕捉到一个被所有人忽略的关键点——用时序逻辑理论可以自然地表示状态转换机制。

基于这一发现，唐稚松将时序逻辑的形式化理论与最新软件技术结合起来，创造了世界上首个可执行时序逻辑语言——XYZ/E，并相信它可作为软件开发过程的统一基础。

不同于传统的语义形式，XYZ/E语言能以统一的程序框架既表示程序的静态语义（即前置断言与后续断言规范），又表示其动态语义（即状态转换机制，例如赋值、转移等可执行操作）。正如唐稚松所总结，这一设计使“动态语义与静态语义并重，将两者结合而不只偏向一方”。

1983年，在巴黎召开的国际信息处理联合会（IFIP）上，唐稚松报告了这一可执行时序逻辑语言。尽管这项成果得到了几位欧美著名软件工程专家的赞赏与支持，国际理论界整体上的态度是保持沉默。

“当时计算机科学理论家虽不能指出我的主张有何不对之处，但对此都普遍感到怀疑。”唐稚松后来回顾这一历程时写道。

外界的怀疑与冷遇没有动摇他的信心。唐稚松深知，坚持选择这条路，意味着将自身置于全球计算机科学理论主流的对立面，工作量极大且“必将耗费余生全部精力”。但他坚信这是使计算机研究理论与技术相结合的唯一正确方向，“不必为此计较个人一时得失，坚持下去必将成功”。

在XYZ/E语言理论的基础之上，唐稚松进一步设计了配套的软件工程工具系统XYZ。自20世纪80年代初启动，历经近15年的研究与改进，直至1995年才在中国科学院软件研究所完整实现XYZ系统。前后共有50多名科研人员参与，唐稚松始终主持并实际参与每一项关键工作。

西方理论界为何长期难以接纳这项成果？唐稚松认为，根本原因在于东西方的哲学思想差异。

20世纪70年代末，大量有数学背景的青年学者涌入计算机科学领域。他们大多受理性主义传统影响，惯于用数学家的眼光评判计算机科学工作，将计算机科学理论研究做成了越来越深入的数学探索，却日渐忽略了软件工程对实用性的根本诉求。

于是，在以理性主义为圭臬的西方学界，理论与技术被生生割裂为两个极端，彼此渐行渐远。而唐稚松的研究恰恰将二者重新“捏”在一起——这种依托中国传统中庸哲思的思路，自然难以快速获得他们的认同。

国际学界对这项工作的态度，直到1988年才开始转变。当时，两位英国著名理论家H.R.Barringer和D.Gabbay在一篇总结性文章中指出“将时序逻辑应用于软件工程的主要步骤即找到可执行的时序逻辑”，并承认XYZ/E是这方面最早的“先驱”。

但最具标志性意义的变化发生在1994年。那年，时序逻辑的创立者Pnueli首次访问中国。他在仔细参观XYZ系统的演示后，对唐稚松说了一段意味深长的话：“说实话，我过去一直认为你的野心太大，不可能成功，而这次看了XYZ系统的演示后，我发现你已经成功了。”

次年12月4日，日本软件工程学会主席岸田孝一在《朝日新闻》（夕刊）上撰文。他在介绍XYZ系统时（1995年，XYZ/E语言已从逻辑框架整合为完整的XYZ系统），赞许地写道：“虽然这系统所采用的基础数学理论来源于西方，但构造此系统的基本思想却来自于孔子的中庸哲学与佛教禅宗的认识论哲学。这也许可以说是东方文明对于新的21世纪计算机技术发展的一大贡献吧。”

1997年，Pnueli在从以色列启程赴美国领取图灵奖前夕曾专门致信唐稚松，并在信中直言，他是时序逻辑最重要的推动者之一，理应分享这一荣誉。

1990年3月，第四次国家自然科学奖评审结果正式揭晓。唐稚松的工作“基于时序逻辑的软件工程环境的理论与设计”获得一等奖。这是国家自然科学奖设立以来，计算机科学领域首次获此殊荣。

《中国科学报》报道称，这一世界首个时序逻辑语言“能把抽象描述、知识表达和计算过程表达在统一框架中，具有强烈的表达能力，处于国际领先地位并得到国际上的公认和重视”。

这套独树一帜的原创研究体系，为唐稚松赢得了一系列学术荣誉——他于1991年当选为中国科学院学部委员（院士）；1996年获何梁何利基金科学与技术进步奖；XYZ/E语言后来被列为“中国科学院建院50年来50项主要科研成果之一”；相关专著《时序逻辑程序设计与软件工程》上、下册获2003年国家图书奖正式奖和全国优秀科技图书奖一等奖。

时至今日，“基于时序逻辑的软件工程环境的理论与设计”的学术思想和方法论，仍在持续释放着生命力。例如，XYZ/E的可执行时序逻辑方向为后续形式化方法研究提供了重要参照——它证明了抽象逻辑语言与可执行代码可以在同一框架内统一描述，这一思路后来被模型检验、程序验证等领域借鉴。

此外，其“逐步求精”与“语义一致性检验”相结合的思想，也成为高可信软件开发的早期实践范本。中国科学院软件研究所此后在软件可信理论、形式化验证等方向上的持续深耕，均可溯源至此。

2025年，恰逢中国科学院软件研究所建所40周年、唐稚松百年诞辰，回望那段自主拓荒的科研岁月，软件所所长赵琛感慨道：“唐先生是软件所引以为傲的旗帜，其求真务实、敢为人先的科学精神和融汇古今、贯通中西的学术思想已深深植根于软件所40年来的发展脉络之中。”

从不被国际同行理解到数十年间持续影响全球形式化软件研究，唐稚松和他的这项成果不仅是中国软件理论走向世界前沿的标志，更是一位科学家以东方哲思为基、以中华文化为魂、以数理逻辑为器，独自开辟一条道路的见证。

（支持单位：中国科学院软件研究所‌）

编辑 | 方圆

校对 | 肖园

排版 | 郭刚