研究院新闻

国际顶尖的应用数学家:埃内斯托・埃斯特拉达教授
日期:2025-08-24 作者/来源:科睿研究院

埃内斯托・埃斯特拉达(Ernesto Estrada)系CORE Academy-国际科学与人文学院首位出生于古巴的正式成员(Fellow),其学术生涯始终以跨学科创新为核心,既是国际顶尖的应用数学家,也是复杂系统与数学化学领域的引领者。


他的研究不仅为理论学科开辟了新方向,更深度融入脑科学、药理学、生态学等应用领域,形成了 “理论构建 — 方法开发 — 实际落地” 的完整学术闭环。目前,他担任西班牙国家研究委员会(CSIC)跨学科物理与复杂系统研究院(IFISC)全职研究教授,同时兼任英国思克莱德大学数学与统计系荣誉研究教授。


图片


埃斯特拉达的科研方向高度聚焦且极具延展性,核心围绕 “复杂网络的数学解析” 与 “数学化学的图论方法” 两大领域展开,且始终注重跨学科融合。


在复杂网络研究中,他最具标志性的贡献是创立 “网络可传播性数学理论”。 这一理论突破了传统网络分析的局部视角,通过构建节点间信息传递的量化模型,成为当前脑网络研究的核心工具,例如在解析大脑神经元连接模式与认知功能关联、精神疾病的脑网络异常诊断等方面发挥关键作用。


他提出的 “埃斯特拉达指数” 更是成为该领域的经典度量指标,基于图谱理论将网络拓扑特征转化为可计算的数值,广泛应用于蛋白质折叠机制(如预测蛋白质空间结构稳定性)、数学化学的分子结构分析(如评估有机分子的化学活性)以及城市交通网络、电力网格等基础设施的拓扑健壮性评估。


此外,他率先提出的 “子图中心性” 概念,通过统计节点在所有闭合路径中的参与度,精准捕捉了节点在网络中的 “隐性重要性”,弥补了传统度中心性、介数中心性仅关注局部连接或路径的局限;而 “谱尺度方法” 与 “d 路径 / 枢纽偏置拉普拉斯算子” 的开发,则为解决网络中长程相互作用(如生态系统中物种间间接关联)、异常扩散过程(如病毒在非均匀人群中的传播)提供了全新数学框架。近年来,他进一步将分数阶微积分与动态网络建模结合,例如在神经科学中模拟大脑信号的非整数阶扩散过程,在生态学中分析种群动态的长期记忆效应,持续拓展着复杂系统研究的边界。


在数学化学领域,埃斯特拉达的工作同样具有开创性,尤其在基于图论的分子分析方法上形成了独特体系。他长期致力于分子描述符的开发与应用,为定量结构—性质/活性关系(QSPR/QSAR)研究提供了关键工具。通过将分子结构转化为图论模型,提取拓扑、几何、电子结构等特征,建立起分子结构与物理化学性质、药理活性之间的定量关联,大幅提升了药物设计与环境污染物风险评估的效率。他对休克尔方法(紧束缚模型)的数学本质探究更是极具深度,提出 “图能量”“分子密度矩阵”“量子分子干涉” 等创新性理论,例如通过 “图能量” 量化分子的电子共轭稳定性,为分子电子学中有机半导体材料的筛选提供依据;而 “量子分子干涉” 理论则揭示了分子结构对电子传输的调控机制,为新型分子器件的设计提供指导。


值得一提的是,他的部分研究与诺贝尔化学奖得主罗德・霍夫曼合作完成,二人共同探索分子结构与性质的内在关联,其成果在化学界具有极高认可度。早年间,他还深度参与杀菌剂与杀真菌剂药物 Furvina 的研发,作为该药物专利的共同作者,将数学化学方法应用于药理活性分子的设计与优化,该药物目前已在古巴投入医疗使用,以 Dermofural 软膏治疗人类皮肤与指甲感染,以 Furvinol 用于兽医领域,实现了学术研究向实际医疗需求的转化。


图片


埃斯特拉达的学术根基深植于古巴,其早期教育与科研经历深刻塑造了他 “问题导向、跨学科融合” 的研究风格。他出生于古巴圣斯皮里图斯,11 岁便进入专门培养精密科学人才的学校,早早展现出对数学与化学的兴趣;后在哈瓦那吉隆烈士理工学院攻读分析化学技术学位期间,18 岁便与导师何塞・F・费尔南德斯 - 贝尔特兰博士合作,在国际会议上发表 “红外光谱法检测 NaCl 基质中多原子阴离子” 的研究论文,初次显露学术天赋。


1985 至 1990 年,他在古巴拉斯维亚斯中央大学攻读化学科学学位,以 4 年时间完成常规 5 年制课程,毕业后专注于有机合成与药理活性新化学实体的光谱表征 —— 正是这一阶段的实践,让他意识到传统实验方法的局限,进而转向计算化学与数学建模,为后续学术方向埋下伏笔。1997 年,他在路易斯・A・蒙特罗・卡布雷拉指导下获数学化学博士学位,研究课题 “图论在分子设计中的应用” 直接奠定了他此后数十年的研究核心,将图论这一纯数学工具与化学问题深度绑定,开启了跨学科研究的序幕。


博士毕业后,埃斯特拉达的学术足迹跨越多国多机构,每一段经历都推动着他的研究向更深层次发展。他曾在西班牙瓦伦西亚大学与豪尔赫・加尔韦斯教授合作,聚焦药物设计中的分子建模问题,进一步完善 QSPR/QSAR 方法;在耶路撒冷希伯来大学与大卫・阿夫尼尔教授合作期间,转向分子对称数与旋转配分函数的研究,丰富了数学化学的理论维度。


2000 年移居西班牙后,他的研究场景从纯学术转向 “学术——工业” 结合:在英国科尔沃斯联合利华安全与环境保证中心担任计算化学科学家时,开发基于图论的化合物毒性预测模型,为日化产品的安全评估提供工具;随后在西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学担任 “拉蒙・卡布雷拉” 复杂系统研究员,正式将研究重心转向复杂网络,开启了学术生涯的全新阶段。


2008 至 2018 年,他出任英国思克莱德大学复杂性科学系主任与数学与统计系正教授,期间搭建起跨学科研究团队,推动复杂网络理论在城市规划、金融风险等领域的应用;2019 年转任西班牙萨拉戈萨大学 ARAID 基金会高级研究员后,聚焦网络几何与扩散动力学的研究;2021 年加入西班牙国家研究委员会(CSIC)IFISC 研究院后,更是依托跨学科平台,整合物理、数学、计算机科学等领域资源,开展更具挑战性的复杂系统研究。这些跨国家、跨机构的经历,不仅让他接触到不同领域的前沿问题,更塑造了他 “无学科边界” 的学术视野。


卓越的学术贡献为埃斯特拉达赢得了全球学术界的广泛认可,荣誉奖项贯穿其职业生涯,且每一项荣誉都对应着他在特定领域的关键突破。


图片


1998 年,他因 “化学和分子设计数学建模的杰出工作” 获古巴科学院(自然科学部)国家奖,这是对他早期在数学化学领域奠基性工作的肯定;2005 年当选国际数学化学科学院正式院士,评语特别强调其 “工作与正直品格为数学化学领域做出的突出贡献”;2007 年获该科学院 “杰出科学家” 称号,表彰他将图论方法成功应用于化学、物理、生物、生态等跨学科问题的成就。


2012 年,他受邀担任美国 SIAM(工业与应用数学学会)年会全体会议发言人 ——SIAM 年会是应用数学领域最重要的国际会议,这一邀请标志着他在应用数学领域的国际地位得到顶尖机构认可;2014 年是他的 “荣誉丰收年”,不仅当选欧洲科学院(Academia Europea)院士,还获伦敦皇家学会沃尔夫森研究功绩奖,该奖项专门授予 “对英国具有杰出成就与潜力的科学家”,认可他在复杂网络与数学化学领域为英国学术界带来的影响力。


2019 年,他因 “对数学化学和网络科学的杰出贡献” 当选 SIAM 会士 —— 这是全球应用数学领域最负盛名的荣誉之一,同年还当选拉丁美洲科学院院士,成为横跨欧美学术界的重要桥梁;2021 年当选英国数学及其应用研究会(IMA)会士,2023 年成为网络科学学会当选会士,2024 年进一步当选萨拉戈萨科学、物理学、化学和自然科学院通讯院士;这些荣誉的递进,清晰展现了他学术影响力的持续扩大与跨领域渗透。


在学术服务与出版领域,埃斯特拉达同样扮演着 “引领者” 角色,通过期刊编辑、学术评审、会议组织等工作,推动学科共同体的发展。自 2013 年起,他担任牛津大学出版社《复杂网络杂志》(Journal of Complex Networks)主编,主导期刊的选题方向与审稿标准,将其打造成复杂网络领域的顶尖学术平台,收录的论文涵盖从理论突破到实际应用的全链条研究;2016 年至今,他任《SIAM 应用数学杂志》副主编,2018-2024 年任《英国皇家学会学报 A》副主编,2019 年至今任《数学》(Mathematics)副主编,在这些顶级期刊中把控学术质量,推动应用数学与复杂系统研究的交叉融合。


此外,他还曾长期担任《MATCH:数学与计算机化学通信》(2005-2023)、《熵》(2015-2018)、《化学信息与计算机科学杂志》(2001-2003)等期刊的编委会成员,并自 2016 年起担任施普林格・自然《复杂性与系统科学百科全书》章节编辑,系统梳理复杂系统领域的理论框架与研究进展。


在学术评审与组织方面,他的身影活跃于全球多个重要机构:曾作为专家评审以色列科学基金会的研究项目、欧盟委员会的跨学科课题,担任欧洲食品安全局 MAPRA 网络(动植物健康)的政府专家,2016 年还参与维也纳科学技术基金(WWTF)的项目评审;同时,他入选国际线性代数学会第 23 届大会科学委员会(2020 年,爱尔兰戈尔韦)、英国皇家学会牛顿国际奖学金委员会(物理科学,2017-2019),在学术会议组织、青年人才选拔等方面贡献力量,尤其注重推动发展中国家学者与欧美学术界的交流。


图片


埃斯特拉达的学术影响力远不止于理论层面,更通过工业合作、人才培养与著作出版,实现了成果的广泛传播与传承。在工业应用中,他与多家国际企业的合作极具代表性:为 Weir Oil and Gas 开发岩石裂缝复杂网络模型,通过模拟裂缝的拓扑结构与流体流动关系,优化石油勘探效率;为 Isochron Ltd. 设计基于网络技术的商业预测工具,将复杂网络的动态分析方法应用于市场趋势预测,该工具已被企业纳入常规运营体系;此外,他还为 I2 Ltd. 开发视觉智能与调查分析软件,为 Market Sentinel 设计在线对话监测与语义搜索系统,真正实现了 “理论服务于实践”。


在人才培养上,他始终致力于学科后备力量的建设,先后指导数十位博士研究生,研究方向覆盖数学网络理论、化学分子设计、生物复杂系统等领域,例如指导学生开展 “网络理论在流体动力学中的应用”“图上随机游走与数据聚类” 等课题;同时,他主持多项荣誉研究项目,为本科高年级学生提供跨学科科研训练,培养出一批兼具数学功底与应用思维的青年学者。


他的学术著作更是成为领域内的经典教材:2011 年出版的《复杂网络的结构:理论与应用》(牛津大学出版社)系统阐述了复杂网络的核心理论与分析方法,至今仍是全球高校相关专业的核心参考书;2015 年与 P. Knight 合著的《网络理论入门课程》(牛津大学出版社)则面向初学者,以通俗的语言搭建起网络科学的知识框架;2010 年参与编辑的《网络科学:自然与技术中的复杂性》(施普林格)则收录了领域内顶尖学者的研究成果,成为跨学科交流的重要文献。截至目前,他的研究成果已获得极高的学术认可,Web of Science 引用量超 12400 次,Scopus 超 13400 次,Google Scholar 超 21200 次,h 指数分别达到 56(WoS)、58(Scopus)、71(Google Scholar)—— 这样的引用数据不仅体现了其成果的学术价值,更证明了他在全球复杂系统与数学化学领域的核心地位。


作为CORE Academy首位出身于古巴并活跃于国际学术界的Fellow,埃斯特拉达的学术经历不仅是个人的成长史,更折射出跨文化、跨学科与国际学术交流的价值。


图片

埃斯特拉达给CORE Academy写的感谢信,全文翻译如下:


尊敬的学术委员会成员:


当选为CORE Academy(国际科学与人文学院)数学与信息科学学部Fellow,我深感荣幸。这份认可,是我职业生涯中一座意义深远的里程碑 —— 我毕生致力于以数学方法探索复杂系统及其跨学科应用,而今终得呼应。


我的学术之旅始于欠发达国家(古巴),彼时资源匮乏、机会稀缺,国际合作也举步维艰。克服这些挑战的过程,塑造了我的学术视角,也让我更坚定地追求:以严谨且包容的方式推动科学进步。


我的研究聚焦复杂网络的数学基础,所提出的工具与概念,如今已在跨学科研究中广泛应用。我构建了网络可传播性的数学理论,该理论在脑网络分析等领域获得大量应用;引入埃斯特拉达指数这一谱度量,如今从蛋白质折叠、数学化学到通用网络理论,诸多领域都在运用它;关于子图中心性的研究,则为量化网络节点重要性提供了新维度 —— 基于节点在闭合路径中的参与度,我们能更精准地解析节点功能。


此外,我开创了谱尺度方法,开发出d - 路径拉普拉斯算子与枢纽偏置拉普拉斯算子,这些方法深化了我们对长程相互作用与异常扩散过程的理解。近年,我又提出可传播性几何框架,将网络嵌入几何空间,为研究交通流、流行病传播等现象提供新视角;还将分数阶微积分与动态网络建模结合,应对多个跨学科领域的挑战。


衷心感谢这份认可,它是强劲的动力,推动我继续在数学、工程与应用科学的交叉领域,为知识进步贡献力量。


此致
敬礼


埃内斯托・埃斯特拉达


他从古巴起步,在欧洲、美洲的学术平台上持续突破,始终以 “解决实际问题” 为导向,将数学这一基础学科的工具性与化学、生物、生态、工程等应用学科的需求深度结合,形成了独特的学术风格。无论是复杂网络理论在脑科学中的应用,还是数学化学方法在药物设计中的落地,抑或是为工业界提供的解决方案,都印证了他 “以理论创新推动实际进步” 的学术追求,也为科睿的跨学科研究注入了独特的古巴学术基因。

 往期推荐 

《Nature》突破性研究:经过心理学的训练,AI 有望像人类一样“思考”

【成员作品】《从复古经济学到制裁经济学:非常规经济学论文集》(终章)

Science 顶刊发文:人工智能与社会科学研究的变革

希腊材料科学与工程科学家:多罗斯·西奥多鲁教授




Copyright © 科睿研究院