永安期货

高能物理先进盘算必备程序之一，快要没人维护了。

随着*的耐久维护者到达73岁高龄，盘算系统FORM的运气最先变得扑朔迷离起来。

已往30多年，这个程序被视为粒子物理学研究的基础工具之一，可盘算伽马矩阵、并行盘算、模式匹配等。

盘算费曼图的软件包FormCalc也是在它的基础上实现。

要知道，费曼图能够用图像形貌大型粒子对撞机中粒子碰撞的可能效果，号称“有助于辅助改变物理学家看天下的方式”。

除此之外，高阶QCD（量子色动力学） β函数、多重Zeta数值（MZV）的数学结构研究等也都用到了FORM。

甚至在它降生十数年后，依旧有大量前沿研究依赖于它。

自2000年以来，平均每隔几天就有一篇基于FORM的粒子物理学论文被揭晓。

但这样主要的盘算程序，现在却只靠一位73岁的退休职员维护——其开发者荷兰粒子物理学家乔斯·维马塞伦（Jos Vermaseren）。

现在，随着老爷子年岁已高，厥后继维护者还没找到。

而完万能顶替它的程序似乎还没有泛起，只管Mathematica也能盘算，然则速率上完全无法与之相比。

靠硬盘空间求解超长公式

简朴明晰，FORM是一个可以举行符号运算的程序。

相较于更通用的Mathematica，它更专注于大规模处置符号表达式。

但本质上FORM照样数学代数系统，详细的操作历程也许是酱婶的：

设定函数 f 中，在 x 之前若是泛起任何参数，都将它们举行换取。

Symbol x;Local E = f(1,2,x,3,4);id f(?a,x,?b) = f(?b,?a);Print;.end

那么FORM输出的效果将会是：F=f（3,4,1,2）。

它主要有两方面特点：

*、盘算快。

FORM确立了一些专业算法，好比能将费曼图中的某些部门快速相乘；通过重新排列方程削减相乘、相加步骤。

第二、能处置超级大的方程式。

只要硬盘空间够大，多长都能算。

这正是FORM最稀奇的地方。FORM确立了一些专业算法，好比能将费曼图中的某些部门快速相乘；通过重新排列方程削减相乘、相加步骤。

盘算机的存储模式可分为两种。其一是主存，这里常说的是RAM（随机存储器）。它是电脑系统中最主要的存储器，能和CPU直接交流数据，随时读写、速率很快，但存储空间异常有限。另一种是外存，也就是硬盘、固态硬盘、磁盘等。它们的优点是容量大，但盘算速率慢。

好比一台条记本的内存只有16GB，然则存储空间可以到2TB。

若是想要求解超庞大的物理方程式，那必须要依赖主存。

但问题是，这幺小的容量空间，基本无法处置超长公式。更况且FORM生于80年月，谁人时刻的主存容量就更小了。

FORM选择了一个巧妙的方式——把硬盘当成主存来用。

通过将主存和硬盘空间“分页”处置，然后将方程式放入到差其余“页”上，而且为每一个项都牢固一个存储位置，程序运行时就能快速找到各个项的位置将其带回真正的主存，而不必接见其他的项。

这样做的利益是在扩大主存的同时，还绕开了低效的内存交流操作，可以快速盘算庞大重大的方程式。

依附着这一特点，FORM自降生后便成为了粒子物理学中的要害工具之一。

即便放到现在FORM也依旧至关主要——究竟盘算存储生长的速率，怎么也追不上物理学方程式加长的速率……

在FORM的GitHub主页上也写着：

FORM是高能物理领域中许多*进盘算的必备工具。

值得一提的是，FORM并不能被视为CAS的增强版，它们的编程逻辑并不相同。

上手FORM可能需要一点门槛，但只要跨已往，就是打开一番新天地了。FORM和CAS配合使用可以解决数学、物理中诸多灾以盘算的庞大问题。

苏黎世大学教授托马斯•格尔曼（thames Gehrmann）示意，自己的课题组在已往20年中取得的大多数高精度效果，很洪水平上都依赖于FORM。

高能物理学助理教授马特·冯·希佩尔（Matt von Hippel）在Quantamagazine的文章中也提到，自己的一位同事前不久才使用FORM将一项盘算的精度推到新高度。

被重视水平却远远不够

万物皆有正反两面，如何用「核辐射」来做抗癌药？

但和想象中差异，这样一个为高能物理领域带来伟大提高的工具，一起生长过来，背后的运维却“冷冷清清”，以至于现在整个软件都岌岌可危。

FORM的起点在1984年。那时盘算机的角色正在迅速转变，PC机在这个时期最先普及。

其前身是一个名为Schoonschip的程序，由荷兰物理学家马蒂努斯·维尔特曼（Martinus Veltman）确立。

和我们今天许多常用的盘算机程序差异，那时的程序多数是搭载于外部的ROM芯片中，得把芯片插到电脑上才气运行（试想一下光盘）——Schoonschip也不破例。

而乔斯则希望做出一个更易于接见的程序，可被天下各地高校下载的那种。

开发FORM之初，乔斯使用的是FORTRAN语言（也是FORM名字的主要泉源），这种语言很善于“搞数学”。

FORTRAN是由IBM为科学和工程应用开发的，是*代盘算机高级语言。

从上世纪50年月起，FORTRAN一度成了科学和工程盘算的*语言；从60年月末到70年月初，大多数高性能盘算机都支持FORTRAN，许多专门的编译器和工具可以用其编写算法。

而随着盘算机手艺生长、其它编程语言一个个泛起，FORTRAN逐步被C、C 、Python、Matlab等取代，由于它没有工具导向编程的支持，且语法对照粗笨。

在1989年，FORM1.0正式公布前，乔斯改用C语言把FORM重写了一遍。

但FORM着实从降生起就在被逐渐推广试用了：1984至1986年间， FORM最早支持的是Apollo事情站，这是上世纪80年月的*批图形处置事情站。

到上世纪90年月初，全球已有跨越200家机构下载了FORM，后面这个数字还在不停攀升。

与此同时，FORM还生长出了3个差其余版本：

FORM：顺序版，旨在在单个处置器上运行；

ParFORM：多处置器版，处置器有自己的内存，可以使用集群和系统，同时为两个及以上的处置器；

TFORM：处置器共享内存系统的多线程版，主要用于处置器数目有限的系统。

FORM和FormCalc是相互弥补的，FORM作为一种通用符号盘算和公式治理软件，而FormCalc作为一种特定于高能物理研究的工具。

这么看来，FORM貌似一直在“茁壮生长”。但着实从开发至今，维护FORM的人数总共也就十余人。

到现在，只剩下73岁的乔斯孤零零一人还在苦苦支持。

为什么会这样？

一个主要的缘故原由是：在物理学界，开发程序的起劲往往被低估了。

乔斯老爷子无奈地示意：

多年来，我一直看到物理学领域中在盘算工具开发上花大把时间的人，得不到一个终身职位。而且相比之下，乔斯及FORM还算是挺幸运的，由于他自己有终身职位——荷兰国家亚原子物理研究所（Nikhef）耐久担任理论组研究员。

而且FORM也受到了欧洲研究理事会（ERC）的关注。

光是在2012年，ERC就给FORM的相关项目资助了170万欧（约合人民币1235万元）。那时乔斯提出把游戏领域的蒙特卡洛方式，用来求解高能物理方程（这种方程往往要求高精度、盘算量伟大）。

而且这是ERC给乔斯等Nikhef研究职员的第三笔大额拨款。

但同样是在粒子物理学领域，意大利物理学家Stefano Laporta就没这么走运了。他也开发了一种很有用的简化算法，可是整个职业生涯中都没收到什么资助……

现在，即即是曾经生长还不错的FORM，想要找到后续维护者都有些难了。

由于这不光会花费精神、往往得不到高收益，还要求开发职员有过硬的跨学科能力。（其中一科照样粒子物理...)

有网友指出：

着实最难的不是写代码，而是确保它能准确处置数据。

好比，要对国际粒子物理学委员会编写的参考书PDG Review of Particle Physics行之有用。

若是后续维护不跟进，FORM很快就会跟不上盘算机更新迭代的脚步，变得越来越不能用。

学者Ben Ruijl最近在实验用Rust开发一个新版本的FORM——DreFORM，来实验削减FORM中的bug。

然则到现在为止新版本还没有完成，由于Ben Ruijl不得不由于自己主要的研究课题而弃捐它。

对此，哥本哈根大学（尼尔斯·玻尔的母校）的粒子物理学助理教授Matt von Hippel示意担忧：

（若是FORM真不行了，）物理学者可能不得不只能选择Mathematica，其速率比FORM慢了好几个数目级。

粒子物理学可能还会因此阻滞不前，只有少数人能够胜任最难的盘算事情。

眼下，乔斯老爷子已在努力思索解决设施。听说在今年4月份，他会召开一个FORM用户峰会，招呼人人一起讨论后续维护问题。

GitHub上，也有不少用户在一直在为这个程序找Bug、提意见。

我们发现最近也有人在更新项目，但似乎代码泛起了一些问题。

FORM主页：

参考链接：[1]