詹姆斯·哈迪·威爾金森 - 簡(jiǎn)介

威爾金森1919年9月27日生于英國(guó)肯特郡的斯特洛特(Strood，Kent)，大學(xué)在英國(guó)劍橋大學(xué)三一學(xué)院接受教育，并以班級(jí)最好的成績(jī)畢業(yè)。二戰(zhàn)爆發(fā)后，1940年，他開(kāi)始研究彈道學(xué)，并與1946年進(jìn)入英國(guó)最著名的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)之一英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）的數(shù)學(xué)部，期間研制了電子計(jì)算機(jī)Pilot ACE。他為NPL服務(wù)長(zhǎng)達(dá)34年，直至1980年退休，曾長(zhǎng)期擔(dān)任NPL的學(xué)術(shù)長(zhǎng)官。 之后任斯坦福大學(xué)客座教授。1986年10月5日在英國(guó)特丁頓的家中病逝，享年67歲。

詹姆斯·哈迪·威爾金森 - 生平

大家知道，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用有兩大領(lǐng)域：數(shù)值應(yīng)用領(lǐng)域和非數(shù)值應(yīng)用領(lǐng)域。所謂數(shù)值應(yīng)用，是指解各種方程和函數(shù)，求得它們的數(shù)值解，處理對(duì)象是數(shù)值數(shù)據(jù)；所謂非數(shù)值應(yīng)用，主要指大家熟悉的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)處理，其他如過(guò)程控制、定理證明、推理等也屬這一類(lèi)，處理對(duì)象是非數(shù)值數(shù)據(jù)。早期的計(jì)算機(jī)由于尚未解決字母、字符的表示和沒(méi)有大容量的存儲(chǔ)器，只能用于科學(xué)與工程計(jì)算。非數(shù)值應(yīng)用是在20世紀(jì)50年代中期發(fā)明了字符發(fā)生器(Character Generator)

和磁盤(pán)存儲(chǔ)器以后才逐漸發(fā)展起來(lái)的。在數(shù)值應(yīng)用方面，計(jì)算機(jī)實(shí)際上只能做最簡(jiǎn)單的加、減、乘、除等四則運(yùn)算，并不能直接解比如微分方程或求各種復(fù)雜的函數(shù)；遇到它們，要先由數(shù)學(xué)家利用各種數(shù)學(xué)變換方法把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗兴阈g(shù)運(yùn)算，這叫“數(shù)值分析”或“計(jì)算方法”。

由于20世紀(jì)五六十年代計(jì)算機(jī)以數(shù)值應(yīng)用為主，因此1970年的圖靈獎(jiǎng)授予了一位在發(fā)展數(shù)值分析技術(shù)和方法方面作出了杰出貢獻(xiàn)的數(shù)學(xué)家就不足為奇了，他就是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院土、著名的數(shù)值分析專(zhuān)家詹姆斯· 威爾金森(James Hardy Wilkinson，1919—1986)。但令人驚奇的是，這位數(shù)學(xué)家在建造由圖靈設(shè)計(jì)的ACE計(jì)算機(jī)中竟然扮演了舉足輕重甚至最關(guān)鍵的角色。

威爾金森1919年9月27日生于英國(guó)肯特郡的斯特洛特(Strood，Kent)。他的初等教育階段是在位于倫敦東郊的羅切斯特的一所由著名的數(shù)學(xué)家約瑟夫·威廉姆松爵士(Joseph Williamson)創(chuàng)辦的數(shù)學(xué)學(xué)校中度過(guò)的。然后在劍橋最負(fù)盛名的“三圣學(xué)院”(Trinity College）接受了嚴(yán)格的教育，成績(jī)出眾，16歲時(shí)獲得三圣學(xué)院的最高榮譽(yù)——Trinity Major Scholarship，并因而免試進(jìn)入劍橋大學(xué)。

1939年威爾金森獲得一等榮譽(yù)獎(jiǎng)?wù)聫膭�橋畢業(yè)時(shí)年方19。由于第二次世界大戰(zhàn)，他畢業(yè)后進(jìn)人劍橋數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的軍械研究所(Armament Re-search Department)工作，研究與解決有關(guān)彈道方面的問(wèn)題，開(kāi)始對(duì)計(jì)算數(shù)學(xué)發(fā)生興趣。也是在那里，他遇到了他未來(lái)的終身伴侶、也在劍橋獲得過(guò)一等榮譽(yù)獎(jiǎng)?wù)碌呐當(dāng)?shù)學(xué)家維婀(H．N．Ware)，他們于1945年結(jié)婚。

戰(zhàn)后，他進(jìn)入英國(guó)最著名的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)之一國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室NPL的數(shù)學(xué)部，一半時(shí)間在臺(tái)式計(jì)算機(jī)處工作，一半時(shí)間協(xié)助圖靈設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)ACE。關(guān)于ACE計(jì)算機(jī)的研制情況，我們?cè)谇懊娼榻B圖靈時(shí)已經(jīng)簡(jiǎn)單提到過(guò)了，這里不再贅述。需要指出的是，在圖靈離開(kāi)NPL由威爾金森接手負(fù)責(zé)該項(xiàng)目后，威爾金森總結(jié)了前階段設(shè)計(jì)與實(shí)施ACE的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，果斷地采取了兩項(xiàng)措施，一是與工程小組加強(qiáng)聯(lián)系、交流、溝通、合作，改變過(guò)去那種隔絕甚至對(duì)峙的局面，二是決定放棄原先過(guò)于龐大的計(jì)劃和過(guò)于龐大的規(guī)模，改搞試驗(yàn)性的ACE，也就是Pilot ACE。當(dāng)圖靈離開(kāi)NPL時(shí)，他設(shè)計(jì)的ACE已是“第八版”，單是水銀延遲線存儲(chǔ)器就要用200根延遲線。威爾金森實(shí)事求是地估計(jì)了延遲線加工上的困難和它工作的不可靠性，決定將Pilot ACE，退回到ACE"第五版”的基礎(chǔ)上，把延遲線減少到32根，把整個(gè)機(jī)器的設(shè)計(jì)目標(biāo)降到能用高斯消去法解8～10個(gè)聯(lián)立線性方程。幸運(yùn)的是，這時(shí)，原先負(fù)責(zé)工程的托馬斯也離開(kāi)了NPL，接替他的是老資格的無(wú)線電工程師考爾勃洛克(F．M．Colebrook)，他雖然對(duì)脈沖技術(shù)并不熟悉，卻擅長(zhǎng)項(xiàng)目組織，主動(dòng)邀請(qǐng)威爾金森在內(nèi)的4個(gè)高級(jí)設(shè)計(jì)師以半固定的方式參加電子學(xué)小組的工作，從而進(jìn)一步密切了雙方的關(guān)系。

同時(shí)，新調(diào)來(lái)的電子學(xué)小組的技術(shù)負(fù)責(zé)人紐曼(E．Newman)是大戰(zhàn)時(shí)參加過(guò)H2S機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)工作的專(zhuān)家，同威爾金森相處得也很好。這樣，工程進(jìn)展明顯加快，1950年5月10日，Pilot ACE第一次正式試運(yùn)行成功，1950年11月，NPL舉行了隆重的“開(kāi)放日”(OpenDay)，邀請(qǐng)新聞界和一批知名的VIP(Very Important Person)參觀ACE，ACE成功地表演了三個(gè)程序：由參觀者任意給出一個(gè)6位數(shù)，機(jī)器判定它是否是素?cái)?shù)，如果不是素?cái)?shù)，給出其一個(gè)因子；由參觀者任意說(shuō)出0—9999年中的任意一個(gè)日期，由機(jī)器給出這天是星期幾；由機(jī)器跟蹤光線通過(guò)一組棱鏡后的偏振光。ACE計(jì)算機(jī)研制成功以后，由EEC公司(English Electric Company)批量生產(chǎn)了約30臺(tái)，其商業(yè)名稱(chēng)為DEUCE。DEUCE和劍橋大學(xué)研制的EDSAC計(jì)算機(jī)一起，使20世紀(jì)50年代的英國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，能和美國(guó)乎起平坐。第一臺(tái)Pilot ACE現(xiàn)在在倫敦的肯辛頓科學(xué)博物館保存、展覽。

1984年7月13日，在滑鐵盧大學(xué)舉行的一次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議期間，威爾金森接受丁BYTE雜志安排的一次采訪，詳細(xì)回憶了ACE計(jì)算機(jī)誕生的過(guò)程。有興趣的讀者可參閱該刊1985年2月，177—194頁(yè)，“一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生”(The Birth of a Computer)。

當(dāng)然，作為一名數(shù)學(xué)家，威爾金森的主要貢獻(xiàn)還是在數(shù)值分析方面，尤其是在數(shù)值線性代數(shù)方面。1960年，他提出“向后誤差分析法”(backward error analysis)，成為數(shù)學(xué)誤差理論中最基本的方法之一。向后誤差分析是威爾金森20世紀(jì)60年代初在研究矩陣計(jì)算的誤差時(shí)作了系統(tǒng)分析而提出的，目前是計(jì)算機(jī)上各種數(shù)值計(jì)算最常用的誤差分析手段。

20世紀(jì)60年代，威爾金森在NPL組織開(kāi)發(fā)了一個(gè)用以測(cè)試系統(tǒng)浮點(diǎn)運(yùn)算能力的基準(zhǔn)程序(Benchmark)叫Whetstone。Whetstone規(guī)模不大，對(duì)存儲(chǔ)器容量要求較小，主要使用高速緩沖存儲(chǔ)器，適用于評(píng)估小型的科學(xué)、工程應(yīng)用系統(tǒng)。Whetstone除了可以測(cè)試機(jī)器的硬件性能外，還可以用來(lái)評(píng)估系統(tǒng)數(shù)學(xué)程序集，語(yǔ)言編譯器及其處理效率，其測(cè)試結(jié)果用KWIPS(每秒執(zhí)行1 000條Whetstone指令)或MWIPS(每秒執(zhí)行1 000 000條Whetstone指令)表示。1976年Whetstone被作為英國(guó)的官方測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)公布，已有Fortran、Pascal等多種版本，常被用作工作站的測(cè)試程序。

1976年，威爾金森積極參與并推動(dòng)成立了一個(gè)非贏利性的名為NAG的公司(Numerical Algorithms Group Ltd．)以開(kāi)發(fā)和推廣數(shù)值分析和統(tǒng)計(jì)分析的軟件包，吸引了世界上許多大學(xué)和政府研究機(jī)構(gòu)的專(zhuān)家共同合作。NAG已經(jīng)為68種型號(hào)的計(jì)算機(jī)配備了Fortran庫(kù)，Ada、Pascal、C的通用數(shù)學(xué)庫(kù)也已上市。NAG推出的Mark 15版數(shù)學(xué)庫(kù)中已包括用戶可調(diào)用的程序模塊1 045個(gè)，是同類(lèi)數(shù)學(xué)庫(kù)中規(guī)模最大也最先進(jìn)的一個(gè)，威爾金森在其中發(fā)揮了重要的作用。此外，在由美國(guó)阿爾貢(Argonne)實(shí)驗(yàn)室NATS(National Activity to Test Software)，小組于1972年開(kāi)發(fā)的EISPACK軟件包計(jì)劃中，威爾金森也曾積極參與并貢獻(xiàn)過(guò)力量，目前它是計(jì)算矩陣特征值最常用的數(shù)學(xué)庫(kù)。

威爾金森出版的幾部數(shù)學(xué)專(zhuān)著，如《代數(shù)處理中的舍人誤差》(Rounding Errors in Algebraic Processes，Prentice·Hall，1964)，《代數(shù)特征值問(wèn)題》(The Algebraic Eigenvalue Problem，Clarendon pr.，1965．中譯本由石鐘慈等譯，科學(xué)出版社出版)，《自動(dòng)計(jì)算手冊(cè)卷2：線性代數(shù)》(Handbook for Automatic Computation，V01．2，Linear Algebra，Springer，1971，與C．Reinsch合著)，都在學(xué)術(shù)界有很大影響，被視為經(jīng)典和必備參考書(shū)。

威爾金森從1946年進(jìn)入NPL到1980年正式退休，為NPL服務(wù)長(zhǎng)達(dá)34年，其間曾長(zhǎng)期擔(dān)任NPL的學(xué)術(shù)長(zhǎng)官，并被命名為“有特殊貢獻(xiàn)的首席科學(xué)長(zhǎng)官”(Special Merit Chief Scientific Officer)，這在英國(guó)的行政機(jī)構(gòu)中是一個(gè)極高而極少被授予的榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。這除了由于其個(gè)人在學(xué)術(shù)上的造詣和貢獻(xiàn)外，還由于他在NPL營(yíng)造了一個(gè)濃厚而民主的學(xué)術(shù)空氣，能使有才華的年青人脫穎而出，敢于創(chuàng)新。在很長(zhǎng)時(shí)間里，NPL都是歐洲乃至全世界最有創(chuàng)新精神的研究所之一，也是水平最高的研究機(jī)構(gòu)之一。例如，20世紀(jì)60年代在開(kāi)展計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究中，NPL的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(Data Network Project)中就率先采用了“包交換技術(shù)”(packet-switching)，成為當(dāng)今包括Internet在內(nèi)的所有各種類(lèi)型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)募夹g(shù)基礎(chǔ)。把“報(bào)文分組”通俗而形象地叫做“包”就是NPL當(dāng)時(shí)的自動(dòng)化部的年青主任戴維斯(D，W．Davies)的創(chuàng)造。

威爾金森1980年退休后擔(dān)任斯坦福大學(xué)客座教授，1986年10月5日在英國(guó)坦丁頓的家中不幸病逝，享年67歲。 

詹姆斯·哈迪·威爾金森 - 領(lǐng)域貢獻(xiàn)

Pilot ACE

在NPL，威爾金森一開(kāi)始協(xié)助圖靈設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)Pilot ACE。圖靈離開(kāi)NPL后，他接手整個(gè)項(xiàng)目，使得Pilot ACE于1950年5月10日，第一次正式試運(yùn)行成功。 

數(shù)值計(jì)算

威爾金森的主要貢獻(xiàn)是在數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域，尤其是在數(shù)值線性代數(shù)方面，發(fā)現(xiàn)很多有意義的算法。1960年，他在研究矩陣計(jì)算誤差時(shí)而提出“向后誤差分析法”(backward error analysis)，目前是計(jì)算機(jī)上各種數(shù)值計(jì)算最常用的誤差分析手段。

數(shù)值計(jì)算軟件包

1976年后，威爾金森積極參與并推動(dòng)成立了一個(gè)非贏利性的NAG的公司(Numerical Algorithms Group Ltd．)以開(kāi)發(fā)和推廣數(shù)值分析和統(tǒng)計(jì)分析的軟件包，并在EISPACK軟件包（en:EISPACK，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室于1972年開(kāi)發(fā)）計(jì)劃中，也曾積極參與并貢獻(xiàn)過(guò)力量。

著作

《代數(shù)處理中的舍人誤差》(Rounding Errors in Algebraic Processes，Prentice·Hall，1964)
《代數(shù)特征值問(wèn)題》(The Algebraic Eigenvalue Problem，Clarendon pr.，1965．中譯本由石鐘慈等譯，科學(xué)出版社出版)，
《自動(dòng)計(jì)算手冊(cè)卷2：線性代數(shù)》(Handbook for Automatic Computation，V01．2，Linear Algebra，Springer，1971，與C．Reinsch合著)

詹姆斯·哈迪·威爾金森 - 個(gè)人榮譽(yù)

1963年劍橋大學(xué)授予名譽(yù)博士學(xué)位，

1970年，工業(yè)和應(yīng)用數(shù)學(xué)會(huì)(SIAM)授予他馮·諾伊曼獎(jiǎng)。

1969年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士，

1987年被追授美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)的Chauvenet獎(jiǎng)。 

圖靈獎(jiǎng)

 1970年，他獲得了圖靈獎(jiǎng)，其頒獎(jiǎng)詞是：“因其在數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域的研究，他在線性代數(shù)計(jì)算與向后誤差分析法方面的工作，獲得廣泛贊譽(yù)，促進(jìn)了高速數(shù)字計(jì)算機(jī)的應(yīng)用�！�

1991年設(shè)立了以他命名的威爾金森獎(jiǎng)，用于表彰優(yōu)秀的數(shù)值分析軟件作者。

威爾金森在接受圖靈獎(jiǎng)時(shí)發(fā)表了題為“一個(gè)數(shù)值分析家的若干意見(jiàn)”(Some Comments froma Numerical Analyst)的演說(shuō)，刊載于Journal of ACM，1997年4月，137—147頁(yè)，也可見(jiàn)《前20年的ACM的圖靈獎(jiǎng)的演說(shuō)集》（ACM Award Lectures—The First 20 Years:1996-1985，ACM Pr.），243—256頁(yè)。