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  • 馮·諾伊曼

    馮·諾伊曼

    約翰·馮·諾伊曼(匈牙利語:Neumann János;英語:John von Neumann,1903年12月28日-1957年2月8日)是出生于匈牙利的美國籍猶太人數(shù)學(xué)家,合作博弈論的創(chuàng)立人,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)創(chuàng)始人之一。他在物理學(xué)中的量子力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、以及其它領(lǐng)域都作過重大貢獻(xiàn)。

    馮·諾伊曼 - 個人簡介

    姓名:馮·諾伊曼,J(vonNeumann,John)。
    籍貫:匈牙利。
    姓名:(英文) John Von Neumann。
    出生年月 1903年12月28日-1957年2月8日。
    出生國家:地點(diǎn) 匈牙利布達(dá)佩斯。
    教育背景:1926年,獲得布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位。
    1925年,獲得瑞士蘇黎士聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)位。
    1921年-1923年,柏林大學(xué)。
    1921年,進(jìn)入布達(dá)佩斯大學(xué)。
    職業(yè)背景:1930年-1955年,普林斯頓大學(xué)任教。
    名言:“如果人們不相信數(shù)學(xué)很簡單,只是因?yàn)樗麄儧]有認(rèn)識到生活有多復(fù)雜。”

    馮·諾伊曼 - 職業(yè)生涯

    諾伊曼于1903年出生于匈牙利的布達(dá)佩斯。他是一個數(shù)字神童,11歲時已顯示出數(shù)學(xué)天賦。12歲的諾伊曼就對集合論,泛函分析等深奧的數(shù)學(xué)領(lǐng)域了如指掌。青年時期,諾伊曼從著名數(shù)學(xué)家希爾伯特,從此,他更是如魚得水,在數(shù)學(xué)在海洋中暢游。在獲得數(shù)學(xué)博士之后,他成為美國普林斯頓大學(xué)的第一批終身教授,那時,他還不到30歲。
    諾伊曼不僅是個數(shù)學(xué)天才,在其他領(lǐng)域也大有建樹。他精通七種語言,在化學(xué)方面也有相當(dāng)?shù)脑煸,曾獲蘇黎世高等技術(shù)學(xué)院化學(xué)系大學(xué)學(xué)位。更為難得的是,他并不僅僅局限于純數(shù)學(xué)上的研究,而是把數(shù)學(xué)應(yīng)用到其他學(xué)科中去。他對經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)和流體力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)進(jìn)行過深入的研究,并獲得重大成果,這些都說明諾伊曼具備了堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ),和廣博的知識,為他后來從事計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)強(qiáng)的后盾。
    1944年,諾伊曼參加原子彈的研制工作,該工作涉及到極為困難的計(jì)算。在對原子核反應(yīng)過程的研究中,要對一個反應(yīng)的傳播做出“是”或“否”的回答。解決這一問題通常需要通過幾十億次的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯指令,盡管最終的數(shù)據(jù)并不要求十分精確,但所有的中間運(yùn)算過程均不可缺少,且要盡可能保持準(zhǔn)確。他所在的洛·斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室為此聘用了一百多名女計(jì)算員,利用臺式計(jì)算機(jī)從早到晚計(jì)算,還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。無窮無盡的數(shù)字和邏輯指令如同沙漠一樣把人的智慧和精力吸盡。
    被計(jì)算機(jī)所困擾的諾伊曼在一次極為偶然的機(jī)會中知道了ENIAC計(jì)算機(jī)的研制計(jì)劃,從此他投身到計(jì)算機(jī)研制這一宏偉的事業(yè)中,建立了一生中最大的豐功偉績。
    1944年夏的一天,正在火車站候車的諾伊曼巧遇戈?duì)査固,并同他進(jìn)行了短暫的交談。當(dāng)時,戈?duì)査固故敲绹鴱椀缹?shí)驗(yàn)室的軍方負(fù)責(zé)人,他正參與ENIAC計(jì)算機(jī)的研制工作。在交談在,戈?duì)査固垢嬖V了諾伊曼有關(guān)ENIAC的研制情況。具有遠(yuǎn)見卓識的諾伊曼為這一研制計(jì)劃所吸引,他意識到了這項(xiàng)工作的深遠(yuǎn)意義。
    幾天之后,諾伊曼專程來到莫爾學(xué)院,參觀了尚未竣工的這臺龐大的機(jī)器,并以其敏銳的眼光,一下子抓住了計(jì)算機(jī)的靈魂--邏輯結(jié)構(gòu)問題,令年輕的ENIAC的研制們敬佩不已。 
     因?qū)嶋H工作中對計(jì)算的需要以及把數(shù)學(xué)應(yīng)用到其他科學(xué)問題的強(qiáng)烈愿望,使諾伊曼迅速決定投身到計(jì)算機(jī)研制者的行列。對業(yè)已功成名就的諾伊曼來說,這樣做需要極大的勇氣,因?yàn)檫@是一個成敗未卜的新征途,一旦失敗,會影響他已取得的名譽(yù)和地位。諾伊曼卻以對新事物前途的洞察力,毅然決然地向此征途邁出了第一步,于1944年8月加入莫爾計(jì)算機(jī)研制小組,為計(jì)算機(jī)研制翻開了輝煌的一頁。
    諾伊曼以其非凡的分析、綜合能力及雄厚的數(shù)理基礎(chǔ),集眾人之長,提出了一系列優(yōu)秀的設(shè)計(jì)思想,在他和莫爾小組其他成員的共同努力下,只經(jīng)歷了短短的十個月,人類在數(shù)千年中積累起來的科學(xué)技術(shù)文明,終于結(jié)出了最激動人心的智慧之花--一個全新的存儲程序通用電子計(jì)算機(jī)方案(EDVAC方案)誕生了。
    諾伊曼以“關(guān)于EDVAC的報(bào)告草案”為題,起草了長達(dá)101頁的總結(jié)報(bào)告。報(bào)告廣泛而具體地介紹了制造電子計(jì)算機(jī)和程序設(shè)計(jì)的新思想。報(bào)告明確規(guī)定,EDVAC計(jì)算機(jī)由計(jì)算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出五大部分組成,并闡述了這五大部分的職能和相互關(guān)系。這份報(bào)告是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上一個劃時代的文獻(xiàn),它向世界宣告:電子計(jì)算機(jī)的時代開始了。
    1954年6月,諾伊曼到美國普林斯頓高級研究所工作,出任ISA計(jì)算機(jī)研制小組的主任職位。在那時,他提出了更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告“電子計(jì)算裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探”。報(bào)告中,諾伊曼對EDVAC中的兩大設(shè)計(jì)思想作了進(jìn)一步的論證,為計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)樹立了一座里程碑。
    設(shè)計(jì)思想之一是二進(jìn)制,他根據(jù)電子元件雙穩(wěn)工作的特點(diǎn),建議在電子計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制。報(bào)告提到了二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn),并預(yù)言,二進(jìn)制的采用將大簡化機(jī)器的邏輯線路。
    實(shí)踐證明了諾伊曼預(yù)言的正確性。如今,邏輯代數(shù)的應(yīng)用已成為設(shè)計(jì)電子計(jì)算機(jī)的重要手段,在EDVAC中采用的主要邏輯線路也一直沿用著,只是對實(shí)現(xiàn)邏輯線路的工程方法和邏輯電路的分析方法作了改進(jìn)。

    馮·諾伊曼 - 個人榮譽(yù)

    1903年12月28日生于匈牙利布達(dá)佩斯;1957年2月8日卒于美國華盛頓。數(shù)學(xué),物理,計(jì)算機(jī)科學(xué)。馮·諾伊曼一生擔(dān)任過許多科學(xué)職位,獲得了眾多榮譽(yù),最主要的有:1937年獲美國數(shù)學(xué)會博歇獎;1947年獲美國數(shù)學(xué)會吉布斯(Gibbs)講師席位,并得到功勛獎?wù)拢ǹ偨y(tǒng)獎);1951-1953年任美國數(shù)學(xué)會主席;1956年獲愛因斯坦紀(jì)念獎及費(fèi)米獎。
    他發(fā)表的學(xué)術(shù)論文共有150余篇,全部收錄在1961年珀格蒙出版社出版的《馮·諾伊曼文集》。其中60篇是純粹數(shù)學(xué)方面的,60篇關(guān)于應(yīng)用數(shù)學(xué),20篇屬于物理學(xué)。馮·諾伊曼以其超人的才思和豐碩的學(xué)術(shù)成果,成為一代科學(xué)巨匠。

    馮·諾伊曼 - 個人影響

    程序內(nèi)存是諾伊曼的另一杰作。通過對ENIAC的考察,諾伊曼敏銳地抓住了它的最大弱點(diǎn)--沒有真正的存儲器。ENIAC只在20個暫存器,它的程序是外插型的,指令存儲在計(jì)算機(jī)的其他電路中。這樣,解題之前,必需先相好所需的全部指令,通過手工把相應(yīng)的電路聯(lián)通。這種準(zhǔn)備工作要花幾小時甚至幾天時間,而計(jì)算本身只需幾分鐘。計(jì)算的高速與程序的手工存在著很大的矛盾。
    針對這個問題,諾伊曼提出了程序內(nèi)存的思想:把運(yùn)算程序存在機(jī)器的存儲器中,程序設(shè)計(jì)員只需要云存儲器中尋找運(yùn)算指令,機(jī)器就會自行計(jì)算,這樣,就不必每個問題都重新編程,從而大大加快了運(yùn)算進(jìn)程。這一思想標(biāo)志著自動運(yùn)算的實(shí)現(xiàn),標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)的成熟,已成為電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的基本原則。

    馮·諾伊曼 - 人物評價

    馮·諾伊曼為計(jì)算機(jī)的發(fā)展道路打通了一道道關(guān)卡。盡管長期以來,關(guān)于二進(jìn)制的引入和程序內(nèi)存的發(fā)明權(quán)一直有爭議,但是,諾伊曼在計(jì)算機(jī)總體配置和邏輯設(shè)計(jì)上所做的卓越貢獻(xiàn)掀起了一次計(jì)算機(jī)熱潮。推動了電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展。他無愧于“計(jì)算機(jī)之父”這一美稱。

    馮·諾伊曼

    1903年12月28日,馮?諾依曼(John Von Neumann 1903-1957)誕生在匈牙利布達(dá)佩斯,一個殷實(shí)的猶太人家庭里。這個家庭歷史上曾產(chǎn)生過一些著名的數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家。他的父親是一個銀行家,很受當(dāng)?shù)厝俗鹁矗Z依曼是三個兒子中的老大。童年的諾依曼,高高的個子,一雙棕褐色的明亮的大眼睛。他個性活潑,喜歡沉思。據(jù)說幼年時的諾依曼記憶力十分驚人,讀書過目成誦。尤其是表現(xiàn)出罕見的數(shù)學(xué)天才,“數(shù)學(xué)神童”的名聲一直傳揚(yáng)在外。神童般的幼年預(yù)示著他將來必成大器,歲月果然證實(shí)了這點(diǎn)。
    3歲,就能記住不少數(shù)字。6歲,他就能心算8位數(shù)除法。8歲,學(xué)會了微積分。他對數(shù)學(xué)的喜愛到了入迷的地步。據(jù)說有一次,他看到母親停下手中的鉤針盯著前方某點(diǎn)沉思,就問:“您在計(jì)算什么?”甚至與小伙伴們一起去玩,往往演變成對數(shù)學(xué)原理的爭論。11歲上中學(xué)后,老師也對他卓越的數(shù)學(xué)天賦驚嘆不已,向他父親建議,干脆讓小諾依曼退學(xué)回家,聘請大學(xué)教授來當(dāng)家庭教師。17歲時,與老師合作發(fā)表了第一篇數(shù)學(xué)論文。年輕的諾依曼不但聰明過人,還富于幽默感,愛好雙關(guān)語和俏皮的打油詩。上大學(xué),父親要他攻讀化學(xué)工程,可他已經(jīng)醉心于數(shù)學(xué)天地,難以自拔。
    第一次世界大戰(zhàn)對諾依曼的沖擊很大。他父親的銀行被沒收了,全家人逃亡威尼斯,這使諾依曼終生成為堅(jiān)定的反共產(chǎn)主義分子。1921年到1923年期間,諾依曼雖然被布達(dá)佩斯大學(xué)錄取,卻在柏林大學(xué)師從數(shù)學(xué)家斯米特,也常常去聽愛因斯坦的講座。諾依曼作為全才型的天才,掌握了7種語言,并在最新的數(shù)學(xué)分支——集合論、泛函分析等理論研究中取得突破性進(jìn)展。22歲時,諾依曼獲得瑞士蘇黎士聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)位。1926年,獲得布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位。此后,他轉(zhuǎn)向物理領(lǐng)域,在理論物理領(lǐng)域“風(fēng)光無限”。風(fēng)華正茂的諾依曼一下子成為科學(xué)殿堂的“文武全才”,在數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、博弈論和數(shù)值分析等領(lǐng)域都有不凡的建樹。
    年輕的馮?諾依曼由于才華出眾,在學(xué)術(shù)界越來越引人注目了。他先后游學(xué)著名的柏林大學(xué)、漢堡大學(xué),任私人教授。并成為德國大數(shù)學(xué)家大衛(wèi)?希爾伯特的得意門生。那時的美國與歐洲相比,科學(xué)水平較低,急需引進(jìn)人才。1930年,美國數(shù)學(xué)泰斗韋伯倫教授廣羅天下英才,邀請他來普林斯頓大學(xué)任教,諾依曼欣然前往,登上一艘小型的丘納德船,橫渡大西洋,應(yīng)邀到美國普林斯頓大學(xué)擔(dān)任客座講師。不久,又被轉(zhuǎn)聘為訪問教授。1933年,普林斯頓成立高級研究院,諾依曼是其中一名最年輕的教授,本世紀(jì)最著名的科學(xué)家愛因斯坦是他的同事。
    傳記神人的神奇之處
    由于納粹德國迫害猶太血統(tǒng)的科學(xué)家,諾依曼無法再回德國工作,因此在美國終生定居,在1930年加入了美國籍。1938年12月8日,他與克拉瑞?唐結(jié)婚,克拉瑞后來成為洛杉磯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一名程序員。諾依曼在普林斯頓大學(xué)一直工作到1955年夏,然后去原子能委員會任職。

    二戰(zhàn)爆發(fā)后,他參與美國一些重大的科研項(xiàng)目,如著名的制造原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”。 此外,他還是“博弈論”的發(fā)展人之一!安┺恼摗笔菫榱四茉谑謴(fù)雜的博弈中取勝而制定出戰(zhàn)略的一種數(shù)學(xué)研究,也可以作為經(jīng)濟(jì)或軍事戰(zhàn)略上的模式。諾依曼曾與經(jīng)濟(jì)學(xué)家摩根斯特恩合著過《博弈論與經(jīng)濟(jì)行為》一書,為運(yùn)籌領(lǐng)域做出不可磨滅的貢獻(xiàn)。

    諾依曼擁有罕見的記憶力。對于他曾經(jīng)讀過的書,他能在10年之后逐一引用原書的段落和文字。40年代,他的同事曾經(jīng)想考考他的記憶力,問他《雙城記》是如何開頭的,諾依曼不假思索開始背誦,毫不間斷、無比流利地進(jìn)行到被叫停,一共持續(xù)了10分鐘。諾依曼的天才還表現(xiàn)在他極其透徹的分析能力上,在最短的時間內(nèi),透過繁復(fù)蕪雜的現(xiàn)象,單刀直入,抓住問題的核心和癥結(jié)。

    有一次,一位優(yōu)秀數(shù)學(xué)家通宵達(dá)旦,伏案完成了一項(xiàng)數(shù)學(xué)計(jì)算,次日見到諾依曼,提及此事,諾依曼仰視天花板,靜默幾分鐘后,就得出了一模一樣的結(jié)論,使所有在場的人大驚失色。諾依曼擅長抓住理論物理中的一些顯然無關(guān)的概念,把它們組成優(yōu)美簡潔的邏輯結(jié)構(gòu)。他還擁有進(jìn)行各種心算的驚人才能,思維過程極快,幾乎在說話者說出頭幾句話后就能一下子了解對方的最后論點(diǎn)。以至于他的一位同事很感慨地說:“你看!馮的確不是個凡人。但在同人們長期共同生活之后,他也學(xué)會了怎樣出色地去模仿世人!

    諾依曼長著橢圓形的面孔,前額高聳,身材矮胖,講一口流利帶有外國口音的英語,語速很快。他衣著講究,經(jīng)常穿著馬甲,兜里插著手絹,扣上外衣扣子。熱衷于各種小裝置,也愛好復(fù)雜的玩具。他是一個工作狂,常常不解決問題決不停手,有時靈感突至,夜里也會爬起來。諾依曼食量驚人,在洛斯阿拉莫斯時,常常驅(qū)車120英里去一家墨西哥餐觀館飽餐一頓。他對工作之外的東西都漫不經(jīng)心。
    有一次,他正在病中的妻子請他倒杯水,諾依曼不得不問杯子放在哪,那時他已經(jīng)在這個屋子里住了17年。諾依曼對他的車子也同樣粗心大意,幾乎每年都報(bào)廢一輛車子。
    改變世界的邂逅
    1944年夏天,美國東部的馬里蘭州阿伯丁火車站站臺上,諾依曼和一位年輕的軍官不期而遇,后者是美軍軍械部彈道實(shí)驗(yàn)室的赫爾曼?哥爾斯廷上尉,負(fù)責(zé)美軍槍炮火力表的測試。哥爾斯廷上尉出于對諾依曼的景仰,上前和他攀談。數(shù)學(xué)大師和后起之秀在阿伯丁站臺上的談話非常融洽。當(dāng)上尉告訴諾依曼,目前他正從事一項(xiàng)科研,研制一臺每秒鐘能進(jìn)行333次乘法運(yùn)算的電子計(jì)算機(jī)時,諾依曼頓時萌生興趣,連連追問。剛才輕松的交談氣氛一掃而空,哥爾斯廷被問得汗流浹背,用他后來的話說,“簡直像一場數(shù)學(xué)博士論文的答辯”。不久,也就是1944年8月,心有掛念的諾依曼急匆匆趕往賓夕法尼亞大學(xué)的摩爾學(xué)院,去看哥爾斯廷上尉所講的那臺機(jī)器。
    30年代,電子學(xué)的發(fā)展和研制穿孔卡片式統(tǒng)計(jì)分析機(jī)的經(jīng)驗(yàn),為創(chuàng)立電子計(jì)算機(jī)提供了主要的技術(shù)前提。二次大戰(zhàn)中,賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院電子系和阿伯丁彈道研究實(shí)驗(yàn)室共同負(fù)責(zé)為陸軍每天提供6張火力表。任務(wù)艱難而緊迫。因?yàn)槊繌埍矶家?jì)算幾百條彈道,而一個熟練的計(jì)算員計(jì)算一條飛行時間60秒的彈道要花20小時。盡管他們改進(jìn)了微分分析儀,聘用了200多名計(jì)算員,一張火力表仍要算兩三個月,問題相當(dāng)嚴(yán)重。
    當(dāng)時,負(fù)責(zé)該項(xiàng)工作的軍方代表正是年輕的哥爾斯廷,他原是一位數(shù)學(xué)家。他的朋友莫齊利這時正好在莫爾學(xué)院電子系任職。1942年8月,莫齊利寫出《高速電子管計(jì)算機(jī)裝置的使用》的備忘錄,即ENIAC的初始方案。思想敏捷的哥爾斯廷馬上意識到方案的巨大價值,立即向他的上司匯報(bào),獲得支持,成立了研制小組。
    小組的成員是:負(fù)責(zé)電子計(jì)算機(jī)總設(shè)計(jì)方案的是物理學(xué)家莫齊利;芬蘭人艾克特?fù)?dān)任總工程師,負(fù)責(zé)解決制造中一系列困難復(fù)雜的工程技術(shù)問題;年輕的哥爾斯廷不僅在數(shù)學(xué)上能提出有用的建議,而且是精干的科研管理人才;另外還有年輕的邏輯學(xué)家勃克斯參加。正當(dāng)研制工作停滯不前、研制者大傷腦筋時,馮?諾依曼恰逢其時,投身到新型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的行列中。

    艾克特還說:“馮?諾依曼是否真正的天才,從他來以后提的第一個問題就可判斷出來。”這年8月初,馮?諾依曼來到莫爾學(xué)院,參觀了尚未竣工的被稱為ENIAC的電子計(jì)算機(jī),他第一個問題就問起機(jī)器的邏輯結(jié)構(gòu)。艾克特心中暗暗佩服:“不愧是位天才的科學(xué)家,一下就點(diǎn)到問題的要害!”這以后,馮?諾依曼就成為莫爾學(xué)院的實(shí)際顧問。

    當(dāng)時“愛尼亞克”(ENIAC)”已研制到一半,正處于在程序存儲問題上搖擺不定的緊急關(guān)頭,天才數(shù)學(xué)家諾依曼的出現(xiàn),一下子改變了當(dāng)時半夢半醒的局面。而對諾依曼來說,這次邂逅也打開了他的心結(jié)。原來,二戰(zhàn)爆發(fā)后,諾依曼作為美國政府的高級科學(xué)顧問,在最高的科學(xué)技術(shù)決策層中有很強(qiáng)的影響力。在他參與的“曼哈頓計(jì)劃”中,原子核裂變的各項(xiàng)數(shù)據(jù)非常繁雜,如果用人工來計(jì)算,即便聰慧如諾依曼,有1000個也不頂事。而那些半自動和電動的計(jì)算機(jī)器,也快不了多少。他痛感現(xiàn)有的計(jì)算工具速度太慢,使一些重大科研項(xiàng)目的進(jìn)度受到嚴(yán)重的影響。因此,他一聽說彈道實(shí)驗(yàn)室有個“PX計(jì)劃”,要搞一臺每秒能做333次乘法運(yùn)算的電子計(jì)算機(jī)時,簡直喜不勝喜。在看過“愛尼亞克”后的9月份,他就成了摩爾學(xué)院的常客,與莫齊利和艾克特一同研究的問題。 
    奠定馮? 諾依曼結(jié)構(gòu)
    “愛尼亞克”出現(xiàn)的程序存儲問題,對于諾依曼來說,真是“天將降大任于斯人也”!他的天才得到淋漓盡致的發(fā)揮,明確指出:那種半夢半醒的折衷方案不可取,要做就做到最好,一定要徹底實(shí)現(xiàn)程序由外存儲向內(nèi)存儲的轉(zhuǎn)化,所有程序指令必須用內(nèi)在記憶的方式存儲在磁帶上,以電子的速度運(yùn)行。必須大刀闊斧修改原有設(shè)計(jì)。諾依曼還是財(cái)神爺,經(jīng)費(fèi)不夠,他有足夠的影響力去爭取。在諾依曼的影響下,整個研制工作取得了突破性的進(jìn)展,軍方也信心倍增,一口氣追加了10萬美元的投資。
    而諾依曼自己也傾注了大量的心血,拋開美國政府高級科學(xué)顧問和著名科學(xué)家的身份,和大伙一起,一頭鉆進(jìn)“愛尼亞克”研制小組,甚至當(dāng)他因其他要事無法出席時,一定會以信函的方式提出自己的意見。在此,諾依曼提出了一個新的改進(jìn)方案,一是用二進(jìn)制代替十進(jìn)制,進(jìn)一步提高電子元件的運(yùn)算速度;二是存儲程序(Stored Program),即把程序放在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲器中。后一點(diǎn),解決了當(dāng)時計(jì)算機(jī)內(nèi)外聯(lián)系不便的毛病。
    此前,曾有過一用計(jì)算機(jī)就需要數(shù)十名精兵強(qiáng)將手忙腳亂地連接各種導(dǎo)線,否則計(jì)算機(jī)只能干瞪眼不干活。而諾依曼妙手回春,給原本健忘的計(jì)算機(jī)開了一副靈丹妙藥。他的改進(jìn)方案稱為“愛達(dá)法克”(EDVAC),是“離散變量自動電子計(jì)算機(jī)”(Electronic Discrete Variable Computer)的簡稱。 
    1945年6月,他將自己的思想撰寫成文,題為《關(guān)于離散變量自動電子計(jì)算機(jī)的草案》,長達(dá)101頁,提出了在數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲器中存放程序的概念(Stored Program Concept)。這是所有現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的范式,被稱為“馮?諾依曼結(jié)構(gòu)”,按這一結(jié)構(gòu)建造的電腦稱為存儲程序計(jì)算機(jī)(Stored Program Computer),又稱為通用計(jì)算機(jī)。長達(dá)101頁的EDVAC方案是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個劃時代的文獻(xiàn),它向世界宣告:電子計(jì)算機(jī)時代開始了。而為這個方案做出貢獻(xiàn)的天才科學(xué)家馮?諾依曼則被人們譽(yù)為“電子計(jì)算機(jī)之父”。
    和愛因斯坦等但這篇文章的出現(xiàn)卻使得“愛尼亞克”的研制者——艾克特和莫齊利與諾依曼鬧翻了。原來這篇掀起了世界的計(jì)算機(jī)熱潮,成為劃時代文獻(xiàn)的報(bào)告,只單獨(dú)署了諾依曼的大名。諾依曼是半道插進(jìn)來的,卻把辛辛苦苦做了一大半研制工作的艾克特和莫齊利拋到了腦后。這不能不讓艾克特和莫齊利心存不滿。
    再說,諾依曼文章提出的存儲程序,莫齊利和艾克特也早有類似的想法,并在研制中不斷地在摸索,諾依曼只是把它深化、概念化、系統(tǒng)化而已。應(yīng)該說,艾克特和莫齊利是“愛尼亞克”真正研制者(這一點(diǎn)舉世公認(rèn)),他倆是第一臺電腦的產(chǎn)婦,而諾依曼是第一臺電腦的助產(chǎn)士。現(xiàn)在,諾依曼事先不打任何招呼,撇開研制小組的其他所有成員,把研制情況公諸于世,好像是他的獨(dú)創(chuàng)一樣。而艾克特和莫齊利由于要遵守美國的有關(guān)保密法規(guī),不能發(fā)表有關(guān)項(xiàng)目的任何內(nèi)容。諾依曼卻不同,他不能算“愛尼亞克”小組的正式成員,而且身份特殊,算作參與者同時又是不受保密法限制的旁觀者,所以盡可寫文章發(fā)表。
    造計(jì)算機(jī)就像母雞下蛋
    由于種種原因,諾依曼的設(shè)想沒能在“愛尼亞克”上實(shí)現(xiàn),因?yàn)槟菚r“愛尼亞克”總體設(shè)計(jì)和主體建造工程已經(jīng)完成。直到1952年“愛達(dá)法克”(EDVAC)才姍姍來到人間。早在三年前,也即1949年5月6日,第一臺存儲程序的“諾依曼機(jī)器”由英國劍橋大學(xué)的莫里斯?威爾克斯研制成功,名為“愛達(dá)賽克”(EDSAC),是英文Electronic Delay Storage Automatic Calculator的簡稱。威爾克斯僅用了一個晚上就將《關(guān)于離散變量自動電子計(jì)算機(jī)的草案》通讀,并做了詳盡的筆記。仿照諾依曼提出的“離散變量自動電子計(jì)算器”(EDVAC),威爾克斯把他的設(shè)計(jì)的機(jī)器命名為“機(jī)電存儲自動電子計(jì)算器”(Electronic Delay Storage Automatic Calculator),簡稱“愛達(dá)賽克”(EDSAC),表明他的基本設(shè)計(jì)思想來自諾依曼。
    憑他的天才和敏銳,諾依曼在電腦初創(chuàng)期,高屋建瓴地提出了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ),規(guī)范了電腦的發(fā)展方向。諾依曼還是一個卓越的科研組織者。當(dāng)艾克特和莫齊利與摩爾學(xué)院分道揚(yáng)鑣后不久,諾依曼也離開他提出的“愛達(dá)法克”(EDVAC)研制小組,回到普林斯頓高等研究院,在那里研制名為“高等研究院電腦”,又稱“阿艾斯機(jī)”(IAS)。當(dāng)時有人對在20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家愛因斯坦所在的圣地,興師動眾斥巨資搞電腦,很不以為然。但諾依曼力排眾議,認(rèn)為電腦將會把普林斯頓大學(xué)的象牙塔推進(jìn)一個新時代。當(dāng)他看到高等研究院里才智不凡的青年人陷于繁煩低級的數(shù)學(xué)運(yùn)算時,曾痛心疾首地說:“這種浪拋才智的行為簡直形同犯罪!
    在他牽頭下,1946年3月,“阿艾斯機(jī)”開始研制,由普林斯頓大學(xué)出實(shí)驗(yàn)場地,由美國陸軍軍械部彈道實(shí)驗(yàn)室和國家原子能委員會投資。諾依曼不存芥蒂,力邀艾克特來作技術(shù)總負(fù)責(zé),但因艾克特已下決心與莫齊利一同創(chuàng)辦公司,未能如愿。諾依曼退而求其次,請麻省理工學(xué)院的也曾參與過“愛尼亞克”研制的朱利安?比格羅前來主持。此時已脫下軍裝的哥爾斯廷也追隨諾依曼來到普林斯頓大學(xué),做他的副手。
    1946年6月,設(shè)計(jì)方案出來后,諾依曼把副本送給洛斯?阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室、伊利安諾大學(xué)、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和國防部的思想庫蘭德公司等著名的科研機(jī)構(gòu),為日后給這些機(jī)構(gòu)構(gòu)造用于科學(xué)計(jì)算的電腦做準(zhǔn)備。經(jīng)過6年的努力,“阿艾斯機(jī)”在1952年6月10日正式建成,它只有2300個電子管,長6英尺、高8英尺、寬2英尺,是同期中外型最小的、而運(yùn)算能力最強(qiáng)的,在調(diào)試階段,做過一次著名的試驗(yàn),每日24小時連軸轉(zhuǎn)不間斷運(yùn)行60天,對當(dāng)時氫彈設(shè)計(jì)中的大量關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,為氫彈的研制立下汗馬功勞。
    “阿艾斯機(jī)”后來又復(fù)制十多臺供上述多家機(jī)構(gòu)使用,這些機(jī)構(gòu)又在“阿艾斯機(jī)”的基礎(chǔ)上,又各自研制新型電腦,如“奧達(dá)法克”(ORDVAC)、“伊利亞克”(ILLIAC)、“喬尼亞克”(JOHNNAC)、“曼尼亞克”(MANIAC)和“愛維達(dá)克”(AVIDAC)等。其中有一臺“阿艾斯機(jī)”還漂洋過海,到澳大利亞的悉尼安家落戶,名叫“西利亞克”(SIUIAC)。凝聚著諾依曼心血的“阿艾斯機(jī)”簡直就是一只孵了一窩小雞的母雞。
    大師輩出的時代
    1951年,IBM開始決定開發(fā)商用電腦,聘請諾依曼擔(dān)任公司的科學(xué)顧問,1952年12月,IBM第一臺存儲程序計(jì)算機(jī)研制完成,也就是通常意義上的電腦,起名IBM 701。此后,IBM公司承建的“諾克”(NORC,美國海軍軍械研究計(jì)算機(jī)的簡稱)也問世了,諾依曼參加了典禮,并發(fā)表講話,他說電腦的設(shè)計(jì)和建造都要考慮需要、造價和商業(yè)利潤諸如此類的事,這些事都是很現(xiàn)實(shí)的,在百分之九十九的情況都必須遵循時,還有百分之一的情況,可算作例外。那就是把這些顧慮拋在腦后,用盡全力來研制最高級的電腦,從而臻至一種藝術(shù)的狀態(tài)。諾依曼提出的“藝術(shù)狀態(tài)的電腦”一直被理解為不惜一切代價造出來的高級電腦,或許諾依曼也是這個意思。如果他能看到沃茲尼克的“蘋果2型”個人電腦的話,諾伊曼肯定會贊嘆不已,也肯定會和設(shè)計(jì)者結(jié)成忘年交。只可惜,早在1957年,這位天才的數(shù)學(xué)家就去世了,而那時沃茲尼克剛剛咿咿學(xué)語。
    諾依曼后來還與經(jīng)濟(jì)學(xué)家摩根斯坦(O Morgenstern)合寫過一本名著,《博弈論與經(jīng)濟(jì)行為》。此書與控制論有許多相通之處,很令人佩服。1943年,他們倆發(fā)起一次討論會,邀請一些數(shù)學(xué)家、生理學(xué)家、心理學(xué)家和工程技術(shù)專家等,在普林斯頓大學(xué)討論各門學(xué)科的交叉性問題。1943年維納和墨西哥生理學(xué)家羅森布魯特以及阿伯丁軍械試驗(yàn)場的工程師別格羅合寫了《行為、目的和目的論》一文,提出了后來成為控制論基本概念的“反饋”(feedback)。在這篇開創(chuàng)性的論文,維納肯定了人類的神經(jīng)系統(tǒng)的智能活動可以同技術(shù)裝置間建立一種模擬關(guān)系。
    1947年,維納去法國參加一次數(shù)學(xué)會議,途經(jīng)英國,拜訪了圖靈,與他討論了控制論的基本思想,還參觀了劍橋大學(xué)心理研究所。這次英國之行,使維納強(qiáng)烈意識到控制論的建立已成為一種國際性的聲勢。于是就有了1948年《控制論》和問世。
    控制論與電腦之間究竟是一種怎樣的關(guān)系?兩者之間不存在什么誰決定誰的問題。
    從1955年開始,諾依曼把精力投入到電腦和人腦的結(jié)構(gòu)對比研究上,心理學(xué)和生理學(xué)非他所長,因而諾依曼是從邏輯和統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的角度切入的。相似方面好說,可以舉出一大摞,但關(guān)鍵是相異方面,馮?諾依曼特別強(qiáng)調(diào):差異不僅存在于大小尺寸、速度等明顯之處,而且更深入、更根本的方面表現(xiàn)在功能和控制的原理、總體的組織原理等等;人腦的“邏輯深度”和“算術(shù)深度”要比電腦小得多,但同樣容積的神經(jīng)元比電子元件能完成更多的運(yùn)算,同時處理更多的信息,記憶容量也大得驚人,神經(jīng)元運(yùn)算的精度低而綜合的可靠性高等。這些觀點(diǎn)諾依曼生前未曾發(fā)表,1958年他去世一年后以《電腦和人腦》的名字出版。
    人腦與電腦之間
    諾依曼沒有參加1956年達(dá)特茅思學(xué)院那次精英的聚會,但他開創(chuàng)了人工智能研究中心兩大學(xué)派之一數(shù)學(xué)學(xué)派,另一學(xué)派是心理學(xué)派。前者側(cè)重電腦和人腦在解決同一問題時共同的算法,不太關(guān)心哪一個更聰明之類的問題;后者很調(diào)強(qiáng)人腦比電腦聰明,主張把人腦解決問題的方法變成電腦的程序即啟發(fā)式程序,依靠它來解決問題,如與維納合作過的羅森布魯特就很典型,他研制過“類人電腦”,這個“類”字很能說明問題。簡單說來,數(shù)學(xué)學(xué)派的觀點(diǎn)可以概括為“人腦類似電腦”,而心理學(xué)派則說:“但電腦不是人腦”。
    我們知道因?yàn)殪`魂的關(guān)系,教會一直對人機(jī)之間關(guān)系問題很敏感,否則梅特利不會東躲西逃。后來當(dāng)圖靈提出“圖靈測試”時,首先就反駁的神學(xué)方面的異議,教會人士說上帝只把不朽的靈魂給予人類,而沒有給予別的動物和機(jī)器,故而人是萬物之靈長。圖靈說這種觀點(diǎn)不值一駁。當(dāng)控制論問世時,也是教會人士開始咒罵,說它是“淫蕩的唯物論的產(chǎn)物,它剝奪了上帝賜給的靈魂”。事情在1963年發(fā)生變化,英國劍橋大學(xué)的有關(guān)專家和神學(xué)家們合作,通過一臺叫“水星”(Mecury)的電腦,通過對某些詞匯和短語出現(xiàn)頻率,對《圣經(jīng)》風(fēng)格進(jìn)行鑒定,結(jié)果判定《新約?使徒行傳》中歷來有爭議的15節(jié)使徒書,圣保羅只寫了其中的四節(jié)。這下在教會中掀起一場空前的風(fēng)波。
    “存儲程序”的概念是諾依曼首先提出來的,這是肯定無疑的。至于最初的創(chuàng)意,當(dāng)然與圖靈、維納以及負(fù)責(zé)實(shí)際工程制造的莫齊利和艾克特都有關(guān),諾依曼是位謙遜的天才,據(jù)跟隨他多年的一位助手富蘭克爾說,諾依曼從未對他提起過“存儲程序是他發(fā)明的一句半點(diǎn)的話。實(shí)際上,“存儲程序”的概念凝聚了那個時代先驅(qū)者們共同的智慧,然后由諾依曼以非凡的洞察力把它表述出來,從而奠定了電腦的整個基礎(chǔ)。盡管到目前為止我們所有的電腦都叫“諾依曼機(jī)器”,但從“存儲程序”概念出現(xiàn)的那一天起,人們就在苦苦思考如何超越這一范式了。1947年,圖靈提出自動生成程序,實(shí)際上就或多或少體現(xiàn)出這種探索精神。諾依曼晚年致力于人工智能的研究,也有明顯想自我超越的意向。
    自60年代起,人們從兩個大方向開始努力,一是創(chuàng)建新的程序設(shè)計(jì)語言即所謂的“非諾依曼語言”;二是從電腦元件方面,提出了發(fā)明與人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相類似的新型超大規(guī)模集成電路,即“分子芯片”。前者側(cè)重軟件,后者側(cè)重硬件。
    諾依曼曾精辟指出:人類的語言不是數(shù)學(xué)的語言。明斯基曾自信地說,只要人類擁有一百億分之一米分辨率的大腦掃描儀,就可以一清二楚地了解神經(jīng)元。但問題時,即使人類知道了每一個神經(jīng)元,并不意味著對整個大腦透徹的了解。生命是極其復(fù)雜的,可不能機(jī)械地解釋它。
    在諾依曼生命的最后幾年,他一直是核能、核武器和洲際導(dǎo)彈的主要顧問。由于他早年的經(jīng)歷,他抱定了右翼觀點(diǎn)。1957年的《生活》上刊登了他生前的觀點(diǎn),該文針對建立對蘇聯(lián)的防御體系,引用了他的話:“如果你問為什么不在明天轟炸他們,我會說為什么不在今天;如果你說在5點(diǎn),我會說為什么不在1點(diǎn)。”1954年夏天,諾依曼摔壞了右肩,手術(shù)時才發(fā)現(xiàn)他已患有骨癌。在他治療期間,他還依然參加每周三次的原子能委員會會議,甚至在他臨終前,國防部長,陸、海、空三軍參謀長還聚集在他的病榻前開會。當(dāng)諾依曼在晚年,有學(xué)生問起做事的秘訣時,他只是說:“簡單”(simple),在這種時候,簡單真是一種美。


     

    馮·諾伊曼 - 純粹數(shù)學(xué)

    馮·諾伊曼在純粹數(shù)學(xué)方面的工作集中于1925年-1940年,主要可分為以下六個方向。
    1.集合論與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
    馮.諾伊曼借助與ZF公理系統(tǒng)中初始截?cái)嗟母拍詈蜔o窮公理,給出了序數(shù)及超限序數(shù)形式化的新定義,這種定義一直沿用至今。馮·諾伊曼的博士畢業(yè)論文“集合論的公理化”。他所建立的公理體系經(jīng)P.貝爾納斯和K.哥德爾完善之后,形成了公理化集合論中又一新的系統(tǒng)──NBG系統(tǒng)。
    2.測度論
    測度論在馮·諾伊曼的整個研究工作中并非處于中心地位,但他給出了許多很有價值的方法和結(jié)果。
    3.遍歷理論
    馮·諾伊曼在這一領(lǐng)域的首要成就,是證明了平均遍歷定理。第33卷《數(shù)學(xué)紀(jì)事》刊登的他的頗有影響力的文章“古典力學(xué)中的算子方法”,標(biāo)志著對遍歷理論系統(tǒng)研究的開端。
    4.群論
    馮·諾伊曼的一個著名成果,是在1933年對緊致集解決了希爾伯特第五問題。1933年,他在《數(shù)學(xué)紀(jì)事》第34卷上發(fā)表“拓?fù)淙褐薪馕鰠?shù)導(dǎo)論”,證明每個局部同胚于歐氏空間的緊致群的條件下的得到了肯定的回答。
    5.算子理論
    對算子理論的探索貫穿了馮·諾伊曼的整個可科學(xué)生涯,這方面的論文占他全部著述的三分之一,他在這個領(lǐng)域有著二十多年的領(lǐng)導(dǎo)地位。馮·諾伊曼的譜理論形成,加上1933年巴拿赫所著《線性算子理論》一書問世,標(biāo)志著數(shù)學(xué)領(lǐng)域中又一新的分支──泛函分析的誕生。算子環(huán)的正式定義出現(xiàn)在馮·諾伊曼1929年的論文“函數(shù)運(yùn)算代數(shù)和正規(guī)算子理論”。這篇論文還包括了“交換子”、“因子”等重要定義,以及二次交換子定理。
    格論
    正則環(huán)是馮·諾伊曼引入的新概念。馮·諾伊曼又發(fā)展了一些新的思想方法,其中主要是關(guān)于格的分配性:數(shù)對的分配性、獨(dú)立元的分配性和無窮分配性等。他最早發(fā)現(xiàn),在布爾代數(shù)中,交與并的運(yùn)算必然是無窮分配的,而這種分配性又等價于連續(xù)性。他在格論方面的工作主要通過1935年-1937年高級研究院講義《復(fù)域幾何》、《連續(xù)幾何》及美國科學(xué)院會議錄得以保存和傳播。
    應(yīng)用數(shù)學(xué)
    1940年以后,隨著第二次世界大戰(zhàn)中政治、經(jīng)濟(jì)和軍事形勢的發(fā)展,馮·諾伊曼開始把精力更多地投注于實(shí)際問題之中,主要是計(jì)算數(shù)學(xué)和對策論兩方面的工作。
    1.計(jì)算數(shù)學(xué)
    馮·諾伊曼從數(shù)值穩(wěn)性分析、誤差估計(jì)、矩陣求逆和含間斷性解的計(jì)算等數(shù)個方向進(jìn)行了探索。1946年,他和V.巴格曼、D.蒙哥馬利合作,向海軍武器實(shí)驗(yàn)室提交了報(bào)告“高階線性系統(tǒng)求解”,對線性方程組的各種解法進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述,并探討了利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解的可能性。1947年,他又同H.哥德斯坦研究了高階矩陣的數(shù)值求逆,并給出了嚴(yán)格的誤差估計(jì),特別是對150階求逆所能達(dá)到的精確程度給出了有意義的結(jié)果。在解決可壓縮氣體運(yùn)動尤其是存在間斷性的情況是,馮·諾伊曼創(chuàng)造了人工粘性法。電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之后,馮·諾伊曼又推出了利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值分析的新思想、新方法,從而推動了計(jì)算數(shù)學(xué)的興起與形成,也使他成為現(xiàn)代科學(xué)計(jì)算的奠基人之一。
    2.對策論與數(shù)理經(jīng)濟(jì)
    馮·諾伊曼是對策論(又稱博奕論〕的創(chuàng)始人和現(xiàn)代數(shù)理經(jīng)濟(jì)學(xué)的開拓者之一。對策理論作為學(xué)科的真正創(chuàng)立,則是從馮·諾伊曼1928年發(fā)表“關(guān)于伙伴游戲理論”開始的。1940年,奧地利經(jīng)濟(jì)學(xué)家O.摩根斯坦與馮·諾伊曼經(jīng)過四年合作出版了《對策論與經(jīng)濟(jì)行為》。這部著作對1928年的論文進(jìn)一步闡述,如增加了“分配”、“控制”的概念,定義了馮·諾伊曼-摩根斯坦解。全書有近三分之二的篇幅是處理合作對策問題的。書中另一重要成果是對策論在經(jīng)濟(jì)理論基本問題中的應(yīng)用。

    馮·諾伊曼 - 去世時間

    1957年2月8日,諾依曼與世長辭。 
     

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