冯·诺伊曼


约翰·冯·诺伊曼(匈牙利语:Neumann János;英语:John von Neumann,1903年12月28日-1957年2月8日)是出生于匈牙利的美国籍犹太人数学家,合作博弈论的创立人,现代计算机创始人之一。他在物理学中的量子力学、计算机科学、以及其它领域都作过重大贡献。

冯·诺伊曼 - 个人简介

姓名:冯·诺伊曼,J(vonNeumann,John)。
籍贯: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。
出生国家:地点 匈牙利布达佩斯。
教育背景:1926年,获得布达佩斯大学数学博士学位。
1925年,获得瑞士苏黎士联邦工业大学化学工程学位。
1921年-1923年,柏林大学。
1921年,进入布达佩斯大学。
职业背景:1930年-1955年,普林斯顿大学任教。
名言:“如果人们不相信数学很简单,只是因为他们没有认识到生活有多复杂。”

冯·诺伊曼 - 职业生涯

诺伊曼于1903年出生于匈牙利的布达佩斯。他是一个数字神童,11岁时已显示出数学天赋。12岁的诺伊曼就对集合论,泛函分析等深奥的数学领域了如指掌。青年时期,诺伊曼从著名数学家希尔伯特,从此,他更是如鱼得水,在数学在海洋中畅游。在获得数学博士之后,他成为美国普林斯顿大学的第一批终身教授,那时,他还不到30岁。
诺伊曼不仅是个数学天才,在其他领域也大有建树。他精通七种语言,在化学方面也有相当的造诣,曾获苏黎世高等技术学院化学系大学学位。更为难得的是,他并不仅仅局限于纯数学上的研究,而是把数学应用到其他学科中去。他对经典力学、量子力学和流体力学的数学基础进行过深入的研究,并获得重大成果,这些都说明诺伊曼具备了坚实的数理基础,和广博的知识,为他后来从事计算机逻辑设计提供了坚强的后盾。
1944年,诺伊曼参加原子弹的研制工作,该工作涉及到极为困难的计算。在对原子核反应过程的研究中,要对一个反应的传播做出“是”或“否”的回答。解决这一问题通常需要通过几十亿次的数学运算和逻辑指令,尽管最终的数据并不要求十分精确,但所有的中间运算过程均不可缺少,且要尽可能保持准确。他所在的洛·斯阿拉莫斯实验室为此聘用了一百多名女计算员,利用台式计算机从早到晚计算,还是远远不能满足需要。无穷无尽的数字和逻辑指令如同沙漠一样把人的智慧和精力吸尽。
被计算机所困扰的诺伊曼在一次极为偶然的机会中知道了ENIAC计算机的研制计划,从此他投身到计算机研制这一宏伟的事业中,建立了一生中最大的丰功伟绩。
1944年夏的一天,正在火车站候车的诺伊曼巧遇戈尔斯坦,并同他进行了短暂的交谈。当时,戈尔斯坦是美国弹道实验室的军方负责人,他正参与ENIAC计算机的研制工作。在交谈在,戈尔斯坦告诉了诺伊曼有关ENIAC的研制情况。具有远见卓识的诺伊曼为这一研制计划所吸引,他意识到了这项工作的深远意义。
几天之后,诺伊曼专程来到莫尔学院,参观了尚未竣工的这台庞大的机器,并以其敏锐的眼光,一下子抓住了计算机的灵魂--逻辑结构问题,令年轻的ENIAC的研制们敬佩不已。 
 因实际工作中对计算的需要以及把数学应用到其他科学问题的强烈愿望,使诺伊曼迅速决定投身到计算机研制者的行列。对业已功成名就的诺伊曼来说,这样做需要极大的勇气,因为这是一个成败未卜的新征途,一旦失败,会影响他已取得的名誉和地位。诺伊曼却以对新事物前途的洞察力,毅然决然地向此征途迈出了第一步,于1944年8月加入莫尔计算机研制小组,为计算机研制翻开了辉煌的一页。
诺伊曼以其非凡的分析、综合能力及雄厚的数理基础,集众人之长,提出了一系列优秀的设计思想,在他和莫尔小组其他成员的共同努力下,只经历了短短的十个月,人类在数千年中积累起来的科学技术文明,终于结出了最激动人心的智慧之花--一个全新的存储程序通用电子计算机方案(EDVAC方案)诞生了。
诺伊曼以“关于EDVAC的报告草案”为题,起草了长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。报告明确规定,EDVAC计算机由计算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出五大部分组成,并阐述了这五大部分的职能和相互关系。这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机的时代开始了。
1954年6月,诺伊曼到美国普林斯顿高级研究所工作,出任ISA计算机研制小组的主任职位。在那时,他提出了更加完善的设计报告“电子计算装置逻辑结构初探”。报告中,诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证,为计算机的设计树立了一座里程碑。
设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点,并预言,二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。
实践证明了诺伊曼预言的正确性。如今,逻辑代数的应用已成为设计电子计算机的重要手段,在EDVAC中采用的主要逻辑线路也一直沿用着,只是对实现逻辑线路的工程方法和逻辑电路的分析方法作了改进。

冯·诺伊曼 - 个人荣誉

1903年12月28日生于匈牙利布达佩斯;1957年2月8日卒于美国华盛顿。数学,物理,计算机科学。冯·诺伊曼一生担任过许多科学职位,获得了众多荣誉,最主要的有:1937年获美国数学会博歇奖;1947年获美国数学会吉布斯(Gibbs)讲师席位,并得到功勋奖章(总统奖);1951-1953年任美国数学会主席;1956年获爱因斯坦纪念奖及费米奖。
他发表的学术论文共有150余篇,全部收录在1961年珀格蒙出版社出版的《冯·诺伊曼文集》。其中60篇是纯粹数学方面的,60篇关于应用数学,20篇属于物理学。冯·诺伊曼以其超人的才思和丰硕的学术成果,成为一代科学巨匠。

冯·诺伊曼 - 个人影响

程序内存是诺伊曼的另一杰作。通过对ENIAC的考察,诺伊曼敏锐地抓住了它的最大弱点--没有真正的存储器。ENIAC只在20个暂存器,它的程序是外插型的,指令存储在计算机的其他电路中。这样,解题之前,必需先相好所需的全部指令,通过手工把相应的电路联通。这种准备工作要花几小时甚至几天时间,而计算本身只需几分钟。计算的高速与程序的手工存在着很大的矛盾。
针对这个问题,诺伊曼提出了程序内存的思想:把运算程序存在机器的存储器中,程序设计员只需要云存储器中寻找运算指令,机器就会自行计算,这样,就不必每个问题都重新编程,从而大大加快了运算进程。这一思想标志着自动运算的实现,标志着电子计算机的成熟,已成为电子计算机设计的基本原则。

冯·诺伊曼 - 人物评价

冯·诺伊曼为计算机的发展道路打通了一道道关卡。尽管长期以来,关于二进制的引入和程序内存的发明权一直有争议,但是,诺伊曼在计算机总体配置和逻辑设计上所做的卓越贡献掀起了一次计算机热潮。推动了电子计算机的发展。他无愧于“计算机之父”这一美称。

1903年12月28日,冯?诺依曼(John Von Neumann 1903-1957)诞生在匈牙利布达佩斯,一个殷实的犹太人家庭里。这个家庭历史上曾产生过一些著名的数学家和物理学家。他的父亲是一个银行家,很受当地人尊敬,诺依曼是三个儿子中的老大。童年的诺依曼,高高的个子,一双棕褐色的明亮的大眼睛。他个性活泼,喜欢沉思。据说幼年时的诺依曼记忆力十分惊人,读书过目成诵。尤其是表现出罕见的数学天才,“数学神童”的名声一直传扬在外。神童般的幼年预示着他将来必成大器,岁月果然证实了这点。
3岁,就能记住不少数字。6岁,他就能心算8位数除法。8岁,学会了微积分。他对数学的喜爱到了入迷的地步。据说有一次,他看到母亲停下手中的钩针盯着前方某点沉思,就问:“您在计算什么?”甚至与小伙伴们一起去玩,往往演变成对数学原理的争论。11岁上中学后,老师也对他卓越的数学天赋惊叹不已,向他父亲建议,干脆让小诺依曼退学回家,聘请大学教授来当家庭教师。17岁时,与老师合作发表了第一篇数学论文。年轻的诺依曼不但聪明过人,还富于幽默感,爱好双关语和俏皮的打油诗。上大学,父亲要他攻读化学工程,可他已经醉心于数学天地,难以自拔。
第一次世界大战对诺依曼的冲击很大。他父亲的银行被没收了,全家人逃亡威尼斯,这使诺依曼终生成为坚定的反共产主义分子。1921年到1923年期间,诺依曼虽然被布达佩斯大学录取,却在柏林大学师从数学家斯米特,也常常去听爱因斯坦的讲座。诺依曼作为全才型的天才,掌握了7种语言,并在最新的数学分支——集合论、泛函分析等理论研究中取得突破性进展。22岁时,诺依曼获得瑞士苏黎士联邦工业大学化学工程学位。1926年,获得布达佩斯大学数学博士学位。此后,他转向物理领域,在理论物理领域“风光无限”。风华正茂的诺依曼一下子成为科学殿堂的“文武全才”,在数学、应用数学、物理学、博弈论和数值分析等领域都有不凡的建树。
年轻的冯?诺依曼由于才华出众,在学术界越来越引人注目了。他先后游学著名的柏林大学、汉堡大学,任私人教授。并成为德国大数学家大卫?希尔伯特的得意门生。那时的美国与欧洲相比,科学水平较低,急需引进人才。1930年,美国数学泰斗韦伯伦教授广罗天下英才,邀请他来普林斯顿大学任教,诺依曼欣然前往,登上一艘小型的丘纳德船,横渡大西洋,应邀到美国普林斯顿大学担任客座讲师。不久,又被转聘为访问教授。1933年,普林斯顿成立高级研究院,诺依曼是其中一名最年轻的教授,本世纪最著名的科学家爱因斯坦是他的同事。
传记神人的神奇之处
由于纳粹德国迫害犹太血统的科学家,诺依曼无法再回德国工作,因此在美国终生定居,在1930年加入了美国籍。1938年12月8日,他与克拉瑞?唐结婚,克拉瑞后来成为洛杉矶科学实验室的一名程序员。诺依曼在普林斯顿大学一直工作到1955年夏,然后去原子能委员会任职。

二战爆发后,他参与美国一些重大的科研项目,如著名的制造原子弹的“曼哈顿计划”。 此外,他还是“博弈论”的发展人之一。“博弈论”是为了能在十分复杂的博弈中取胜而制定出战略的一种数学研究,也可以作为经济或军事战略上的模式。诺依曼曾与经济学家摩根斯特恩合著过《博弈论与经济行为》一书,为运筹领域做出不可磨灭的贡献。

诺依曼拥有罕见的记忆力。对于他曾经读过的书,他能在10年之后逐一引用原书的段落和文字。40年代,他的同事曾经想考考他的记忆力,问他《双城记》是如何开头的,诺依曼不假思索开始背诵,毫不间断、无比流利地进行到被叫停,一共持续了10分钟。诺依曼的天才还表现在他极其透彻的分析能力上,在最短的时间内,透过繁复芜杂的现象,单刀直入,抓住问题的核心和症结。

有一次,一位优秀数学家通宵达旦,伏案完成了一项数学计算,次日见到诺依曼,提及此事,诺依曼仰视天花板,静默几分钟后,就得出了一模一样的结论,使所有在场的人大惊失色。诺依曼擅长抓住理论物理中的一些显然无关的概念,把它们组成优美简洁的逻辑结构。他还拥有进行各种心算的惊人才能,思维过程极快,几乎在说话者说出头几句话后就能一下子了解对方的最后论点。以至于他的一位同事很感慨地说:“你看!冯的确不是个凡人。但在同人们长期共同生活之后,他也学会了怎样出色地去模仿世人。”

诺依曼长着椭圆形的面孔,前额高耸,身材矮胖,讲一口流利带有外国口音的英语,语速很快。他衣着讲究,经常穿着马甲,兜里插着手绢,扣上外衣扣子。热衷于各种小装置,也爱好复杂的玩具。他是一个工作狂,常常不解决问题决不停手,有时灵感突至,夜里也会爬起来。诺依曼食量惊人,在洛斯阿拉莫斯时,常常驱车120英里去一家墨西哥餐观馆饱餐一顿。他对工作之外的东西都漫不经心。
有一次,他正在病中的妻子请他倒杯水,诺依曼不得不问杯子放在哪,那时他已经在这个屋子里住了17年。诺依曼对他的车子也同样粗心大意,几乎每年都报废一辆车子。
改变世界的邂逅
1944年夏天,美国东部的马里兰州阿伯丁火车站站台上,诺依曼和一位年轻的军官不期而遇,后者是美军军械部弹道实验室的赫尔曼?哥尔斯廷上尉,负责美军枪炮火力表的测试。哥尔斯廷上尉出于对诺依曼的景仰,上前和他攀谈。数学大师和后起之秀在阿伯丁站台上的谈话非常融洽。当上尉告诉诺依曼,目前他正从事一项科研,研制一台每秒钟能进行333次乘法运算的电子计算机时,诺依曼顿时萌生兴趣,连连追问。刚才轻松的交谈气氛一扫而空,哥尔斯廷被问得汗流浃背,用他后来的话说,“简直像一场数学博士论文的答辩”。不久,也就是1944年8月,心有挂念的诺依曼急匆匆赶往宾夕法尼亚大学的摩尔学院,去看哥尔斯廷上尉所讲的那台机器。
30年代,电子学的发展和研制穿孔卡片式统计分析机的经验,为创立电子计算机提供了主要的技术前提。二次大战中,宾夕法尼亚大学莫尔学院电子系和阿伯丁弹道研究实验室共同负责为陆军每天提供6张火力表。任务艰难而紧迫。因为每张表都要计算几百条弹道,而一个熟练的计算员计算一条飞行时间60秒的弹道要花20小时。尽管他们改进了微分分析仪,聘用了200多名计算员,一张火力表仍要算两三个月,问题相当严重。
当时,负责该项工作的军方代表正是年轻的哥尔斯廷,他原是一位数学家。他的朋友莫齐利这时正好在莫尔学院电子系任职。1942年8月,莫齐利写出《高速电子管计算机装置的使用》的备忘录,即ENIAC的初始方案。思想敏捷的哥尔斯廷马上意识到方案的巨大价值,立即向他的上司汇报,获得支持,成立了研制小组。
小组的成员是:负责电子计算机总设计方案的是物理学家莫齐利;芬兰人艾克特担任总工程师,负责解决制造中一系列困难复杂的工程技术问题;年轻的哥尔斯廷不仅在数学上能提出有用的建议,而且是精干的科研管理人才;另外还有年轻的逻辑学家勃克斯参加。正当研制工作停滞不前、研制者大伤脑筋时,冯?诺依曼恰逢其时,投身到新型计算机设计的行列中。

艾克特还说:“冯?诺依曼是否真正的天才,从他来以后提的第一个问题就可判断出来。”这年8月初,冯?诺依曼来到莫尔学院,参观了尚未竣工的被称为ENIAC的电子计算机,他第一个问题就问起机器的逻辑结构。艾克特心中暗暗佩服:“不愧是位天才的科学家,一下就点到问题的要害!”这以后,冯?诺依曼就成为莫尔学院的实际顾问。

当时“爱尼亚克”(ENIAC)”已研制到一半,正处于在程序存储问题上摇摆不定的紧急关头,天才数学家诺依曼的出现,一下子改变了当时半梦半醒的局面。而对诺依曼来说,这次邂逅也打开了他的心结。原来,二战爆发后,诺依曼作为美国政府的高级科学顾问,在最高的科学技术决策层中有很强的影响力。在他参与的“曼哈顿计划”中,原子核裂变的各项数据非常繁杂,如果用人工来计算,即便聪慧如诺依曼,有1000个也不顶事。而那些半自动和电动的计算机器,也快不了多少。他痛感现有的计算工具速度太慢,使一些重大科研项目的进度受到严重的影响。因此,他一听说弹道实验室有个“PX计划”,要搞一台每秒能做333次乘法运算的电子计算机时,简直喜不胜喜。在看过“爱尼亚克”后的9月份,他就成了摩尔学院的常客,与莫齐利和艾克特一同研究的问题。 
奠定冯? 诺依曼结构
“爱尼亚克”出现的程序存储问题,对于诺依曼来说,真是“天将降大任于斯人也”!他的天才得到淋漓尽致的发挥,明确指出:那种半梦半醒的折衷方案不可取,要做就做到最好,一定要彻底实现程序由外存储向内存储的转化,所有程序指令必须用内在记忆的方式存储在磁带上,以电子的速度运行。必须大刀阔斧修改原有设计。诺依曼还是财神爷,经费不够,他有足够的影响力去争取。在诺依曼的影响下,整个研制工作取得了突破性的进展,军方也信心倍增,一口气追加了10万美元的投资。
而诺依曼自己也倾注了大量的心血,抛开美国政府高级科学顾问和著名科学家的身份,和大伙一起,一头钻进“爱尼亚克”研制小组,甚至当他因其他要事无法出席时,一定会以信函的方式提出自己的意见。在此,诺依曼提出了一个新的改进方案,一是用二进制代替十进制,进一步提高电子元件的运算速度;二是存储程序(Stored Program),即把程序放在计算机内部的存储器中。后一点,解决了当时计算机内外联系不便的毛病。
此前,曾有过一用计算机就需要数十名精兵强将手忙脚乱地连接各种导线,否则计算机只能干瞪眼不干活。而诺依曼妙手回春,给原本健忘的计算机开了一副灵丹妙药。他的改进方案称为“爱达法克”(EDVAC),是“离散变量自动电子计算机”(Electronic Discrete Variable Computer)的简称。 
1945年6月,他将自己的思想撰写成文,题为《关于离散变量自动电子计算机的草案》,长达101页,提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念(Stored Program Concept)。这是所有现代电子计算机的范式,被称为“冯?诺依曼结构”,按这一结构建造的电脑称为存储程序计算机(Stored Program Computer),又称为通用计算机。长达101页的EDVAC方案是计算机发展史上的一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机时代开始了。而为这个方案做出贡献的天才科学家冯?诺依曼则被人们誉为“电子计算机之父”。
和爱因斯坦等但这篇文章的出现却使得“爱尼亚克”的研制者——艾克特和莫齐利与诺依曼闹翻了。原来这篇掀起了世界的计算机热潮,成为划时代文献的报告,只单独署了诺依曼的大名。诺依曼是半道插进来的,却把辛辛苦苦做了一大半研制工作的艾克特和莫齐利抛到了脑后。这不能不让艾克特和莫齐利心存不满。
再说,诺依曼文章提出的存储程序,莫齐利和艾克特也早有类似的想法,并在研制中不断地在摸索,诺依曼只是把它深化、概念化、系统化而已。应该说,艾克特和莫齐利是“爱尼亚克”真正研制者(这一点举世公认),他俩是第一台电脑的产妇,而诺依曼是第一台电脑的助产士。现在,诺依曼事先不打任何招呼,撇开研制小组的其他所有成员,把研制情况公诸于世,好像是他的独创一样。而艾克特和莫齐利由于要遵守美国的有关保密法规,不能发表有关项目的任何内容。诺依曼却不同,他不能算“爱尼亚克”小组的正式成员,而且身份特殊,算作参与者同时又是不受保密法限制的旁观者,所以尽可写文章发表。
造计算机就像母鸡下蛋
由于种种原因,诺依曼的设想没能在“爱尼亚克”上实现,因为那时“爱尼亚克”总体设计和主体建造工程已经完成。直到1952年“爱达法克”(EDVAC)才姗姗来到人间。早在三年前,也即1949年5月6日,第一台存储程序的“诺依曼机器”由英国剑桥大学的莫里斯?威尔克斯研制成功,名为“爱达赛克”(EDSAC),是英文Electronic Delay Storage Automatic Calculator的简称。威尔克斯仅用了一个晚上就将《关于离散变量自动电子计算机的草案》通读,并做了详尽的笔记。仿照诺依曼提出的“离散变量自动电子计算器”(EDVAC),威尔克斯把他的设计的机器命名为“机电存储自动电子计算器”(Electronic Delay Storage Automatic Calculator),简称“爱达赛克”(EDSAC),表明他的基本设计思想来自诺依曼。
凭他的天才和敏锐,诺依曼在电脑初创期,高屋建瓴地提出了现代计算机的理论基础,规范了电脑的发展方向。诺依曼还是一个卓越的科研组织者。当艾克特和莫齐利与摩尔学院分道扬镳后不久,诺依曼也离开他提出的“爱达法克”(EDVAC)研制小组,回到普林斯顿高等研究院,在那里研制名为“高等研究院电脑”,又称“阿艾斯机”(IAS)。当时有人对在20世纪最伟大的物理学家爱因斯坦所在的圣地,兴师动众斥巨资搞电脑,很不以为然。但诺依曼力排众议,认为电脑将会把普林斯顿大学的象牙塔推进一个新时代。当他看到高等研究院里才智不凡的青年人陷于繁烦低级的数学运算时,曾痛心疾首地说:“这种浪抛才智的行为简直形同犯罪。”
在他牵头下,1946年3月,“阿艾斯机”开始研制,由普林斯顿大学出实验场地,由美国陆军军械部弹道实验室和国家原子能委员会投资。诺依曼不存芥蒂,力邀艾克特来作技术总负责,但因艾克特已下决心与莫齐利一同创办公司,未能如愿。诺依曼退而求其次,请麻省理工学院的也曾参与过“爱尼亚克”研制的朱利安?比格罗前来主持。此时已脱下军装的哥尔斯廷也追随诺依曼来到普林斯顿大学,做他的副手。
1946年6月,设计方案出来后,诺依曼把副本送给洛斯?阿拉莫斯实验室、伊利安诺大学、橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室和国防部的思想库兰德公司等著名的科研机构,为日后给这些机构构造用于科学计算的电脑做准备。经过6年的努力,“阿艾斯机”在1952年6月10日正式建成,它只有2300个电子管,长6英尺、高8英尺、宽2英尺,是同期中外型最小的、而运算能力最强的,在调试阶段,做过一次著名的试验,每日24小时连轴转不间断运行60天,对当时氢弹设计中的大量关键数据进行处理,为氢弹的研制立下汗马功劳。
“阿艾斯机”后来又复制十多台供上述多家机构使用,这些机构又在“阿艾斯机”的基础上,又各自研制新型电脑,如“奥达法克”(ORDVAC)、“伊利亚克”(ILLIAC)、“乔尼亚克”(JOHNNAC)、“曼尼亚克”(MANIAC)和“爱维达克”(AVIDAC)等。其中有一台“阿艾斯机”还漂洋过海,到澳大利亚的悉尼安家落户,名叫“西利亚克”(SIUIAC)。凝聚着诺依曼心血的“阿艾斯机”简直就是一只孵了一窝小鸡的母鸡。
大师辈出的时代
1951年,IBM开始决定开发商用电脑,聘请诺依曼担任公司的科学顾问,1952年12月,IBM第一台存储程序计算机研制完成,也就是通常意义上的电脑,起名IBM 701。此后,IBM公司承建的“诺克”(NORC,美国海军军械研究计算机的简称)也问世了,诺依曼参加了典礼,并发表讲话,他说电脑的设计和建造都要考虑需要、造价和商业利润诸如此类的事,这些事都是很现实的,在百分之九十九的情况都必须遵循时,还有百分之一的情况,可算作例外。那就是把这些顾虑抛在脑后,用尽全力来研制最高级的电脑,从而臻至一种艺术的状态。诺依曼提出的“艺术状态的电脑”一直被理解为不惜一切代价造出来的高级电脑,或许诺依曼也是这个意思。如果他能看到沃兹尼克的“苹果2型”个人电脑的话,诺伊曼肯定会赞叹不已,也肯定会和设计者结成忘年交。只可惜,早在1957年,这位天才的数学家就去世了,而那时沃兹尼克刚刚咿咿学语。
诺依曼后来还与经济学家摩根斯坦(O Morgenstern)合写过一本名著,《博弈论与经济行为》。此书与控制论有许多相通之处,很令人佩服。1943年,他们俩发起一次讨论会,邀请一些数学家、生理学家、心理学家和工程技术专家等,在普林斯顿大学讨论各门学科的交叉性问题。1943年维纳和墨西哥生理学家罗森布鲁特以及阿伯丁军械试验场的工程师别格罗合写了《行为、目的和目的论》一文,提出了后来成为控制论基本概念的“反馈”(feedback)。在这篇开创性的论文,维纳肯定了人类的神经系统的智能活动可以同技术装置间建立一种模拟关系。
1947年,维纳去法国参加一次数学会议,途经英国,拜访了图灵,与他讨论了控制论的基本思想,还参观了剑桥大学心理研究所。这次英国之行,使维纳强烈意识到控制论的建立已成为一种国际性的声势。于是就有了1948年《控制论》和问世。
控制论与电脑之间究竟是一种怎样的关系?两者之间不存在什么谁决定谁的问题。
从1955年开始,诺依曼把精力投入到电脑和人脑的结构对比研究上,心理学和生理学非他所长,因而诺依曼是从逻辑和统计数学的角度切入的。相似方面好说,可以举出一大摞,但关键是相异方面,冯?诺依曼特别强调:差异不仅存在于大小尺寸、速度等明显之处,而且更深入、更根本的方面表现在功能和控制的原理、总体的组织原理等等;人脑的“逻辑深度”和“算术深度”要比电脑小得多,但同样容积的神经元比电子元件能完成更多的运算,同时处理更多的信息,记忆容量也大得惊人,神经元运算的精度低而综合的可靠性高等。这些观点诺依曼生前未曾发表,1958年他去世一年后以《电脑和人脑》的名字出版。
人脑与电脑之间
诺依曼没有参加1956年达特茅思学院那次精英的聚会,但他开创了人工智能研究中心两大学派之一数学学派,另一学派是心理学派。前者侧重电脑和人脑在解决同一问题时共同的算法,不太关心哪一个更聪明之类的问题;后者很调强人脑比电脑聪明,主张把人脑解决问题的方法变成电脑的程序即启发式程序,依靠它来解决问题,如与维纳合作过的罗森布鲁特就很典型,他研制过“类人电脑”,这个“类”字很能说明问题。简单说来,数学学派的观点可以概括为“人脑类似电脑”,而心理学派则说:“但电脑不是人脑”。
我们知道因为灵魂的关系,教会一直对人机之间关系问题很敏感,否则梅特利不会东躲西逃。后来当图灵提出“图灵测试”时,首先就反驳的神学方面的异议,教会人士说上帝只把不朽的灵魂给予人类,而没有给予别的动物和机器,故而人是万物之灵长。图灵说这种观点不值一驳。当控制论问世时,也是教会人士开始咒骂,说它是“淫荡的唯物论的产物,它剥夺了上帝赐给的灵魂”。事情在1963年发生变化,英国剑桥大学的有关专家和神学家们合作,通过一台叫“水星”(Mecury)的电脑,通过对某些词汇和短语出现频率,对《圣经》风格进行鉴定,结果判定《新约?使徒行传》中历来有争议的15节使徒书,圣保罗只写了其中的四节。这下在教会中掀起一场空前的风波。
“存储程序”的概念是诺依曼首先提出来的,这是肯定无疑的。至于最初的创意,当然与图灵、维纳以及负责实际工程制造的莫齐利和艾克特都有关,诺依曼是位谦逊的天才,据跟随他多年的一位助手富兰克尔说,诺依曼从未对他提起过“存储程序是他发明的一句半点的话。实际上,“存储程序”的概念凝聚了那个时代先驱者们共同的智慧,然后由诺依曼以非凡的洞察力把它表述出来,从而奠定了电脑的整个基础。尽管到目前为止我们所有的电脑都叫“诺依曼机器”,但从“存储程序”概念出现的那一天起,人们就在苦苦思考如何超越这一范式了。1947年,图灵提出自动生成程序,实际上就或多或少体现出这种探索精神。诺依曼晚年致力于人工智能的研究,也有明显想自我超越的意向。
自60年代起,人们从两个大方向开始努力,一是创建新的程序设计语言即所谓的“非诺依曼语言”;二是从电脑元件方面,提出了发明与人脑神经网络相类似的新型超大规模集成电路,即“分子芯片”。前者侧重软件,后者侧重硬件。
诺依曼曾精辟指出:人类的语言不是数学的语言。明斯基曾自信地说,只要人类拥有一百亿分之一米分辨率的大脑扫描仪,就可以一清二楚地了解神经元。但问题时,即使人类知道了每一个神经元,并不意味着对整个大脑透彻的了解。生命是极其复杂的,可不能机械地解释它。
在诺依曼生命的最后几年,他一直是核能、核武器和洲际导弹的主要顾问。由于他早年的经历,他抱定了右翼观点。1957年的《生活》上刊登了他生前的观点,该文针对建立对苏联的防御体系,引用了他的话:“如果你问为什么不在明天轰炸他们,我会说为什么不在今天;如果你说在5点,我会说为什么不在1点。”1954年夏天,诺依曼摔坏了右肩,手术时才发现他已患有骨癌。在他治疗期间,他还依然参加每周三次的原子能委员会会议,甚至在他临终前,国防部长,陆、海、空三军参谋长还聚集在他的病榻前开会。当诺依曼在晚年,有学生问起做事的秘诀时,他只是说:“简单”(simple),在这种时候,简单真是一种美。


 

冯·诺伊曼 - 纯粹数学

冯·诺伊曼在纯粹数学方面的工作集中于1925年-1940年,主要可分为以下六个方向。
1.集合论与数学基础
冯.诺伊曼借助与ZF公理系统中初始截断的概念和无穷公理,给出了序数及超限序数形式化的新定义,这种定义一直沿用至今。冯·诺伊曼的博士毕业论文“集合论的公理化”。他所建立的公理体系经P.贝尔纳斯和K.哥德尔完善之后,形成了公理化集合论中又一新的系统──NBG系统。
2.测度论
测度论在冯·诺伊曼的整个研究工作中并非处于中心地位,但他给出了许多很有价值的方法和结果。
3.遍历理论
冯·诺伊曼在这一领域的首要成就,是证明了平均遍历定理。第33卷《数学纪事》刊登的他的颇有影响力的文章“古典力学中的算子方法”,标志着对遍历理论系统研究的开端。
4.群论
冯·诺伊曼的一个著名成果,是在1933年对紧致集解决了希尔伯特第五问题。1933年,他在《数学纪事》第34卷上发表“拓扑群中解析参数导论”,证明每个局部同胚于欧氏空间的紧致群的条件下的得到了肯定的回答。
5.算子理论
对算子理论的探索贯穿了冯·诺伊曼的整个可科学生涯,这方面的论文占他全部著述的三分之一,他在这个领域有着二十多年的领导地位。冯·诺伊曼的谱理论形成,加上1933年巴拿赫所著《线性算子理论》一书问世,标志着数学领域中又一新的分支──泛函分析的诞生。算子环的正式定义出现在冯·诺伊曼1929年的论文“函数运算代数和正规算子理论”。这篇论文还包括了“交换子”、“因子”等重要定义,以及二次交换子定理。
格论
正则环是冯·诺伊曼引入的新概念。冯·诺伊曼又发展了一些新的思想方法,其中主要是关于格的分配性:数对的分配性、独立元的分配性和无穷分配性等。他最早发现,在布尔代数中,交与并的运算必然是无穷分配的,而这种分配性又等价于连续性。他在格论方面的工作主要通过1935年-1937年高级研究院讲义《复域几何》、《连续几何》及美国科学院会议录得以保存和传播。
应用数学
1940年以后,随着第二次世界大战中政治、经济和军事形势的发展,冯·诺伊曼开始把精力更多地投注于实际问题之中,主要是计算数学和对策论两方面的工作。
1.计算数学
冯·诺伊曼从数值稳性分析、误差估计、矩阵求逆和含间断性解的计算等数个方向进行了探索。1946年,他和V.巴格曼、D.蒙哥马利合作,向海军武器实验室提交了报告“高阶线性系统求解”,对线性方程组的各种解法进行了系统的阐述,并探讨了利用计算机进行求解的可能性。1947年,他又同H.哥德斯坦研究了高阶矩阵的数值求逆,并给出了严格的误差估计,特别是对150阶求逆所能达到的精确程度给出了有意义的结果。在解决可压缩气体运动尤其是存在间断性的情况是,冯·诺伊曼创造了人工粘性法。电子计算机产生之后,冯·诺伊曼又推出了利用计算机进行数值分析的新思想、新方法,从而推动了计算数学的兴起与形成,也使他成为现代科学计算的奠基人之一。
2.对策论与数理经济
冯·诺伊曼是对策论(又称博奕论〕的创始人和现代数理经济学的开拓者之一。对策理论作为学科的真正创立,则是从冯·诺伊曼1928年发表“关于伙伴游戏理论”开始的。1940年,奥地利经济学家O.摩根斯坦与冯·诺伊曼经过四年合作出版了《对策论与经济行为》。这部著作对1928年的论文进一步阐述,如增加了“分配”、“控制”的概念,定义了冯·诺伊曼-摩根斯坦解。全书有近三分之二的篇幅是处理合作对策问题的。书中另一重要成果是对策论在经济理论基本问题中的应用。

冯·诺伊曼 - 去世时间

1957年2月8日,诺依曼与世长辞。 
 

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