電腦界名人榜—–約翰·馮·諾依曼

約翰·馮·諾依曼

最簡單的來說 他的精髓貢獻是2點：2進位思想與程式記憶體思想 20世紀即將過去，21世紀就要到來．我們站在世紀之交的大門檻，回顧20世紀科學技術的輝煌發展時，不能不提及20世紀最傑出的數學家之一的馮·諾依曼．眾所周知，1946年發明的電子電腦，大大促進了科學技術的進步，大大促進了社會生活的進步．鑒於馮·諾依曼在發明電子電腦中所起到關鍵性作用，他被西方人譽為"電腦之父"．而在經濟學方面，他也有突破性成就，被譽為“博弈論之父”。在物理領域，馮·諾依曼在30年代撰寫的《量子力學的數學基礎》已經被證明對原子物理學的發展有極其重要的價值。在化學方面也有相當的造詣，曾獲蘇黎世高等技術學院化學系大學學位。與同為猶太人的哈耶克一樣，他無愧是上世紀最偉大的全才之一。 約翰·馮·諾依曼 （ John Von Nouma，1903－1957），美藉匈牙利人，1903年12月28日生於匈牙利的布達佩斯，父親是一個銀行家，家境富裕，十分注意對孩子的教育．馮·諾依曼從小聰穎過人，興趣廣泛，讀書過目不忘．據說他6歲時就能用古希臘語同父親閑談，一生掌握了七種語言．最擅德語，可在他用德語思考種種設想時，又能以閱讀的速度譯成英語．他對讀過的書籍和論文．能很快一句不差地將內容複述出來，而且若干年之後，仍可如此．1911年一1921年，馮·諾依曼在布達佩斯的盧瑟倫中學讀書期間，就嶄露頭角而深受老師的器重．在費克特老師的個別指導下併合作發表了第一篇數學論文，此時馮·諾依曼還不到18歲．1921年一1923年在蘇黎世大學學習．很快又在1926年以優異的成績獲得了布達佩斯大學數學博士學位，此時馮·諾依曼年僅22歲．1927年一1929年馮·諾依曼相繼在柏林大學和漢堡大學擔任數學講師。1930年接受了普林斯頓大學客座教授的職位，西渡美國．1931年他成為美國普林斯頓大學的第一批終身教授，那時，他還不到30歲。1933年轉到該校的進階研究所，成為最初六位教授之一，並在那裡工作了一生． 馮·諾依曼是普林斯頓大學、賓夕法尼亞大學、哈佛大學、伊斯坦堡大學、馬里蘭大學、哥倫比亞大學和慕尼黑高等技術學院等校的榮譽博士．他是美國國家科學院、秘魯國立自然科學院和意大利國立林且學院等院的院士． 1954年他任美國原子能委員會委員；1951年至1953年任美國數學會主席． 1954年夏，馮·諾依曼被發現患有癌症，1957年2月8日，在華盛頓去世，終年54歲． 馮·諾依曼在數學的諸多領域都進行了開創性工作，並作出了重大貢獻．在第二次世界大戰前，他主要從事運算元理論、集合論等方面的研究．1923年關於集合論中超限序數的論文，顯示了馮·諾依曼處理集合論問題所特有的方式和風格．他把集會論加以公理化，他的公理化體系奠定了公理集合論的基礎．他從公理出發，用代數方法匯出了集合論中許多重要概念、基本運算、重要定理等．特別在1925年的一篇論文中，馮·諾依曼就指出了任何一種公理化系統中都存在著無法判定的命題． 1933年，馮·諾依曼解決了希爾伯特第5問題，即證明了局部歐幾裡得緊群是李群．1934年他又把緊群理論與波爾的殆周期函數理論統一起來．他還對一般拓撲群的結構有深刻的認識，弄清了它的代數結構和拓撲結構與實數是一致的． 他對運算元代數進行了開創性工作，並奠定了它的理論基礎，從而建立了運算元代數這門新的數學分支．這個分支在當代的有關數學文獻中均稱為馮·諾依曼代數．這是有限維空間中矩陣代數的自然推廣． 馮·諾依曼還創立了博弈論這一現代數學的又一重要分支． 1944年發表了奠基性的重要論文《博弈論與經濟行為》．論文中包含博弈論的純粹數學形式的闡述以及對於實際博弈應用的詳細說明．文中還包含了諸如統計理論等教學思想．馮·諾依曼在格論、連續幾何、理論物理、動力學、連續介質力學、氣象計算、原子能和經濟學等領域都作過重要的工作． 馮·諾依曼對人類的最大貢獻是對電腦科學、電腦技術、數值分析和經濟學中的博弈論的開拓性工作． 現在一般認為ENIAC機是世界第一台電子電腦，它是由美國科學家研製的，於1946年2月14日在費城開始運行．其實由湯米、費勞爾斯等英國科學家研製的"科洛薩斯"電腦比ENIAC機問世早兩年多，於1944年1月10日在布萊奇利園區開始運行．ENIAC機證明電子真空技術可以大大地提高計算技術，不過，ENIAC機本身存在兩大缺點：（1）沒有儲存空間；（2）它用布線接板進行控制，甚至要搭接幾天，計算速度也就被這一工作抵消了．ENIAC機研製組的莫克利和埃克特顯然是感到了這一點，他們也想儘快著手研製另一台電腦，以便改進． 1944年，諾伊曼參加原子彈的研製工作，該工作涉及到極為困難的計算。在對原子核反應過程的研究中，要對一個反應的傳播做出“是”或“否”的回答。解決這一問題通常需要通過幾十億次的數學運算和邏輯指令，儘管最終的資料並不要求十分精確，但所有的中間運算過程均不可缺少，且要儘可能保持準確。他所在的洛·斯阿拉莫斯實驗室為此聘用了一百多名女計算員，利用台式電腦從早到晚計算，還是遠遠不能滿足需要。無窮無盡的數字和邏輯指令如同沙漠一樣把人的智慧和精力吸盡。 被電腦所困擾的諾伊曼在一次極為偶然的機會中知道了ENIAC電腦的研製計劃，從此他投身到電腦研製這一宏偉的事業中，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爾斯坦，並同他進行了短暫的交談。當時，戈爾斯坦是美國彈道實驗室的軍方負責人，他正參與ENIAC電腦的研製工作。在交談在，戈爾斯坦告訴了諾伊曼有關ENIAC的研製情況。具有遠見卓識的諾伊曼為這一研製計劃所吸引，他意識到了這項工作的深遠意義。 馮·諾依曼由ENIAC機研製組的戈爾德斯廷中尉介紹參加ENIAC機研製小組後，便帶領這批富有創新精神的年輕科技人員，向著更高的目標進軍．1945年，他們在共同討論的基礎上，發表了一個全新的"儲存程式通用電子電腦方案"--EDVAC（Electronic Discrete Variable AutomaticCompUter的縮寫）．在這過程中，馮·諾依曼顯示出他雄厚的數理基礎知識，充分發揮了他的顧問作用及探索問題和綜合分析的能力。諾伊曼以“關於EDVAC的報告草案”為題，起草了長達101頁的總結報告。報告廣泛而具體地介紹了製造電子電腦和程式設計的新思想。這份報告是電腦發展史上一個劃時代的文獻，它向世界宣告：電子電腦的時代開始了。 EDVAC方案明確奠定了新機器由五個部分組成，包括：運算器、邏輯控制裝置、儲存空間、輸入和輸出裝置，並描述了這五部分的職能和相互關係．報告中，諾伊曼對EDVAC中的兩大設計思想作了進一步的論證，為電腦的設計樹立了一座裡程碑。 設計思想之一是二進位，他根據電子元件雙穩工作的特點，建議在電子電腦中採用二進位。報告提到了二進位的優點，並預言，二進位的採用將大簡化機器的邏輯線路。 現在使用的電腦，其基本工作原理是儲存程式和程式控制，它是由世界著名數學家馮·諾依曼提出的。美籍匈牙利數學家馮·諾依曼被稱為“電腦之父”。 實踐證明了諾伊曼預言的正確性。如今，邏輯代數的應用已成為設計電子電腦的重要手段，在EDVAC中採用的主要邏輯線路也一直沿用著，只是對實現邏輯線路的工程方法和邏輯電路的分析方法作了改進。 程式記憶體是諾伊曼的另一傑作。通過對ENIAC的考察，諾伊曼敏銳地抓住了它的最大弱點－－沒有真正的儲存空間。ENIAC只在20個暫存器，它的程式是外插型的，指令儲存在電腦的其他電路中。這樣，解題之前，必需先相好所需的全部指令，通過手工把相應的電路聯通。這種準備工作要花幾小時甚至幾天時間，而計算本身只需幾分鐘。計算的高速與程式的手工存在著很大的矛盾。 針對這個問題，諾伊曼提出了程式記憶體的思想：把運算程式存在機器的儲存空間中，程式設計員只需要在儲存空間中尋找運算指令，機器就會自行計算，這樣，就不必每個問題都重新編程，從而大大加快了運算進程。這一思想標誌著自動運算的實現，標誌著電子電腦的成熟，已成為電子電腦設計的基本原則。 1946年7，8月間，馮·諾依曼和戈爾德斯廷、勃克斯在EDVAC方案的基礎上，為普林斯頓大學進階研究所研製IAS電腦時，又提出了一個更加完善的設計報告《電子電腦邏輯設計初探》．以上兩份既有理論又有具體設計的檔案，首次在全世界掀起了一股"電腦熱"，它們的綜合設計思想，便是著名的"馮·諾依曼機"，其中心就是有儲存程式原則--指令和資料一起儲存．這個概念被譽為'電腦發展史上的一個裡程碑"．它標誌著電子電腦時代的真正開始，指導著以後的電腦設計．自然一切事物總是在發展著的，隨著科學技術的進步，今天人們又認識到"馮·諾依曼機"的不足，它妨礙著電腦速度的進一步提高，而提出了"非馮·諾依曼機"的設想． 馮·諾依曼還積极參与了推廣應用電腦的工作，對如何編製程式及搞數值計算都作出了傑出的貢獻． 馮·諾依曼於1937年獲美國數學會的波策獎；1947年獲美國總統的功勳獎章、美國海軍優秀公民服務獎；1956年獲美國總統的自由獎章和愛因斯坦紀念獎以及費米獎． 馮·諾依曼逝世後，未完成的手稿於1958年以《電腦與人腦》為名出版．他的主要著作收集在六卷《馮·諾依曼全集》中，1961年出版． 另外，馮·諾依曼40年代出版的著作《博弈論和經濟行為》，使他在經濟學和決策科學領域豎起了一塊豐碑。他被經濟學家公認為博弈論之父。當時年輕的約翰·納什在普林斯頓求學期間開始研究發展這一領域，並在1994年憑藉對博弈論的突出貢獻獲得了諾貝爾經濟學獎。