約翰·馮·諾依曼

最簡單的來說 他的精髓貢獻(xiàn)是2點(diǎn)：2進(jìn)制思想與程序內(nèi)存思想 20世紀(jì)即將過去，21世紀(jì)就要到來．我們站在世紀(jì)之交的大門檻，回顧20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的輝煌發(fā)展時(shí)，不能不提及20世紀(jì)最杰出的數(shù)學(xué)家之一的馮·諾依曼．眾所周知，1946年發(fā)明的電子計(jì)算機(jī)，大大促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，大大促進(jìn)了社會生活的進(jìn)步．鑒于馮·諾依曼在發(fā)明電子計(jì)算機(jī)中所起到關(guān)鍵性作用，他被西方人譽(yù)為"計(jì)算機(jī)之父"．而在經(jīng)濟(jì)學(xué)方面，他也有突破性成就，被譽(yù)為“博弈論之父”。在物理領(lǐng)域，馮·諾依曼在30年代撰寫的《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》已經(jīng)被證明對原子物理學(xué)的發(fā)展有極其重要的價(jià)值。在化學(xué)方面也有相當(dāng)?shù)脑煸?#xff0c;曾獲蘇黎世高等技術(shù)學(xué)院化學(xué)系大學(xué)學(xué)位。與同為猶太人的哈耶克一樣，他無愧是上世紀(jì)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日生于匈牙利的布達(dá)佩斯，父親是一個(gè)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(jù)說他6歲時(shí)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(shè)想時(shí)，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(nèi)容復(fù)述出來，而且若干年之后，仍可如此．1911年一1921年，馮·諾依曼在布達(dá)佩斯的盧瑟倫中學(xué)讀書期間，就嶄露頭角而深受老師的器重．在費(fèi)克特老師的個(gè)別指導(dǎo)下并合作發(fā)表了第一篇數(shù)學(xué)論文，此時(shí)馮·諾依曼還不到18歲．1921年一1923年在蘇黎世大學(xué)學(xué)習(xí)．很快又在1926年以優(yōu)異的成績獲得了布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位，此時(shí)馮·諾依曼年僅22歲．1927年一1929年馮·諾依曼相繼在柏林大學(xué)和漢堡大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)講師。1930年接受了普林斯頓大學(xué)客座教授的職位，西渡美國．1931年他成為美國普林斯頓大學(xué)的第一批終身教授，那時(shí)，他還不到30歲。1933年轉(zhuǎn)到該校的高級研究所，成為最初六位教授之一，并在那里工作了一生． 馮·諾依曼是普林斯頓大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、哈佛大學(xué)、伊斯坦堡大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)和慕尼黑高等技術(shù)學(xué)院等校的榮譽(yù)博士．他是美國國家科學(xué)院、秘魯國立自然科學(xué)院和意大利國立林且學(xué)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(shù)學(xué)會主席． 1954年夏，馮·諾依曼被發(fā)現(xiàn)患有癌癥，1957年2月8日，在華盛頓去世，終年54歲． 馮·諾依曼在數(shù)學(xué)的諸多領(lǐng)域都進(jìn)行了開創(chuàng)性工作，并作出了重大貢獻(xiàn)．在第二次世界大戰(zhàn)前，他主要從事算子理論、集合論等方面的研究．1923年關(guān)于集合論中超限序數(shù)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(fēng)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(chǔ)．他從公理出發(fā)，用代數(shù)方法導(dǎo)出了集合論中許多重要概念、基本運(yùn)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(tǒng)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，即證明了局部歐幾里得緊群是李群．1934年他又把緊群理論與波爾的殆周期函數(shù)理論統(tǒng)一起來．他還對一般拓?fù)淙旱慕Y(jié)構(gòu)有深刻的認(rèn)識，弄清了它的代數(shù)結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與實(shí)數(shù)是一致的． 他對算子代數(shù)進(jìn)行了開創(chuàng)性工作，并奠定了它的理論基礎(chǔ)，從而建立了算子代數(shù)這門新的數(shù)學(xué)分支．這個(gè)分支在當(dāng)代的有關(guān)數(shù)學(xué)文獻(xiàn)中均稱為馮·諾依曼代數(shù)．這是有限維空間中矩陣代數(shù)的自然推廣． 馮·諾依曼還創(chuàng)立了博弈論這一現(xiàn)代數(shù)學(xué)的又一重要分支． 1944年發(fā)表了奠基性的重要論文《博弈論與經(jīng)濟(jì)行為》．論文中包含博弈論的純粹數(shù)學(xué)形式的闡述以及對于實(shí)際博弈應(yīng)用的詳細(xì)說明．文中還包含了諸如統(tǒng)計(jì)理論等教學(xué)思想．馮·諾依曼在格論、連續(xù)幾何、理論物理、動力學(xué)、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、氣象計(jì)算、原子能和經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域都作過重要的工作． 馮·諾依曼對人類的最大貢獻(xiàn)是對計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)值分析和經(jīng)濟(jì)學(xué)中的博弈論的開拓性工作． 現(xiàn)在一般認(rèn)為ENIAC機(jī)是世界第一臺電子計(jì)算機(jī)，它是由美國科學(xué)家研制的，于1946年2月14日在費(fèi)城開始運(yùn)行．其實(shí)由湯米、費(fèi)勞爾斯等英國科學(xué)家研制的"科洛薩斯"計(jì)算機(jī)比ENIAC機(jī)問世早兩年多，于1944年1月10日在布萊奇利園區(qū)開始運(yùn)行．ENIAC機(jī)證明電子真空技術(shù)可以大大地提高計(jì)算技術(shù)，不過，ENIAC機(jī)本身存在兩大缺點(diǎn)：（1）沒有存儲器；（2）它用布線接板進(jìn)行控制，甚至要搭接幾天，計(jì)算速度也就被這一工作抵消了．ENIAC機(jī)研制組的莫克利和?？颂仫@然是感到了這一點(diǎn)，他們也想盡快著手研制另一臺計(jì)算機(jī)，以便改進(jìn)． 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(gè)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?#xff0c;并同他進(jìn)行了短暫的交談。當(dāng)時(shí)，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。 馮·諾依曼由ENIAC機(jī)研制組的戈?duì)柕滤雇⒅形窘榻B參加ENIAC機(jī)研制小組后，便帶領(lǐng)這批富有創(chuàng)新精神的年輕科技人員，向著更高的目標(biāo)進(jìn)軍．1945年，他們在共同討論的基礎(chǔ)上，發(fā)表了一個(gè)全新的"存儲程序通用電子計(jì)算機(jī)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(shù)理基礎(chǔ)知識，充分發(fā)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(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。這份報(bào)告是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上一個(gè)劃時(shí)代的文獻(xiàn)，它向世界宣告：電子計(jì)算機(jī)的時(shí)代開始了。 EDVAC方案明確奠定了新機(jī)器由五個(gè)部分組成，包括：運(yùn)算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出設(shè)備，并描述了這五部分的職能和相互關(guān)系．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。 現(xiàn)在使用的計(jì)算機(jī)，其基本工作原理是存儲程序和程序控制，它是由世界著名數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出的。美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼被稱為“計(jì)算機(jī)之父”。 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)。 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(gè)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(shí)甚至幾天時(shí)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(gè)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)員只需要在存儲器中尋找運(yùn)算指令，機(jī)器就會自行計(jì)算，這樣，就不必每個(gè)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。 1946年7，8月間，馮·諾依曼和戈?duì)柕滤雇?、勃克斯在EDVAC方案的基礎(chǔ)上，為普林斯頓大學(xué)高級研究所研制IAS計(jì)算機(jī)時(shí)，又提出了一個(gè)更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告《電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探》．以上兩份既有理論又有具體設(shè)計(jì)的文件，首次在全世界掀起了一股"計(jì)算機(jī)熱"，它們的綜合設(shè)計(jì)思想，便是著名的"馮·諾依曼機(jī)"，其中心就是有存儲程序原則--指令和數(shù)據(jù)一起存儲．這個(gè)概念被譽(yù)為'計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑"．它標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的真正開始，指導(dǎo)著以后的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)．自然一切事物總是在發(fā)展著的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，今天人們又認(rèn)識到"馮·諾依曼機(jī)"的不足，它妨礙著計(jì)算機(jī)速度的進(jìn)一步提高，而提出了"非馮·諾依曼機(jī)"的設(shè)想． 馮·諾依曼還積極參與了推廣應(yīng)用計(jì)算機(jī)的工作，對如何編制程序及搞數(shù)值計(jì)算都作出了杰出的貢獻(xiàn)． 馮·諾依曼于1937年獲美國數(shù)學(xué)會的波策獎；1947年獲美國總統(tǒng)的功勛獎?wù)隆⒚绹＼妰?yōu)秀公民服務(wù)獎；1956年獲美國總統(tǒng)的自由獎?wù)潞蛺垡蛩固辜o(jì)念獎以及費(fèi)米獎． 馮·諾依曼逝世后，未完成的手稿于1958年以《計(jì)算機(jī)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(jīng)濟(jì)行為》，使他在經(jīng)濟(jì)學(xué)和決策科學(xué)領(lǐng)域豎起了一塊豐碑。他被經(jīng)濟(jì)學(xué)家公認(rèn)為博弈論之父。當(dāng)時(shí)年輕的約翰·納什在普林斯頓求學(xué)期間開始研究發(fā)展這一領(lǐng)域，并在1994年憑借對博弈論的突出貢獻(xiàn)獲得了諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎。

總結(jié)

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