天才数学家冯诺伊曼

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天才数学家冯诺伊曼

2016-11-08 作者: xuzhiping 浏览: 2490 次

摘要: 一个多世纪之前,也就是1903年12月28日,布达佩斯诞生了一位近代最重要的数学家,冯诺伊曼,今日他被称为“电子计算机之父”、“对策论创始人”、“人工智能先驱”,同时也是原子弹研发者之一。冯诺伊曼在诸多领域均有杰出表现,包括传统领域(如纯数学与物理的数学基础)...

一个多世纪之前,也就是1903年12月28日,布达佩斯诞生了一位近代最重要的数学家,冯诺伊曼,今日他被称为“电子计算机之父”、“对策论创始人”、“人工智能先驱”,同时也是原子弹研发者之一。冯诺伊曼在诸多领域均有杰出表现,包括传统领域(如纯数学与物理的数学基础)、现代议题(如计算机科学)、后现代议题(如神经网络与胞腔自动机;数十年后,另一位天才沃尔夫拉姆才再度发掘了胞腔自动机。

冯诺伊曼的小名叫扬西,家人都亲昵地这样称呼他。他的双亲是富裕的犹太人,父亲是银行家,花钱买下了贵族气派的头衔“冯”,放在听起来平庸无奇的“诺伊曼”前面。就像布达佩斯其他有钱人家的惯例,这个小男孩由德国与法国家庭教师带大。冯诺伊曼在儿童时期就显露天才的光芒,不仅能以古希腊语交谈,也能背诵整本电话簿,布达佩斯新教徒中学的老师没多久就发现他的数学才华,全力栽培。

顺道一提,冯诺伊曼并不是这所著名学校里唯一的资优生,这所学校的杰出人士还包括:1963年诺贝尔物理学奖得主魏格纳,他比冯诺伊曼高一届;1994年诺贝尔经济学奖得主豪尔沙尼,也是该校毕业生;还有犹太复国主义创始人赫兹尔。

不出所料,冯诺伊曼中学毕业后便急切地想攻读数学,但他父亲认为数学是没有前途的专业学科,希望儿子能读商科。冯诺伊曼反对父亲的看法,最后两人达成协议,年轻的冯诺伊曼去柏林念化学。因为依照他父亲的看法,化学至少是门实用的学科,能带来稳定的收入。然而,这个学生同时也在布达佩斯大学的数学系注册。不用说,为了防止犹太学生读大学所制定的新生录取名额限制无法阻挡冯诺伊曼,他也未曾在学校遇到任何反犹太主义的情况,因 为他从来不上课,只到布达佩斯参加考试。

1923年,冯诺伊曼转学,从柏林搬到苏黎世,进入苏黎世有名的瑞士联邦理工学院就读,除了必修的化学课之外,还参加了学院举办的数学研讨会。1926年,他不仅得到苏黎世瑞士联邦理工学院化学学位,还拿到了布达佩斯大学数学博士学位。他的博士论文题目是集合论,这是一个崭新的领域,而且证实对数学的发展极为重要。

不久,这位年轻的博士先生(Herr Doktor,当时他生活圈里的人都已经知道他是个天才)抵达哥廷根,那里的大学拥有当时全球公认的最顶尖的数学中心。数学中心的杰出代表人物是当时声望最高的数学家希尔伯特,他热诚欢迎冯诺伊曼,后来冯诺伊曼又在柏林与汉堡举行了一系列的演讲。

就在有犹太血统的科学家被拒之于欧洲大学门外之前,冯诺伊曼接受了普林斯顿大学的邀请,前往美国。当时是1930年代初期,普朗克、海森伯与其他人对量子力学的研究刚起步。由于冯诺伊曼可以为量子力学理论提供向来欠缺的、坚实而严密的数学基础,他贏得了高等研究院职位,并且和爱因斯坦一同成为该院6位创始教授之一。此后直到他去世,高等研究院一直是这位数学家真正的家,他也人籍成为美国公民,并把名字扬西改为约翰尼。

冯诺伊曼不仅对纯数学的基本原理有兴趣,也为数学在其他领域的应用着迷。当时欧洲正受战火侵袭,自然科学在战争上的应用日益重要,而他在流体力学、弹道学及冲击波方面的研究成果引起了军方兴趣,很快就成为美国军方的顾问。1943年,他的事业又向前迈进了一步,参与了新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的曼哈顿计划,与一群匈牙利移民合作,包括魏格纳、特勒、西拉德等人,他们共同参与了开发原子弹的工作。

这几位匈牙利的科学家被同行称为“火星来的人”,他们拥有超凡的智力,彼此对话使用的是难解的语言,所以大家谣传他们一定是从其他星球到地球来的!

冯诺伊曼和他们在洛斯阿拉莫斯提供的关键性计算结果,帮助科学家们研发出了钚弹。在洛斯阿拉莫斯实验室的数学家们必须解决许多冗长、重复的计算,为了加快速度,他们发展了数值计算技术,将计算交由几十位算数高手人工执行,但更快速计算的需求变得越来越迫切了。

冯诺伊曼刚好不但熟知图灵(Alan Turing,1912~1954,英国有进取心的数学天才,其时正在普林斯顿撰写博士论文)的概念,也很清楚工程师埃克特及其同事物理学家莫奇利的想法,前者提出了现代计算机的概念,后两人则在宾州费城建造了美国第一台电子计算装置。依据他们的初步研究成果,冯诺伊曼随后发展了后来被称为 “计算机结构”的概念,直到今日,“冯诺伊曼结构”仍控制着每台台式计算机的数据流。冯诺伊曼清楚地认识到程序可存储在计算机里,而在需要时访问它们,与处理数据情况十分相同。事实上,之前专家还一直认为必须把程序做成硬件的一部分,如同机械式加法机上所使用的方法一样。

冯诺伊曼在与自维也纳移民到普林斯顿的经济学家摩根斯坦的一次讨论中,产生了“对策论” 概念。冯诺伊曼和他的维也纳朋友证明了所谓“极小极大定理”: 对纸牌游戏而言,无论是让增益最大化或让损失最小化,结果都一样。对策论也应用在商场及国际政治上,现在则已经发展成介于数学与经济学之间的独立分支。这项理论的最大拥护者是纳什,他在1994年与豪尔沙尼、赛尔滕共同获得诺贝尔经济学奖。事实上,电影《美丽心灵》的数学家主角就是纳什。

冯诺伊曼晚年对大脑产生了兴趣,在其死后才出版的一篇关于人类大脑与计算机类比的文章中,主张大脑的功能有二元及模拟两种模式。此外,他写道:“大脑很少使用类似个人计算机中的冯诺伊曼结构,而是用现代超级计算机使用的平行处理方法。”他预见了神经网络理论,这项理论在现今的人工智能研究中扮演重要的角色。

冯诺伊曼热衷于享乐,他与第一任妻子玛丽达,以及离婚后再娶的第二任妻子克拉丽——两人都来自布达佩斯,都试着把夜总会的气氛带进美国,他还在柏林就学时便沉迷于夜总会。冯诺伊曼在普林斯顿舍弃彻夜狂欢的派对,已成为一种难以置信的传说。

冯诺伊曼一生获奖无数、头衔无数,一生的最后几个月却过得很困苦。他在52岁时得知自己罹患癌症,但却已无法避免必然的后果,这位头脑停不下来的科学家白天被困坐在轮椅上,夜间受疾病彻夜发作的折磨。一年后,1957年2月8日,冯诺伊曼终于向病魔投降,病逝于华盛顿特区的华特里德医院。

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