計(jì)算機(jī)之父馮·諾伊曼誕辰

1903年12月28日，計(jì)算機(jī)之父約翰·馮·諾依曼（John Von Neumann）出生于匈牙利的布達(dá)佩斯。諾依曼是20世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)家之一，他在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、博弈論、核武器和生化武器等諸多領(lǐng)域有杰出的貢獻(xiàn)，被后人稱為“計(jì)算機(jī)之父”和“博弈論之父”。

諾依曼的工作大致可以分為兩個(gè)時(shí)期：一個(gè)時(shí)期是1940年以前，主要是純粹數(shù)學(xué)的研究：在數(shù)理邏輯方面提出簡單而明確的序數(shù)理論，并對(duì)集合論進(jìn)行新的公理化，其中明確區(qū)別集合與類。

1923年關(guān)于集合論中超限序數(shù)的論文，顯示了諾依曼處理集合論問題所特有的方式和風(fēng)格。他把集合論加以公理化，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。特別是在1925年的一篇論文中諾依曼指出，任何一種公理化系統(tǒng)中都存在著無法判定的命題。

1933年，諾依曼解決了希爾伯特第五問題，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(duì)一般拓?fù)淙旱慕Y(jié)構(gòu)有深刻的認(rèn)識(shí)，弄清了其代數(shù)結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與實(shí)數(shù)是一致的。

諾依曼對(duì)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。諾依曼工作的另一個(gè)時(shí)期是1940年以后，他轉(zhuǎn)向應(yīng)用數(shù)學(xué)。如果說諾依曼的純粹數(shù)學(xué)成就屬于數(shù)學(xué)界，那么他在力學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、數(shù)值分析和電子計(jì)算機(jī)方面的工作則屬于全人類。

第二次世界大戰(zhàn)開始，諾伊曼因戰(zhàn)事的需要研究可壓縮氣體運(yùn)動(dòng)，建立沖擊波理論和湍流理論，發(fā)展了流體力學(xué);從1942年起，他與莫根施特恩合作撰寫了《博弈論和經(jīng)濟(jì)行為》一書，這是博弈論（又稱對(duì)策論）中的經(jīng)典著作，使他成為數(shù)理經(jīng)濟(jì)學(xué)的奠基人之一。

馮·諾依曼對(duì)人類的最大貢獻(xiàn)，要數(shù)他對(duì)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)中博弈論的開拓性工作。

諾伊曼對(duì)世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）的設(shè)計(jì)提出過建議。一般認(rèn)為ENIAC是世界第一臺(tái)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。

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存在兩大缺點(diǎn)：一是它沒有存儲(chǔ)器;二是它用布線接板進(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。

諾伊曼在一次極為偶然的機(jī)會(huì)中知道了ENIAC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。諾依曼發(fā)現(xiàn)ENIAC有兩個(gè)致命缺陷：一是采用十進(jìn)制運(yùn)算，邏輯元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低;二是沒有內(nèi)部存儲(chǔ)器，操縱運(yùn)算時(shí)非常麻煩且費(fèi)時(shí)。

針對(duì)這兩個(gè)問題，諾依曼和其他合作者進(jìn)行了半年多時(shí)間的改革性研究，其研究成果得到了ENIAC研制小組專家的青睞，他們?cè)贓NIAC尚未竣工之前，就著手計(jì)劃一個(gè)結(jié)構(gòu)全新的電子計(jì)算機(jī)——EDVAC方案。

1945年6月底，由諾依曼執(zhí)筆寫出了EDVAC計(jì)劃草案。在這個(gè)方案中，諾依曼提出了在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制算法和設(shè)置內(nèi)存貯器的理論，并明確規(guī)定了電子計(jì)算機(jī)必須由運(yùn)算器、控制器、存貯器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部分構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)形式。

EDVAC最終于1952年建成，它的運(yùn)算速度與ENIAC相似，而使用的電子管卻只有5900多個(gè)，比ENIAC少得多。EDVAC的誕生，使計(jì)算機(jī)技術(shù)出現(xiàn)了一個(gè)新的飛躍。它奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的真正開始。

1946年，諾依曼開始研究程序編制問題，他首先研究線性代數(shù)和算術(shù)的數(shù)值計(jì)算，后來著重研究非線性微分方程的離散化以及穩(wěn)定問題，并給出誤差的估計(jì)。他協(xié)助發(fā)展了一些算法，特別是蒙特卡羅方法。

20世紀(jì)40年代末，諾依曼開始研究自動(dòng)機(jī)理論，研究一般邏輯理論以及自復(fù)制系統(tǒng)。在生命的最后時(shí)刻他深入比較天然自動(dòng)機(jī)與人工自動(dòng)機(jī)。諾依曼逝世后，其未完成的手稿在1958年以《計(jì)算機(jī)與人腦》為名出版。

無論在純粹數(shù)學(xué)還是在應(yīng)用數(shù)學(xué)研究方面，馮·諾依曼都顯示了卓越的才能，取得了眾多影響深遠(yuǎn)的重大成果。不斷變換研究主題，常常在幾種學(xué)科交叉滲透中獲得成就是他的特色。簡單來說，他的精髓貢獻(xiàn)就是：二進(jìn)制思想和程序內(nèi)存思想。