计算机人物系列-约翰·冯·诺依曼

Posted 2020-08-19 octans

约翰·冯·诺依曼, 1903年12月28日出生于匈牙利布达佩斯的一家犹太家庭，1957年2月8日死于癌症，被称为计算机之父，博弈论之父。

少年传奇

据说他6岁时就能流利的使用拉丁文和古希腊文同父亲闲谈，一生掌握了七种语言，最擅德语，可在他用德语思考种种设想时，又能以阅读的速度译成英语。他对读过的书籍和论文，能很快一句不差地将内容复述出来，而且若干年之后，仍可如此。

求学经历

冯的大学经历对于常人来说具有相当高的挑战性，6年间横跨3个国家，拿下化学学位和数学博士学位。

在1921年他注册成为匈牙利布达佩斯大学数学专业的学生，并且注册了德国柏林大学化学专业，数学专业是他所喜欢和擅长的，而化学专业是考虑到父亲对于他未来生计的建议。虽然没有去过布达佩斯大学上课，但他能够在每次的考试拿的好成绩，保证最终能够拿到数学专业的学位。
在柏林大学化学专业学习了两年后，他又进入瑞士联邦理工学院攻读化学工程。

最终在1925年取得化学学位，1926年取得了布达佩斯大学的数学博士学位，此时他只有23岁。

有人问为什么他不老老实实学习自己感兴趣的数学而去要学化学呢？是为了照顾父亲的想法，他的父亲当初认为学数学将来不足以赚更多的钱体面的生活，父子两个在父亲朋友的建议下采取折中，选择了学习化学。

普林斯顿

1926年23岁的冯诺依曼拿到数学博士学位后，先是得到了洛克菲勒基金会的资助机会，到哥廷根大学做博士后工作，在那里，他在数学家希尔伯特的指导下进行研究；在希尔伯特那里汇聚了许多出色的数学天才，冯第一次和罗伯特·奥本海默见面就在那里。奥本海默就是后来被称为原子弹之父….

1927到1929这三年间，冯先后在柏林大学和汉堡大学担任兼职讲师，当时他是在柏林大学担任这个职位的最年轻的人。在这期间，他收到了美国数学泰斗、普林斯顿高级研究院维伯伦教授的聘书，邀请他到普林斯顿大学讲授“量子力学理论课”。

就这样，1930年冯诺依曼来到了美国普林斯顿大学，并很快被提升为教授。他在普林斯顿大学的授课方式独树一帜，以在黑板上快速写出一些等式，并且在学生还没有记下来之前就擦掉而著称。

1933年他被聘为普林斯顿高等研究所的第一批终身教授，是当时最年轻的一名。来看看当时还有谁：爱因斯坦，库尔特·戈德尔(逻辑学家)，赫尔曼·魏尔(数学家)，奥本海默(物理学家)。普林斯顿高等研究院不从事教学活动，从此冯诺依曼不再给学生上课了，开始了专职的研究工作。
关于普林斯顿高等研究院,”囚徒的困境”一书中，这样写道：

数学家劳尔博特1984年在一次演说中回忆自己刚进普林斯顿高级研究所时的情况说，”在碰到名人时，我常常要拧一下自己，以便确信这不是在做梦而是真的。想象一下这个地方吧：这里有一个像流浪汉似的，十分可疑的人，有一次警察想把他逮起来，没有想到他是基恩勒雷(法国数学家)；这里每天大约上午11点的时候，你可以很容易的同爱因斯坦聊起一些重大的问题，诸如天气变化或者邮件来的太晚。这里，在一群年轻的用餐的喧闹声中，旁边安详而面带笑容地坐着用餐的竟是狄拉克(英国数学家和核物理学家)，如此等等。”

冯诺依曼的办公室和爱因斯坦挨着，但他们并没有天才见天才惺惺相惜的感觉，没有建立亲密的关系，这也正常吧，每一个上帝派来的人都有一个大光环围绕着…,”生活”杂志引用研究所一个研究员的话说：”爱因斯坦想问题比较慢条斯理，有些问题他会想上几年。约翰正好相反，他思维敏捷，有如闪电般惊人。如果你给他一个问题，他要么马上把它解出来，要么不解。如果他必须想很长时间，他会烦恼起来，兴趣也就丧失了。约翰除非专心致力于什么问题，否则他的思维是不会发光的。”

据说冯诺依曼的办公室和图灵的办公室也是挨着的…

Site Y，Project Y，计算机

第二次世界大战爆发后，冯诺依曼从纯粹数学的研究转向应用数学，应召参与了许多军事科学研究计划和工程项目。

1943年，洛斯阿拉莫斯实验室在美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯秘密建立了，为了保密，这个实验室对外被称为Site Y，这个实验室聚集了一批年轻的世界顶尖科学家。包括奥本海默(被后人称为原子弹之父)，爱德华泰勒(被后人称为氢弹之父)和诺贝尔物理奖得主欧内斯特劳伦斯。这个实验室成立后的第一个任务对外称Project Y, 即曼哈顿计划，研制核武器。同年末，奥本海默邀请冯诺依曼加入了洛斯阿拉莫斯实验室。

曼哈顿计划有一项技术难题就是控制原子弹的威力。爆炸的冲击波将反复震荡叠加，最终的力量难以预测，解决这一问题通常需要通过几十亿次的数学运算(非线性方程)，阿拉莫斯实验室为此聘用了一百多名女计算员，依然无法满足所需的运算量，如何提高计算能力成了当务之急。冯诺依曼在进入拉莫斯实验室之前，已经具有流体力学和冲击波的专家经验，他自己深知此类研究中涉及到的计算之复杂和人工计算之低效。

当时不仅制造原子弹需要海量的计算，其他的军事项目比如导弹轨道(非线性方程)的计算也需要海量的计算。于是在1943年听说宾夕法尼亚大学的一群工程师为了计算导弹轨道而开始建造一台名为ENIAC的巨型机器时，冯诺伊曼立即敏锐地想到：也可以用这机器去计算原子弹冲击波的能量。在他的牵头下，ENIAC建完后第一项测试任务居然不是导弹轨道而成了核弹方程，整个测试大大缩短了之前的计算所需要的时间。

同样在1943年，为解决密码解密方面的大量运算问题，在图灵的鼓励下，英国的布莱切利庄园(图灵为军方破译德军密码的地方)的工程师Tommy Flowers设计了一台叫作Colossus的巨型机器，在战时充裕的经费支持下很快获准建造。这也许就是世界上第一台计算机，也有人说ENIAC是第一台，总之都是第一台吧….

于是冯诺依曼看到了ENIAC的巨大作用，在研究了ENIAC之后，他提出了改进版，一篇长达101页的科学报告, 这就是计算机史上著名的“101页报告” ，称之为“EDVAC方案”，刻画出了现代计算机的体系结构，今天人们称之为冯诺依曼结构：”一台计算机的基础组成是：存储器、控制器、运算器、输入输出设备”。

冯通过说服普林斯顿高等研究院和军方，1947年研究院开始建造新一代计算机MANIAC。

MANIAC比ENIAC先进了很多。ENIAC用了两万个真空管，MANIAC只用了两千个。ENIAC重达三十吨，MANIAC只有一吨。最关键的是，ENIAC不能贮存程序，每个不同的任务都需要重新排布电线，而MANIAC可以读取由打孔卡上二进制编码的程序，贮存在存储器中。
MANIAC是世界上第一台真正的全能自动电子计算机，是后世所有计算机的母型。

战争结束后，计算机科学在美国如雨后春笋迅速发展，很快IBM 到1960年MANIAC光荣退休被捐赠给史密森尼国家博物馆(Smithsonian)时，全美已经拥有了6000台计算机。

妻子克拉拉

写克拉拉，是因为她是广大程序员的同行，世界上第一批程序员之一。在冯诺依曼的指导下，她为阿巴丁试验场和洛斯阿拉莫斯做编程工作，她做的是汇编语言编程。

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