| 词条 | 约翰·冯·诺伊曼 |
| 释义 | § 简介 约翰·冯·诺伊曼 冯·诺伊曼（John von Neumann，公元1903年12月28日─公元1957年2月8日）是一位匈牙利─美国数学家，电子计算机之父。生于匈牙利布达佩斯，卒于美国华盛顿。他从小就显露出数学才能，早年在柏林大学（Freie Universität Berlin）和苏黎世联邦工业大学学习化学，1926年取得化学工程师的资格。在此期间他自学数学，受到希尔伯特和外尔等数学家的影响。1926年获得博士学位。先后在柏林大学和汉堡大学任职。1930年应聘到普林斯顿大学任教。1933年成为普林斯顿高等研究院终身教授。第二次世界大战期间，担任制造原子弹的顾问，并参与电子计算机的研制工作。1954年成为美国原子能委员会委员并移居华盛顿。 约翰·冯·诺伊曼冯．诺伊曼是20世纪最杰出的数学家之一，他在纯粹数学和应用数学方面都有卓越的贡献。20世纪40年代以前，他主要研究纯粹数学，在集合论、测度论、群论及算子理论等方面做出贡献。特别是在1933年解决了希尔伯特第5问题。他建立的算子环理论为量子力学奠定了数学基础。这一时期的代表作是《量子力学的数学基础》 。1940年以后他转向应用数学，在力学、经济学、数值分析和电子计算机方面都有重要贡献。第二次世界大战开始后，冯．诺伊曼因战事需要研究可压缩气体运动，建立冲击波理论和湍流理论，他对非线性双曲型（无粘流体方程）引人人工粘性项的差分方法已成为现代流体计算的主导方法。这些工作发展了流体力学。他为原子弹的设计方案提出许多重要建议，在研制原子弹的过程中，他与波兰数学家乌拉姆提出蒙特卡罗法，开创统计模拟方法。1944年参与了世界上第一台电子计算机的设计，后来又陆续研究更完善的计算机，如1995年提出离散变量电子计算机（EDVAC）的设计方案等。另一项重大成果是创立了对策论（Game Theory），并应用于经济领域，1944年与莫根施特恩（Morgensten）合著的《对策论与经济行为》已成为经典著作。他在病危的情形下，还研究人的神经系统与计算机的关系，未及完成而卒，以后以《计算机与人脑》刊行于世。其主要论著收集在《冯．诺伊曼全集》（6卷，1961）中。 § 生活经历 John von Neumann出生时叫Janos von Neumann。小时候他叫Jancsi,这是Janos的昵称，然后他去了美国改叫Johnny。他的父亲Max Neumann是个大银行家。Von Neumann在一个大家庭中成长，他的家位于布达佩斯。童年时，他的家庭教师教他德语和法语。尽管是犹太人，Max Neumann并不完全遵守严格的犹太教义，他的家似乎更像一个犹太教与基督教的混合体。 Max Neumann的儿子是如何得到“von”从而取名为Janos von Neumann的这件事也是很值得一提的。1913年Max Neumann买下了一个头衔，但却并不想改自己的名字。不过，他的儿子就用了德文的von，改姓氏为von Neumann,这里的“von”代表了他的头衔。 约翰·冯·诺伊曼当von Neumann还是一个小孩的时候，他就表现出了惊人的记忆力。在Poundstone中有写道:von Neumann六岁时就能与他的父亲用古希腊语讲笑话。有时,Neumann一家招待客人，就让Johnny在客人面前表演背电话簿。一位客人随意地从簿中选一页上的一栏，小Johnny看上几遍然后就把簿还给客人。他可以回答客人提出的任何问题（例如谁谁的电话是多少？）或者就直接按顺序背出名字、地址、电话。 1911年von Neumann进入了Lutheran Gymnasium。这所学校有很强的学术传统。这点在von Neumann眼里和学校看来都似乎比宗教更重要。他的数学老师很快就发现了他的天分并给他减免了学费。学校里还有一位出色的数学家，比von Neumann高一年级，叫Eugene Wigner。 第一次世界大战几乎没有影响到von Neumann的学习。但是一战结束后，1919年匈牙利由共产党领导人Bela Kun掌管了5个月。Neumann一家作为富人逃往了奥地利。但是，一个月之后，他们又不得不回来面对布达佩斯所发生的一切。因为Bela Kun的政府中犹太人占了大部分，所以当他倒台后犹太人成为被攻击的对象。在当时那种情况下是毫无逻辑可言的。尽管Neumann一家是反对Kun政府的，可这一点并不能使他们免遭迫害。 1921年von Neumann完成了他在Lutheran Gymnasium的学业。1922年他的第一篇数学论文就发表了。他的合写人是Fekete，他是布达佩斯大学的助教，也是von Neumann的导师。不过，Max Neumann并不想让他的儿子学习一门不赚钱的学科。Max Neumann让Theodore von Karman去劝说von Neumann从商。也许von Karman并不适合去完成这样一个艰巨的任务。不过最后大家都同意了一个折衷的方案，就是让von Neumann在大学时修读化学。 从很多方面讲匈牙利对于犹太人来说不是个闲适的国家。对于想进入布达佩斯大学学习的犹太学生有严格的数量限制。当然，尽管名额有限，von Neumann的成绩也足以让他轻松地在1921年进入数学系，但他从不去听课，而是进入柏林大学学习化学。 Von Neumann在柏林大学学习化学，直到1923年去了苏黎世。尽管他没去听过一节课，von Neumann仍就在布达佩斯大学的数学考试中获得了优异的成绩。1926年他又获得了苏黎世的Technische Hochschule学院的化学工程的毕业证书。尽管在苏黎世学习化学，他仍对数学充满了兴趣，并且和当时也在苏黎世的Weyl和Polya俩人交流学术。甚至有一次，当Weyl不在苏黎世的时候，他还替Weyl代过课。Polya说过，Johnny是唯一让我感到有压力的学生。每当我在课堂上提出一个未解的问题，一下课他就过来找我，手里还拿着他在小纸片上了了数笔写出的完整的解题方法。 同在1926年，von Neumann还以一篇关于集合论的毕业论文获得了布达佩斯大学的数学博士学位。当他20岁时，他就发表了序数的定义，这个定义今天仍在使用。 1926至1929年von Neumann在柏林讲学，1929至1930年他又去了汉堡讲学。那时他还拥有一份洛克菲洛研究员薪金，这笔钱使得它可以在Guttingen大学继续他的数学博士后的学习。1926至1927年在Guttingen大学时，他就在Hilbert的门下学习。那时，von Neumann已经很有声望了。 在他25岁时，von Neumann的名声已经享誉全球的数学界。在学术大会上，它通常被看作是一位年轻的天才。 1929年Veblen邀请von Neumann到普林斯顿大学作关于量子论的演讲。von Neumann回复Veblen说，他办完一些个人事情就会去普林斯顿。von Neumann回到了布达佩斯，与他的未婚妻Marietta Kovesi结了婚，然后就出发去了美国。1930年von Neumann成为了普林斯顿的客座教授，1931年就被任命为教授。 约翰·冯·诺伊曼1930到1933年，von Neumann一直在普林斯顿讲课。但这不是重点。我们要说的是，他那不定的思维方式让那些天份稍逊的人难以跟上。而且学生们对他总是只在一大块黑板的一小部分上写一大串方程式，然后不等学生们抄下来就擦掉的做法意见很大。 1933年，在刚成立的普林斯顿的高等数学研究所，他成为最初的六位数学教授之一。他一直拥有这个位置，直到去世。 在美国的头几年里，每到暑假von Neumann都回欧洲。直到1933年他在国内还任有一些学术上的职务，不过当纳粹上台后，他就把这些都辞掉了。与很多其他人不同，von Neumann到美国不是为了政治避难，而只是考虑到在美国的职位比在德国的更有学术发展上的前途。 同在1933年，von Neumann成为数学学会年刊的编辑。两年后，他又成为Compositio Mathematica的编辑。在这两个位置上他一直干到去世。 Von Neumann和妻子Marietta在1936年有了一个女儿叫Marina，但他们在1937年就离婚了。次年，他与同样来自布达佩斯的Klara Dan结婚了。他是在一次欧洲之行中认识Klara Dan的。结婚后，他们乘船来到美国并在普林斯顿安了家。在普林斯顿，von Neumann过上了一种对于顶尖数学家来说并不太常有的生活。他很喜欢各种聚会。 聚会和夜生活对von Neumann来说有一种特别的吸引力。还是在德国讲课时，他就是Cabaret时代的柏林夜生活圈子的常客。 与Klara结婚后，他的聚会又重新开始了。他家经常举办各种聚会，时间很长，也很有名。 Ulam在概括von Neumann的工作生活中写道：他青年时期的工作不单单只是关于数学逻辑和集合论的公理体系，而同时还是关于集合论自身实质内容的研究。在这过程中，他得到了一些有关测度论和真实变量的有趣结果。同样是在这一时期，他开始了自己关于量子论的经典研究，量子论的计量理论的数学基础和新的统计力学。 他在所写《Mathematische Grunlagen der Quantenmechanik》一书中建立了新的量子论的完整框架，Van Have写到：在1925年量子力学被发现的最初几年里，这一问题有幸引起了一个数学天才——von Neumann的兴趣。正因为如此，这一理论的数学框架得到了改进，理论的全新阐释规则的形式也由他一个人在两年之内分析研究了。Hilbert空间的有界线性算子的自伴代数，发展成为不太完善的拓扑学，这由von Neumann在1929年通过Mathematische Annalen(一本学术杂志）介绍给世人。 Kadison 解释道：正是由于von Neumann对遍历论，群表示和量子力学产生兴趣，他认识到算子代数理论将是数学发展的又一个重要阶段。 于是，算子代数被von Neumann称作“算子环”，之后又被人们命名为W-代数。J Dixmier在1957年写的专题著作《Hilbert空间的算子代数》中称这门学科为“冯.诺伊曼代数”，因为19世纪30年代至40年代里，von Neumann于他的合著者F J Murray合作，写出了一系列文章，为“冯.诺伊曼代数”建立了坚实的理论基础。 Ulam也曾写过von Neumann如何对博弈论产生兴趣的：von Neumann清楚地认识到由其他数学家取得的研究结果和这些结果的内在发展可能性。在他开始的工作中，一篇由Borel写出的关于极小极大性的文章给了他提示，使他将已有的想法发展成一个原创的观点，即“博弈论”。 约翰·冯·诺伊曼在博弈论中，von Neumann证明了极小极大定理。他逐步扩大在这一领域内的研究，并和另一个合作者Oskar Morgenstern写出了经典的论文《博弈论与经济行为》(1944)。同时，koopman提出的用“函数空间算子”处理经典力学的可能性的想法激发了von Neumann，使他给出了第一个关于遍历定理的严格数学证明。并且，Haar的关于凭借数群方式计量的方法，又激发了他的灵感，使他出色地部分解决了“Hilbert第五猜想”，并证明了在紧群中引入分析参数的可能性。 1938年，美国数学委员会向von Neumann颁奖，以表彰他的杰出贡献，尤其是在周期函数和周期群方面的优异成绩。美国数学协会的公报分两次在1934年和1935年刊登了von Neumann研究成果。于此同时，他开始转向了应用数学领域。 在30年代中期，Johnny痴迷于有关液动体紊流的问题。正是在那时他发现了隐含于非线性偏微分方程式内的秘密。从二战开始时，他的工作就是集中研究流体动力学方程和振荡理论。由这些非线性方程所描述的现象用现有的方式分析起来会造成困惑，甚至还违反了原先的认识。在他看来关于数字的研究是了解这些体系的有效方法。这推动了他在电子机械上使用计算机的新的可能性方面的研究。 Von Neumann是计算机科学的先驱之一。他为逻辑设计做出了卓越的贡献。Shannon写道：von Neumann用他生命最后几年的大部分时间研究自动控制论。这项理论的研究综合了他早期对于逻辑和论证理论的兴趣还有后来二战和二战后对于大规模电子计算机的研究。既包含了纯属学和应用数学，又涉及了其他学科，自动控制论正是一个完美的领域，以使von Neumann的多方才能得以充分发挥。他提出了很多新的见解并且为该研究开创了至少两个新方向。 他发展了细胞自动控制论，还提出采用比特（bit）作为计算机记忆的度量单位，并且解决了如何从不稳定的计算机工作中得到可靠结果。 二战期间直到战后，von Neumann一直担任军方的顾问，他的重要贡献包括:提出以内爆方式引爆核燃料的建议，以及参与氢弹的研究。从1940年起，他就是马里兰州Aberdeen Proving Ground 的Ballistic研究实验室的科学顾问委员会的成员。1941至1955年，海军军械署吸收他为成员，在此期间，他还加入了Los Alamos科学实验室，1950到1955年，他参与了华盛顿特区军方特别武器研究计划。由于von Neumann的研究成果与奉献精神，1955年艾森豪威尔总统任命他为原子能委员会委员。1956年，von Neumann荣获Enrico Fermi奖，但那时，他已身患癌症。 Eugene Wigner这样写道：当von Neumann意识到自己患了不治之症而无法继续进行研究工作时，他强烈地感到绝望——这意味着他思想的终结。一个人被命运操纵，又陷入了深深的绝望，确实是一件痛苦的事。 Eugene Wigner又写道：他的思维严谨的头脑，那时已不再可靠了，接着他的精神上彻底崩溃了。他忍受着来自身体的痛苦与精神上的折磨，夜里他时常感到害怕，他的朋友Edward Teller说：“von Neumann遭受的痛苦是常人难以想象的”。任何权力，荣誉和成就都帮不了他，他曾经很坚强，但对死亡的恐惧彻底击垮了他。 § 卓越贡献 在数学领域的卓越贡献约翰·冯·诺伊曼冯·诺伊曼是20世纪最杰出的数学家之一，他在纯粹数学和应用数学方面都有卓越的贡献。20世纪40年代以前，他主要研究纯粹数学，在集合论、测度论、群论及算子理论等方面做出贡献。特别是在1933年解决了希尔伯特第5问题。他建立的算子环理论为量子力学奠定了数学基础。这一时期的代表作是《量子力学的数学基础》。1940年以后他转向应用数学，在力学、经济学、数值分析和电子计算器方面都有重要贡献。第二次世界大战开始后，冯．诺伊曼因战事需要研究可压缩气体运动，建立冲击波理论和湍流理论，他对非线性双曲型（无粘流体方程）引人人工粘性项的差分方法已成为现代流体计算的主导方法。这些工作发展了流体力学。他为原子弹的设计方案提出许多重要建议，在研制原子弹的过程中，他与波兰数学家乌拉姆提出蒙特卡罗法，开创统计模拟方法。1944年参与了世界上第一台电子计算器的设计，后来又陆续研究更完善的计算器，如1995年提出离散变量电子计算机（EDVAC）的设计方案等。对经济领域的贡献 另一项重大成果是创立了对策论（GameTheory），并应用于经济领域，1944年与莫根施特恩（Morgensten）合著的《对策论与经济行为》已成为经典著作。他在病危的情形下，还研究人的神经系统与计算器的关系，未及完成而卒，以后以《计算器与人脑》刊行于世。其主要论著收集在《冯·诺伊曼全集》（6卷，1961）中。 § 研制电子计算机 诺伊曼不仅是个数学天才，在其它领域也大有建树。他精通七种语言，在化学方面也有相当的造诣，曾获苏黎世高等技术学院化学系大学学位。更为难得的是，他并不仅仅局限于纯数学上的研究，而是把数学应用到其它学科中去。他对经典力学、量子力学和流体力学的数学基础进行过深入的研究，并获得重大成果，这些都说明诺伊曼具备了坚实的数理基础，和广博的知识，为他后来从事计算机逻辑设计提供了坚强的后盾。1944年，诺伊曼参加原子弹的研制工作，该工作涉及到极为困难的计算。在对原子核反应过程的研究中，要对一个反应的传播做出“是”或“否”的回答。解决这一问题通常需要通过几十亿次的数学运算和逻辑指令，尽管最终的数据并不要求十分精确，但所有的中间运算过程均不可缺少，且要尽可能保持准确。他所在的洛•斯阿拉莫斯实验室为此聘用了一百多名女计算员，利用台式计算机从早到晚计算，还是远远不能满足需要。无穷无尽的数字和逻辑指令如同沙漠一样把人的智慧和精力吸尽。 被计算机所困扰的诺伊曼在一次极为偶然的机会中知道了ENIAC计算机的研制计划，从此他投身到计算机研制这一宏伟的事业中，建立了一生中最大的丰功伟绩。1944年夏的一天，正在火车站候车的诺伊曼巧遇戈尔斯坦，并同他进行了短暂的交谈。当时，戈尔斯坦是美国弹道实验室的军方负责人，他正参与ENIAC计算机的研制工作。在交谈在，戈尔斯坦告诉了诺伊曼有关ENIAC的研制情况。具有远见卓识的诺伊曼为这一研制计划所吸引，他意识到了这项工作的深远意义。几天之后，诺伊曼专程来到莫尔学院，参观了尚未竣工的这台庞大的机器，并以其敏锐的眼光，一下子抓住了计算机的灵魂－－逻辑结构问题，令年轻的ENIAC的研制们敬佩不已。因实际工作中对计算的需要以及把数学应用到其它科学问题的强烈愿望，使诺伊曼迅速决定投身到计算机研制者的行列。对业已功成名就的诺伊曼来说，这样做需要极大的勇气，因为这是一个成败未卜的新征途，一旦失败，会影响他已取得的名誉和地位。诺伊曼却以对新事物前途的洞察力，毅然决然地向此征途迈出了第一步，于1944年8月加入莫尔计算机研制小组，为计算机研制翻开了辉煌的一页。 约翰·冯·诺伊曼诺伊曼以其非凡的分析、综合能力及雄厚的数理基础，集众人之长，提出了一系列优秀的设计思想，在他和莫尔小组其它成员的共同努力下，只经历了短短的十个月，人类在数千年中积累起来的科学技术文明，终于结出了最激动人心的智慧之花——一个全新的存储程序通用电子计算机方案（EDVAC方案）诞生了。诺伊曼以“关于EDVAC的报告草案”为题，起草了长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。报告明确规定，EDVAC计算机由计算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出五大部分组成，并阐述了这五大部分的职能和相互关系。这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献，它向世界宣告：电子计算机的时代开始了。 1954年6月，诺伊曼到美国普林斯顿高级研究所工作，出任ISA计算机研制小组的主任职位。在那时，他提出了更加完善的设计报告“电子计算装置逻辑结构初探”。报告中，诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证，为计算机的设计树立了一座里程碑。设计思想之一是二进制，他根据电子组件双稳工作的特点，建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点，并预言，二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。实践证明了诺伊曼预言的正确性。如今，逻辑代数的应用已成为设计电子计算机的重要手段，在EDVAC中采用的主要逻辑线路也一直沿用着，只是对实现逻辑线路的工程方法和逻辑电路的分析方法作了改进。程序内存是诺伊曼的另一杰作。通过对ENIAC的考察，诺伊曼敏锐地抓住了它的最大弱点－－没有真正的存储器。ENIAC只在20个暂存器，它的程序是外插型的，指令存储在计算机的其它电路中。这样，解题之前，必需先相好所需的全部指令，通过手工把相应的电路联通。这种准备工作要花几小时甚至几天时间，而计算本身只需几分钟。计算的高速与程序的手工存在着很大的矛盾。针对这个问题，诺伊曼提出了程序内存的思想：把运算程序存在机器的存储器中，程序设计员只需要云存储器中寻找运算指令，机器就会自行计算，这样，就不必每个问题都重新编程，从而大大加快了运算进程。这一思想标志着自动运算的实现，标志着电子计算机的成熟，已成为电子计算机设计的基本原则。冯•诺伊曼为计算机的发展道路打通了一道道关卡。尽管长期以来，关于二进制的引入和程序内存的发明权一直有争议，但是，诺伊曼在计算机总体配置和逻辑设计上所做的卓越贡献掀起了一次计算机热潮。推动了电子计算机的发展。他无愧于“计算机之父”这一美称。 § von Neumann曾工作过的学术团体 Academia Nacional de Ciencias Exactas（秘鲁,利马） Academia Nazionale dei Lincei （意大利,罗马） American Academy of Arts and Sciences（美国） American Philosophical Society（美国） Instituto Lombardo di Scienze e Lettere（意大利，米兰） National Academy of Sciences （美国） Royal Netherlands Academy of Sciences and Letters（荷兰，阿姆斯特丹） § 参考资料 http://www.chinavalue.net/wiki/showcontent.aspx?titleid=24439 http://hi.baidu.com/xdavidx/blog/item/d48f6682a4537ba70df4d2c1.html http://support.iap.ac.cn/portal/viewarticle.php?id=513 |
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