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| | 冯·诺依曼
| | | | 现代计算机之父
[匈牙利一美国』冯·诺依曼(1903-1957)
今天，每当我们轻击着键盘，享受着计算机带来的无穷乐趣寸，我们就不能不想起这样一位“矛盾”的科学家。他记忆非凡，过目不忘，却经常在驱车途中忘了此行的目的；他心灵手巧，善修拉链，却连家中的茶杯放在哪儿都不知道；他热情好客，喜欢举行晚宴，却总是自己先一醉方休，然后被客人抬回卧室。他如此“糊涂”，却为人类文明的进步做出了最不糊涂的贡献。正是他，以天才的智慧改变了我们几千年来的生活方式；也正是他，以卓越的努力将我们领进了日新月异的信息时代。他的名字已与计算机熔铸在一起。他就是被誉为“现代汁算机之父”的匈牙利裔美籍数学家冯·诺依曼。
布达佩斯的天才少年
约翰·冯·诺依曼(JohnVonNeumann)是数学家。1903年12月3日，诺依曼生于匈牙利首都市达佩斯一个殷实的犹太人家庭。他的父亲是当地一位相当富有的银行家，深受当时奥匈帝国王室的赏识，曾被册封为贵族。
天资聪颖，加上良好的家境，使小诺依曼可以像块小海绵一样，无忧无虑地吮吸着知识海洋中的点点水滴。他是一个典型的神童：6岁就能用心算做8位数的除法，8岁就掌握了微积分，12岁就渎懂了波莱尔的大作《函数论》的全部要义。更令人拍案叫绝的，是他非凡的记忆能力。小诺依曼喜欢读书，而且几乎过目不忘。对电话本某一栏的姓名，地址和电话号码，他只要瞥上一眼就能谙熟于心。而对于繁浩的史书，他至多需要仔细地读上一遍，就能跟你一字不漏的娓娓道来。也许正是这个原因，使他差点儿成为一位研究古罗马史的行家。
然而温室中的苗儿再茁壮，也不如披霜饮露的树木那般挺拔。正是出于这点考虑，父亲将lo岁的小诺依曼直接送进当地一所学风良好的中学。起初，由于诺依曼太小，班上的同学都把他当作小朋友来对待，欺负他，戏弄他。可渐渐地，大家发现这个小家伙不但见识广博、谈吐非凡，而且举止优雅、待人和善，便又主动地伸出友谊之手，同他成了最好的朋友。小诺依曼的过人才智引起了辅导员瑞兹的注意。瑞兹慧眼识珠，主动请来布达佩斯大学的屈尔沙克教授为他进行专门的数学辅导。在名师的悉心指导下，小诺依曼对数学的兴趣与日俱增，而他的数学才华也得到了尽情施展。很快，他在一系列市级、州级数学竞赛中连连夺魁。l8岁那年，诺依曼发表了自己的学术处女作，论证和推广了俄国著名数学家车比雪夫求“多项式”根的费耶尔定理，引起数学界的广泛关注。小试牛刀便初露锋芒，诺依曼激动不已，他决心将自己的毕生都奉献给数学事业。
可后来出于对父亲意见的尊重，诺依曼不得不暂时告别心爱的数学，来到柏林和苏黎世学习化学。绕了一个大圈，1926年，诺依曼终于同时获得苏黎世大学化学工程和布达佩斯大学数学博士证书。这种跨专业同时拿两个学位的事情，发生在别人身上总是不可思议，但发生在这个才华横溢的青年人身上却一点也不足为奇。
1930年，诺依曼以客座教授的身份赴美国著名的普林斯顿大学讲学，出色的工作令同行刮目相看，次年他即应聘为该所大学的教授。1933年，普林斯顿高级研究院成立，他成为该研究院数学所奠基时代的“六剑客”之一。而就在这个职位上，诺依曼几乎工作了一
生。
数学舞台上的“三步曲”
生活中的诺依曼十分喜欢跳舞，可惜舞艺不精。但在数学的舞台上，他却表现出异常的天赋，“跳”得那么优雅，那么流畅，尤其是他那著名的“三步曲”，至今仍令人眼花缭乱，惊羡不已。
诺依曼迈出的第一步是对“遍历性”定理的证明。在当时，算子理论是一门研究数学、数理逻辑。物理学中对某些元素进行变换或运算的学问，对它的研究方兴未艾。全世界的数学家都关注着如何使算子理论的研究进一步深化和完善的问题，而关注的焦点自然落在当时的世界数学中心德国和该领域研究前沿的数学家希尔伯特身上。此时大学已经毕业，正师从希尔伯特的诺依曼，也自然而然地加人到这一研究的行列。他通过天才的想象，巧妙地通过“遍历性”假说，精确地叙述和解释了希尔伯特关于数学空间的算子理论，并使之成为精确研究量子力学的有力武器，“遍历性”的成功证明，为他在数理逻辑领域里的深入研究打下了扎实的基础。
诺依曼“三步曲”的第二步，是他在拓扑群论方面取得的巨大成就。1900年，希尔伯特以大师级的身份，总结当时数学各分支发展的状况，提出了著名的23个数学问题，并指明了今后数学研究的发展方向。有趣的是，在对其中一些问题的研究上，那些天才的数学家总是异曲同工，殊途同归。哈尔与诺依曼就是当中的一对。1933年，哈尔证明了在拓扑群中间存在着适当的测度(后被称为“哈尔测度”)，并把该证明发表在《数学年刊》上。而诺依曼的论文恰好紧随其后，他不但已经接近了哈尔的研究成果，而且还进一步发现这种测度恰好是解答那23个问题中第5个的一种特殊情况(紧致群)所需要的。后来，诺依曼在此基础上，研究得出任何有限维连通紧致拓扑群就是李群辽的著名结论，从而将拓扑群理论推上了一个新的台阶。
在纯粹数学领域中，诺依曼迈出的第三步，也是最重要的一步，是他在算子理论上取得的辉煌成就。1930年下半年，诺依曼相继发表了一系列关于算子环的论文。这些论文现在被人们统称为冯·诺依曼代数。其中最能体现诺依曼那深邃的洞察力和非凡想象力的是
由他命名的连续几何。我们知道，普通几何论述维数为1、2，3(即长、宽、高三维)的空间，但诺依曼却发现实际上决定一个事物空间的维数结构是该事物所能容许的旋转群的结构，很显然，它与普通几何的维度结构有质的不同。诺依曼的算子理论研究大大深化了人们对函数性质及运算的认识，为算子理论从纯粹理沦向实用技术理论方向的转变找到了突破口，标志着数学领域中又一新分支——泛函分析的正式兴起．诺依曼因此成为20世纪最杰出的数学家之一。
主持研制"IAS"计算机
历史总喜欢开些无伤大雅的玩笑，当今作为文明象征的计算机诞生之初竟然是人类文明的堕落——战争的产物。第二次世界大战爆发后，整个美国成为欧洲枪炮弹药的生产车间和储备仓库。美国陆军部阿伯丁研究所每天要为欧洲前线提供6张火力表，每张火力表要计算几百条弹道，而一个熟练人员手工计算一条弹道需要近20个小时，计算任务的繁重可想而知。随着战争规模的不断扩大，计算机的研制迫在眉睫。正是在这种情况下，诺依曼临危受命，加入了已经秘密启动的“曼哈顿计划”，开始主持计算机的研制工作。
事实上，在1943年6月，美国国防部门已经组织了由莫克莱和埃克特领导的ENIAC计算机的研究小组。该小组于1945年制成了① 一种具有解析结构的拓扑群．因挪威数学家李而得名。世界上第一台电子数字计算机ENIAC．向人们展示了新的技术革命的曙光。但是这台占地170平方米的庞然大物用了18800个电子管，5000个继电器，耗电150千瓦，运行速度却仅为5000次／秒。
在ENIAC诞生之前，诺依曼作为研究小组成员之一，在详细了解ENIAC的数学逻辑结构后，敏锐地发现了它的致命缺陷：由于采用“外插型”程序而导致内储容量过小．但在如何弥补这一缺陷的问题上，诺依曼不禁陷人深深的思考。一台计算机需要“记住”哪些内
容呢?用存储器装备它的最好办法是什么?一台计算机能否成功地模仿“随机性”，使得当没有规律和公式可循时它也能独立地解决实际问题呢?计算机可以通过大量的概率实验推出一个统计上的精确答案吗?……一连串的问题无时无刻不浮现在诺依曼的脑海里：经过几个月的苦思冥想和研究论证，诺依曼于1946年3月在发展图灵①思想的基础上，提出了一个新的改进方案，这个被称为EDVAC(意即离散变量自动电子计算机)的方案主要有两大改进：一是用二进制代替十进制，进一步发挥电子元件的速度潜力；二是将程序存储起来，使运算的全过程均由电子自动控制进一步提高运算速度．它的主要特点是采用电子管作为逻辑元件，用水银延迟线或阴极射线管作主存储器，用磁鼓作辅助存储器，用机器语言和汇编语言编写程序。
第二次世界大战结束后，诺依曼踌躇满志地回到普林斯顿高级研究所，决心将EDVAC方案变成一台“完全自动通用数字计算机”(简称lAS)。经过6年艰苦卓绝的努力，“lAS"计算机终于研制成功。这台运算速度高达每秒百万次以上的计算机，洋溢着诺依曼的聪明与智慧，更浸透着他的心血与汗水，它因此被命名为“冯·诺依曼机”。这台样机的基本结构和工作原理，时至今日仍为绝大部分计算机所采用，它可以当之无愧地被称为“现代计算机始祖”。
诺依曼的创造性贡献，揭开了人类计算史上崭新的一页，标志着① 图灵(1912-1954)，英国数学家．逻辑学家．计算机理沦和人工智能的奠基人之一个全新的信息时代的来临。当我们站在跨世纪的门槛上，回首为20世纪科学技术最卓越的成就之一电子计算机喝彩的时候，我们无论如何也不能忘记冯·诺依曼这位睿智的“现代计算机之父”。
“糊涂”的科学家
了解诺依曼的人都知道，他在生活上是一个十足的“糊涂虫”。而了解“糊涂虫”的人也一定猜得到，这种人整天都可以发生一些有趣的故事。
1939年夏季的一天，诺依曼从普林斯顿的家中驱车去纽约开会。当他到达纽约时，却发现自己忘记了此行的目的。于是他只好打电话问妻子：“亲爱的克拉拉，我到纽约来千什么?”
诺依曼热情好客，喜欢举行长时间的社交性晚宴，但他自己总是不胜酒力，三杯下肚，就醉得一塌糊涂。当宾客们发现少了男主人之后．不得不四处寻找，最后又总是将诺依曼从沙发底下抬回卧室。
“糊涂”的诺依曼幸好娶了一个善良细心的好妻子克拉拉，但他也许过于“糊涂”，使得克拉拉在接受记者采访时也免不了抱怨几句：“别看他是数学家，其实他对自己的屋子一点几何头脑也没有。有一次我叫他给我取杯水，过了一会儿，他两手空空地回来，问我杯子在哪里?唉!除了修衣服拉链外，他什么也不会做。”
生活中的诺依曼是个“糊涂虫”的原因也许只能从他工作中太不“糊涂”中去寻找。诺依曼在学术上是一个思维极其敏捷而缜密的入。但是，有时候他思考缜密的习惯又会滑向另一个极端——烦琐，从而闹出许多笑话，例如，他在一篇论文中，除了运用由∮(x)的标准
符号外，还应用∮((x))符号来求得∮(((x)))，最后再求得由∮((((x))))，所以论文中末了出现了这样一个方程式[∮((((x))))]2=∮(((((x)))))。要解开这个方程，一定要先除去外皮才行，故而一些喜欢开玩笑的学生把这个公式称为冯·诺依曼的“洋葱头”，
诺依曼的敏捷思维和充沛精力，使他能够在许多学科方面齐头并进，勇往直前。除了前述的两大成就外，他还是博弈论的创始人和数理经济学的开拓者之一。诺依曼的研究领域过于广泛，以至于1947年美国国防部的嘉奖令也无法以偏概全，只好赞扬他是物理学家、工程师，武器设计师和爱国主义者。
过度的辛劳使诺依曼身体欠佳，染上恶疾，1957年2月8日，他因患骨癌医治无效与世长辞了。伴随他的是无数金灿灿的奖章和荣誉，其中最重要的是他于1956年获得的第一届爱因斯坦奖和费米奖(美国政府专为基础数学和核物理学设立的最高成就奖)。他留给后人的，除了那台计算机和150多篇论文及8000份遗稿外，还有无限的崇敬和缅怀。
冯·诺依曼是20世纪影响最巨大的科学家之一。他既在理论数学的天地里建造起一座座灯塔，又为应用数学海洋中的帆船指明了方向，还将所有的才智与计算机熔铸在一起。他善于发现问题，提出问题，更善于思考问题和解决问题。正是因为他对问题有敏锐的捕捉能力，他才能将理论紧密地联系实际，将自己的数学天才加以充分发挥，为人类奉献上计算机这样一份珍贵的礼物。
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