數(shù)學(xué)奇才、計(jì)算機(jī)之父——馮·諾依曼

　　20世紀(jì)即將過(guò)去，21世紀(jì)就要到來(lái)．我們站在世紀(jì)之交的大門(mén)檻，回顧20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的輝煌發(fā)展時(shí)，不能不提及20世紀(jì)最杰出的數(shù)學(xué)家之一的馮·諾依曼．眾所周知，1946年發(fā)明的電子計(jì)算機(jī)，大大促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，大大促進(jìn)了社會(huì)生活的進(jìn)步．鑒于馮·諾依曼在發(fā)明電子計(jì)算機(jī)中所起到關(guān)鍵性作用，他被西方人譽(yù)為"計(jì)算機(jī)之父"．

　　約翰·馮·諾依曼（JohnVonNouma，1903－1957），美藉匈牙利人，1903年12月28日生于匈牙利的布達(dá)佩斯，父親是一個(gè)銀行家，家境富裕，十分注意對(duì)孩子的教育．馮·諾依曼從小聰穎過(guò)人，興趣廣泛，讀書(shū)過(guò)目不忘．據(jù)說(shuō)他6歲時(shí)就能用古希臘語(yǔ)同父親閑談，一生掌握了七種語(yǔ)言．最擅德語(yǔ)，可在他用德語(yǔ)思考種種設(shè)想時(shí)，又能以閱讀的速度譯成英語(yǔ)．他對(duì)讀過(guò)的書(shū)籍和論文．能很快一句不差地將內(nèi)容復(fù)述出來(lái)，而且若干年之后，仍可如此．1911年一1921年，馮·諾依曼在布達(dá)佩斯的盧瑟倫中學(xué)讀書(shū)期間，就嶄露頭角而深受老師的器重．在費(fèi)克特老師的個(gè)別指導(dǎo)下并合作發(fā)表了第一篇數(shù)學(xué)論文，此時(shí)馮·諾依曼還不到18歲．1921年一1923年在蘇黎世大學(xué)學(xué)習(xí)．很快又在1926年以?xún)?yōu)異的成績(jī)獲得了布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位，此時(shí)馮·諾依曼年僅22歲．1927年一1929年馮·諾依曼相繼在柏林大學(xué)和漢堡大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)講師。1930年接受了普林斯頓大學(xué)客座教授的職位，西渡美國(guó)．1931年成為該校終身教授．1933年轉(zhuǎn)到該校的高級(jí)研究所，成為最初六位教授之一，并在那里工作了一生．馮·諾依曼是普林斯頓大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、哈佛大學(xué)、伊斯坦堡大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)和慕尼黑高等技術(shù)學(xué)院等校的榮譽(yù)博士．他是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、秘魯國(guó)立自然科學(xué)院和意大利國(guó)立林且學(xué)院等院的院土．1954年他任美國(guó)原子能委員會(huì)委員；1951年至1953年任美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)主席．

　　1954年夏，馮·諾依曼被使現(xiàn)患有癌癥，1957年2月8日，在華盛頓去世，終年54歲．

　　馮·諾依曼在數(shù)學(xué)的諸多領(lǐng)域都進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性工作，并作出了重大貢獻(xiàn)．在第二次世界大戰(zhàn)前，他主要從事算子理論、鼻子理論、集合論等方面的研究．1923年關(guān)于集合論中超限序數(shù)的論文，顯示了馮·諾依曼處理集合論問(wèn)題所特有的方式和風(fēng)格．他把集會(huì)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．特別在1925年的一篇論文中，馮·諾依曼就指出了任何一種公理化系統(tǒng)中都存在著無(wú)法判定的命題．

　　1933年，馮·諾依曼解決了希爾伯特第5問(wèn)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(lái)．他還對(duì)一般拓?fù)淙旱慕Y(jié)構(gòu)有深刻的認(rèn)識(shí)，弄清了它的代數(shù)結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與實(shí)數(shù)是一致的．他對(duì)其子代數(shù)進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性工作，并莫定了它的理論基礎(chǔ)，從而建立了算子代數(shù)這門(mén)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(chēng)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)立了博奕論這一現(xiàn)代數(shù)學(xué)的又一重要分支．1944年發(fā)表了奠基性的重要論文《博奕論與經(jīng)濟(jì)行為》．論文中包含博奕論的純粹數(shù)學(xué)形式的闡述以及對(duì)于實(shí)際博奕應(yīng)用的詳細(xì)說(shuō)明．文中還包含了諸如統(tǒng)計(jì)理論等教學(xué)思想．馮·諾依曼在格論、連續(xù)幾何、理論物理、動(dòng)力學(xué)、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、氣象計(jì)算、原子能和經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域都作過(guò)重要的工作．

　　馮·諾依曼對(duì)人類(lèi)的最大貢獻(xiàn)是對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析的開(kāi)拓性工作．

　　現(xiàn)在一般認(rèn)為ENIAC機(jī)是世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，它是由美國(guó)科學(xué)家研制的，于1946年2月14日在費(fèi)城開(kāi)始運(yùn)行．其實(shí)由湯米、費(fèi)勞爾斯等英國(guó)科學(xué)家研制的"科洛薩斯"計(jì)算機(jī)比ENIAC機(jī)問(wèn)世早兩年多，于1944年1月10日在布萊奇利園區(qū)開(kāi)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(guò)，ENIAC機(jī)本身存在兩大缺點(diǎn)：（1）沒(méi)有存儲(chǔ)器；（2）它用布線接板進(jìn)行控制，甚至要搭接見(jiàn)天，計(jì)算速度也就被這一工作抵消了．ENIAC機(jī)研制組的莫克利和埃克特顯然是感到了這一點(diǎn)，他們也想盡快著手研制另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，以便改進(jìn)．

　　馮·諾依曼由ENIAC機(jī)研制組的戈?duì)柕滤雇⒅形窘榻B參加ENIAC機(jī)研制小組后，便帶領(lǐng)這批富有創(chuàng)新精神的年輕科技人員，向著更高的目標(biāo)進(jìn)軍．1945年，他們?cè)诠餐�討論的基礎(chǔ)上，發(fā)表了一個(gè)全新的"存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案"--EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticCompUter的縮寫(xiě)）．在這過(guò)程中，馮·諾依曼顯示出他雄厚的數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)，充分發(fā)揮了他的顧問(wèn)作用及探索問(wèn)題和綜合分析的能力．

　　EDVAC方案明確奠定了新機(jī)器由五個(gè)部分組成，包括：運(yùn)算器、邏輯控制裝置、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備，并描述了這五部分的職能和相互關(guān)系．EDVAC機(jī)還有兩個(gè)非常重大的改進(jìn)，即：（1）采用了二進(jìn)制，不但數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制，指令也采用二進(jìn)制；（2建立了存儲(chǔ)程序，指令和數(shù)據(jù)便可一起放在存儲(chǔ)器里，并作同樣處理．簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，大大提高了計(jì)算機(jī)的速度．1946年7，8月間，馮·諾依曼和戈?duì)柕滤雇ⅰ⒉�克斯在EDVAC方案的基礎(chǔ)上，為普林斯頓大學(xué)高級(jí)研究所研制IAS計(jì)算機(jī)時(shí)，又提出了一個(gè)更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告《電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探》．以上兩份既有理論又有具體設(shè)計(jì)的文件，首次在全世界掀起了一股"計(jì)算機(jī)熱"，它們的綜合設(shè)計(jì)思想，便是著名的"馮·諾依曼機(jī)"，其中心就是有存儲(chǔ)程序

　　原則--指令和數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)．這個(gè)概念被譽(yù)為'計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑"．它標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的真正開(kāi)始，指導(dǎo)著以后的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)．自然一切事物總是在發(fā)展著的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，今天人們又認(rèn)識(shí)到"馮·諾依曼機(jī)"的不足，它妨礙著計(jì)算機(jī)速度的進(jìn)一步提高，而提出了"非馮·諾依曼機(jī)"的設(shè)想．馮·諾依曼還積極參與了推廣應(yīng)用計(jì)算機(jī)的工作，對(duì)如何編制程序及搞數(shù)值計(jì)算都作出了杰出的貢獻(xiàn)．馮·諾依曼于1937年獲美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)的波策獎(jiǎng)；1947年獲美國(guó)總統(tǒng)的功勛獎(jiǎng)?wù)隆⒚绹?guó)海軍優(yōu)秀公民服務(wù)獎(jiǎng)；1956年獲美國(guó)總統(tǒng)的自由獎(jiǎng)?wù)潞蛺?ài)因斯坦紀(jì)念獎(jiǎng)以及費(fèi)米獎(jiǎng)．

　　馮·諾依曼逝世后，未完成的手稿于1958年以《計(jì)算機(jī)與人腦》為名出版．他的主要著作收集在六卷《馮·諾依曼全集》中，1961年出版．