冯.诺伊曼是谁
1903年出生于匈牙利犹太家庭的神童1957年逝世于美国的数学家、物理学家、和诸多领域的专家:理论物理——应用物理——决策论——气象学——生物学——经济学——威慑论——计算机
冯.诺伊曼的贡献
数学贡献在量子力学理论的公式应用于电子革命——现代计算机发明人;应用于原子科学——20前半叶最大的科学核科学奠基人。应用于经济领域——合作博弈论理论先驱。“假如可以整合量子理论的一些适用公式,那么许多化学(其他学科)都可以从实验室领域转入数学领域”现代计算机仿真科学的基础论断。
自认为贡献最大的三个领域:
- 希尔伯特空间自伴算子理论
- 量子论的数学基础
- 遍历性定理
诺伊曼与原子弹
“召入乌拉姆,是约翰尼对原子弹作出的两大贡献之一;一是找到帮助洛斯阿拉莫斯数学化的捷径,二是爆聚炸弹”
捷径(建模)
约翰尼依然是美国物理学家最尊敬的数学家。正当伟大的物理学家的实验室急需更为简练的数学知识时,约翰尼到了。大多数物理学家已经习惯于做实验,但是如何炸毁地球这样的实验可不好做。因此约翰尼是洛斯阿拉莫斯发明现代数学模式的团队成员。他表明,炸药和许多其他事物一样,可以用数字代表实验中的物理元素,如果处理得当,这些数字能够构成整个实验。今天,我们不用通过建两座桥、然后观察哪一座不坍塌来确定哪一种桥最坚固。我们在计算机中把整个过程制作出来,我们也是通过计算,使飞往月球的人员到达的地点与预计着陆地点的误差在几米之内。
冯.诺伊曼不像其他应用数学家只是解决物理学家交给他们的问题,他不仅构思数学公式,还会追溯到基本现象并考虑如何使之理想化。他拥有了不起的能力,能够以闪电般的速度在大脑中做复杂运算(特别)会利用心算做粗略的数量级估计。对于高水平估算(引入新概念),和地水平(节约必要工作时间)洛斯阿拉莫斯有许多人擅长。约翰尼的强项在于掌握聪明人的大胆思想并超越他们。
爆聚
一战时期对大炮射程线性方程的研究推动了非线性微分方程在二次大战中的使用,以期达到更远更精准的杀伤效果,同时因为诺伊曼与欧洲学术圈的密切联系,使得玻尔的气体状态方程在爆炸装置的设计(锥形装药)中发挥了作用,以达到更大爆炸威力。当诺伊曼从英国回国后不仅成为了弹道火药方面的专家,也带回了如何计算设计这些的计算机设计思想。 爆聚法就是一大团高效炸药裹住一小块未临界的钚环。高效炸药的外表面同时点燃所有爆破点,产生的内向的冲击波使钚遭到挤压,密度加大,好过临界状态并发生爆炸。最终产生一个菠萝大小的“胖子”炸弹核心可以炸毁长崎这样一整座日本中大型城市的效果。诺伊曼在这个过程中对“爆聚透镜”的实际装置设计加快了原子弹的制造进程
事实证明当日本广岛被炸后,一份日本专家对原子弹研究进程的报告摆在了日军作战部的办公桌上,这让日本坚持了继续作战的决心,然而因为诺伊曼等人的努力当第二颗原子弹“胖子”时隔三天在长崎爆炸后,日本不得不宣布投降。
从诺伊曼的成就来看少数人对于基础理论及应用的研究是可以决定多数人的命运的,因为在那个时代(希特勒、斯大林),约翰尼更关心从独裁者手中拯救世界,防止他们用暴力强加给我们一个单一的价值体系。(现在这个时代依然适用)
诺伊曼与经济学
1944年与摩根斯坦合著的《博弈论与经济行为》、EEM(A Model of General Economic Equilibrium)扩张经济模型从数学角度表明,经济问题事实上可以这样解决:所有商品以尽可能低的成本和尽可能大的量生产。令人高兴的是,一旦达到这样的增长,就会达到动态平衡。这并不会形成一个最终的乌托邦社会,只会让聪明的政客认识到什么是愚蠢的经济政策。这似乎中国著名宰相商人范蠡的经商思想:薄利多销,三八原则项符合,暨保证生产积极性的情况下追逐低成本多生产的思想不谋而和——“当劳动力从低生产力工作吸收到新兴技术工业中生产力高的工作而实际工资并没有大幅增加时,增长是最快的…”也继承了亚当.斯密的关于市场由看不见的手操控的经济理论。
一个游戏说说零和博弈
考虑如下的游戏规则:你伸出一个或两个手指,嘴里喊“1”或“2”表示你猜测你的对手会同时伸出几个手指。如果你们都错或对,这一局无效;如果你一个人猜对,举起几个手指就得几分。在游戏中有4个决策可以选择:A:伸出一个手指,喊“1”。如果对手真伸出一个(并且没有猜对你伸出一个手指),那么得两分——你伸出的一个加他伸出的一个。B:伸出一个手指,喊“2”。如果对手真伸出两个(并且没有猜对你伸出的一个),那么得3分——你伸出的一个和对手伸出的两个。C:伸出两个手指,喊“1”。如果猜对了,你们两个总共伸出3个手指,因此得3分。D:伸出两个手指,喊“2”。如果猜对了,胜利了就会得4分。诺伊曼认为从数学角度,千万不要采取决策A或D。如果12局的游戏。你应当使用B 7次,使用C 5次。
如果在游戏中你使用A策略——举起一个手指,喊“1”,万一对手深谙此道,选择策略B——伸出一个手指,喊“2”,12局游戏中你会赢7次但是由于每次两人总共举起2个手指,12局下来得分7×2=14分。在另外5种情况下对手实施策略C,举起两个手指,得分5×3,暨12局得15分。最终将净负一分惜败。对于熟练的玩家,你使用决策D,而他使用C,12局中你会赢5次每次得4分共5×4=20分,而对手用C每局得3分共3×7=21分,依然1分惜败。 如果两人都运用正确会打平,如果一人运用正确,而另一人又不了解游戏中的数学奥妙,那么前者定会大比分胜出。当然这也是零和博弈(我赢=你输)的原理。
但是诺伊曼的理论不适用于多边竞争的博弈模式。最终诺伊曼的理论只是证明了他自己是一个非常自省(自省=?温和)的数学家。
总结
物理数学化如同天文学的发展到了牛顿的时代在力学上的突破一样,背后是几千年系统、科学的天文观察与总结。 社会现象的重要性,财富与财富表现的多样性及财富结构的复杂性期待一个相当微积分之于物理一样的数学分支来研究经济领域的问题。这一点上无论是冯.诺伊曼还是纳什都没有将博弈论公理化。
诺伊曼与计算机
计算机相关
早期(蒸汽时代19世界30年代)的计算机继承了纺织机刺绣机械化的成果,由英国人巴比奇使用政府资金建造,诗人拜仑的女儿(埃达.洛芙莱斯)是最早的Ada语言的发明者(程序员)参与程序设计。19世纪90年代由于统计的需要,美国商人霍勒斯将电力引入早期计算机并创办统计公司(IBM前身)大大推动了早期计算机的发展。20世纪三四十年代英国人图灵设计的Enigma密码机提升了波兰数学家(密码学家)对德国Enigma机的破译与研制并将布尔、图论、统计等数学概念运用与设计并看到了现代计算机的身影,最终成功破获了德国的所有密码。20世纪三四十年代在物理学等领域中微分析仪使用的基础上ABC诞生,只能进行线性计算且图灵不完备、不可编程——标志第一台现代计算机的诞生。对微分析仪器的操作人员中(程序员)发现年轻的工程人才加快了20世界40年代ENIAC的制造将之前的运算速度提升了1000倍,标志世界第一台可编程通用计算机问世。诺伊曼提出了改进程序存储器的控制方法使得第二代EDVAC在启动控制性能上有了提升。 ,
计算机建造中的开源、专利思想之源流考
在计算机建造过程中存在着三种思想:有人喜欢将过程中产生的各种新奇思想创意付诸实践,这会使投资者产生厌烦情绪;有人愿意将建造的技术纳入自己的专利成立公司以期在最短的时间获得最多的利润,从而脱离投资人;而冯.诺伊曼更倾向于利用计算机来解决生活中的实际问题,比如:天气预报或者说像控制微波炉一样的来控制天气,及更多的实际应用的思考从而为项目争取到更多的资金支持。
他在建造计算机项目时考虑的问题
- 如何调动人们的建造热情,获得更多的资金支持;
- 如何向人们解释设计变革的需要暨新的思考模式;
- 如何阐明产品的用途如何改变我们的生活;
- 如何介绍产品将来的发展方向暨更多的应用可能性
成为我们今天IT项目建造的思考模板,而他有关ENIAC二代机EDVAC的构想《有关EDVAC的报告草案》为计算机将来所有逻辑设计研究确定了模式。约翰尼曾与陆军军械局签订了一份合同(w-36-034-ORD-7481),应他本人要求他有就他的发现发表报告的义务。1946年6月,这些报告中的第一份发往不同国家约175个机构及个人。后来又传来一份法律证词——出于其本人。某些可能具有专利性质的材料向公开领域开放。1946——1951年这些以高等研究院发出的论文几乎使得每一个文明国家诞生了高速计算机。所有这些似乎构成了我们今天的开源思想之鼻祖。
日本从1962年开始借鉴了冯.诺伊曼美国战时的生产方式使得工业生产的良机频现,初步宽泛的知识很快进入公共领域,一段时期后才开始企业间的竞争——大大加快了社会经济的发展。
诚然今天的西方商业中,大公司不会将最佳革新方案拱手送人,以期达到互补思路加以完善的目的——就像IBM这样的公司靠专利技术取得了成功,但依然在技术的革新中借鉴了冯的革新报告,在某些领域甚至超过了当时的原型机。但是凭借着冯.诺伊曼的信念:“只要研究和实验条件合适,我就可以大大提高计算机的逻辑设计,即时筹措的工程资源并不得力,只要能够坐下来思考(思考永远快于市场)我就可以做得到…..”
冯.诺伊曼的启示×
数学因该由谁教?
数学是体育老师教的还是体育是数学老师教的,两种教育制度。前者民主教育制度二次世界大战后的中、日、美90%的年轻人接受最好的教育,或许这些人不是最轻松的快乐的,但他们是高效率的;后者则是精英制教育19世纪末至20世纪30年代的匈牙利布达佩斯,10%的年轻人接受填鸭式的教育及特殊人才(家庭教师)辅导,最终以参加大奖赛作为结束方式——培养出大批的大师级人物。前者竞争残酷受意志力驱动,后者随意自由兴趣及财富为导向,国民经济高度繁荣的自信和明智的自由移民制度及半封建半精英统治创造了条件。前者战后不同阵营的对立萧条促发了全民意愿。
现在的中国似乎两种方式并存。优劣待看。
严谨还是放松——天才的土壤
诺伊曼童年期处于一战后,犹太人在匈牙利的地位稳定(贵族阶级不屑参与犹太人生活,贫民不能达到犹太人的生活)中产阶级的生活条件使得重视家庭和教育、积极生活(做生意)的犹太人获得良好的成长,培养出一大批后来的精英人才,欧洲良好的学术氛围,使得精英们有很好的交流讨论习惯(黑板前的交流成为学术发展的土壤),战争(二战)其间美国求贤若渴的态度、及战时强应用弱商业化的开发模式培育了理论发展的肥沃土壤。是诺伊曼这样一批天才们成长的外在条件;对与独裁统治者的野蛮统治的强烈恐惧,则是天才们顺应时代摆脱束缚向往自由、自我发展的内在动机。
什么是最后的提问,怎样保留最后的提问权利?
美国的导弹研究在诺伊曼去世之后的一段时间落后于苏联(二战胜利时俘虏了一大批德国导弹研究人员),但在天才思想的指导下,美国导弹4个项目同时进行,不同的课题相互借鉴互相启发,十年间快速追上了苏联。不得不说依然是冯的思想得到了发挥。有时的困难也许并非技术、能力…不行也许是魄力胆量不足,换句话说把眼前的路想得太近太窄了!? 同中国的两弹元勋邓稼先一样,那个时期的核物理先驱们没有很好的注意自身的安全防护,经历了多次核爆实验后诺伊曼也查出身患胰腺癌晚期转移,在54岁的年龄离世留给后人无尽的唏嘘惋惜。冯未完成的笔记:
- 大脑的科学认识
- 细胞(基因)科学的认识
- 计算机参与解决政府自然环境遗留问题(天气预报、气候变暖、….)
似乎到今天为止还没有人能做出更好的回答。但是他必生致力于的三大应用:计算机、核物理、经济学都有了长足的发展。尤其是计算机机和相关领域的发展更是让我们这些70后即感动也不敢动。感动于科技发展带来的生活便利,不敢于没有冯一样的数学头脑是否就无法充分发挥设计计算机的初衷——“当我们在谈论数学时,或许正在谈论建立在中枢神经系统真正实用的原始语言基础上的第二语言”——能帮助人类真正解释数学思想的由人类发明的不同于人类思考方式、但可以比人类更快更好解决计算问题的机器。
“我是谁?我从那里来?我向那里去?”人生三问。高中毕业时化学老师(数学专业毕业)的临别赠言——高考成绩正态分布图,部分解答了这三个问题,经过近三十年的社会沉浮,我们是否还能回到起点从心(新)出发?或者继续走下去? 4