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计算机的发明,离不开这些数学家的奠基(6k字)

科学Sciences导读:公号对话框发送“计算机数学家”获取6k字11图6页PDF计算机的发明,离不开这些数学家的奠基。关键词:计算机(computer),数学家(mathematician)。QinlongGEcai微信被封,转向自用、科普文章、学术论文OAJ电子刊免费开放获取。

计算机是一个计算的工具,人们发明计算机的目的是为了加快计算速度,减轻人的工作负担和减少计算错误而驱动的。最有代表性的一个例子就是法国数学家帕斯卡,他的父亲是一个税务官员,工作很辛苦,责任很重。

他想减轻父亲的工作负担,就动手设计了一个计算机

不用数学君多说,我想大家一定知道,现如今的计算机现在深入了我们生活的方方面面,假如现在突然没有了计算机,这个世界会变成什么样子

那么,诸位是否知道,有哪些数学家为计算机的发明做出了杰出贡献,或者说哪些数学家的创造、发明对计算机的发明有重大贡献吗

我们一起认识这些伟大的数学家们:

1、第一个提出近代的机械式计算机的设计思想的是德国人席卡德(1592年-1635年),他在1623年到1624年间设计的计算机,可以进行四则运算,用齿轮传动,不过席卡德没有制造出机器来。

2、1642~1644年间,法国数学家帕斯卡设计并制成了第一台机械式计算机——加法机,他的这台机器用齿轮作为主要部件,用手摇动并用手控制,帕斯卡计算机外表如下图所示,尺寸为36×13×8 。1671年,德国数学家莱布尼兹(1646—1716)设计了一种能作四则运算的手摇计算机,1673年制成样机,它的尺寸是100×30×25,主要的部件也是齿轮。

帕斯卡与加法机

3、第一个研制自动化计算工具的人是英国的巴贝吉(1791—1871),1822年他制成了一台能够执行计算程序的差分机。到1834年,他又构思了一台完全程序控制的计算机,准备用刻有数字的轮子来存储数据,通过齿轮的旋转来进行计算,用一组齿轮和杠杆构成的装置来传送数据,用穿孔卡片输入程序和数据,用穿孔卡片和打印机输出计算结果。尽管因当时的技术条件所限,这台分析机未能制造出来,但巴贝吉的设计思想是不朽的,它与现代电子计算机完全吻合。

差分机

4、英国数学家布尔(George Boole)为了研究思维规律,在1847年提出了逻辑学的数学模型,又在1854年提出并发表了《思维规律》这部杰作,他采用数学的方法处理逻辑推理,因而布尔代数的问世是数学史一个重要的里程碑。但是像其他的新生事物一样,布尔代数发明后没有受到人们的重视。欧洲大陆著名的数学家蔑视地称它为没有数学意义的、哲学上稀奇古怪的东西。布尔在他的杰作出版后不久就去世了。直到20世纪初,罗素在《数学原理》中指出:“纯数学是布尔在一部他称之为《思维规律》的著作中发现的。”此说一出,立刻引起世人对布尔代数的注意。今天,布尔发明的逻辑代数已经发展成为纯数学的一个主要分支。

布尔

5、英国数学家图灵提出了当今计算机科学中极为重要的“可计算性”概念, 为了判断所谓的可计算性, 图灵提出了一种理想的计算机模型,就是今天所说的“图灵机” ,它是现代通用程序计算机的理论模型。图灵机从理论上揭示了设计制造电子计算机的可能性。在二战期间,图灵本人也参与了早期电子计算机的设计制造,他亲自设计的“巨人号”专用电子计算机曾成功地破译了德军的作战密码,他因此而荣获英国国防部的荣誉勋章。

美国计算机学会在1966年创立图灵奖,用于鼓励在该领域作出杰出贡献的计算机科学家,这是世界计算机科学领域的最高奖项,有该领域的诺贝尔奖之称。

图灵

6、美国数学家克劳德·香农(Claude Elwood Shannon),1938年香农在MIT获得电气工程硕士学位,硕士论文题目是《A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits》(继电器与开关电路的符号分析)。当时他已经注意到电话交换电路与布尔代数之间的类似性,即把布尔代数的“真”与“假”和电路系统的“开”与“关”对应起来,并用1和0表示。于是他用布尔代数分析并优化开关电路,这就奠定了数字电路的理论基础。哈佛大学的格德纳教授说:“这可能是本世纪最重要、最著名的一篇硕士论文。”

克劳德·香农

7、1946年,世界上大数学家冯诺依曼参与设计的第一台电子数字计算机(ENIAC) 终于问世了,这是由美国陆军兵器局出资由弹道研究所出技术研制成的。主要应用于弹道计算。当时的ENIAC机仅用30秒钟就出色地完成了从发射到击中目标飞行了一分钟的弹道计算,被称为“比子弹还快”的超人。

冯诺依曼

在这台电子计算机的设计中,冯诺依曼提出了他一整套的设计思想与原则,因而被称为冯诺依曼机 。该机的运算速度每秒钟5000次,比当时的继电器计算机快1000倍。冯诺依曼也由于他的杰出卓越贡献而获得“计算机之父”的桂冠。

以上都是为计算机的发明做出了杰出贡献的数学家,我们在用计算机的时候,应该感谢这些伟大的数学家们!

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Appx.素材(3h字)

1. 数学君. 计算机的发明,离不开这些数学家的奠基. 数学与人工智能. https://mp.weixin.qq.com/s/wWXI6cqGHaDns5oXccKymw, 2018-08-28; visit date: 2020-10-30-Fri.

x. 秦陇纪. 西方哲学与人工智能、计算机; 人工智能达特茅斯夏季研究项目提案(1955年8月31日)中英对照版; 人工智能研究现状及教育应用; 计算机操作系统的演进、谱系和产品发展史; 数据科学与大数据技术专业概论; 文本数据溯源与简化. [EB/OL], 数据简化DataSimp(公号), https://dsc.datasimp.org/, http://www.datasimp.org, 2017-06-06.

—END—

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秦农跋

科学传入中国一百多年,大众没有普遍接受。国人对自然和社会的各种认知,依然停留在语言思维层次;而各种诉求均直奔结果,忽视基础、过程和环境。四百年前的欧洲人,肤浅地盲信盲从一言蔽之的思辨道理,如神话传说、宗教信条、世俗权威、家庭说教等故事来认知世界;而哥白尼、牛顿、马可尼、特里维西克、法拉第、麦克斯韦、居里夫妇、爱因斯坦等理性之人,分析具体现象、确定问题、测量数据,用数学表达出一定理论学说、发掘一定自然规律。1687年7月5日,艾萨克·牛顿(Isaac Newton)阐述三大运动定律的《自然哲学的数学原理》(Mathematical Principles of Nature Philosophy现常简称《原理》)出版,完成近代科学革命,奠定古典物理和现代工程学基础。近四百年,牛顿等科学家引领的自然科学研究,使西方文明从古希腊、文艺复兴后脱胎换骨,开启人类文明最强引擎,引领人类认知快速发展。

数学是科学之母。科学的目标是找到一定的自然社会规律;科学的方法是观察、测量和验证;科学的精神是假设、证明和质疑;科学理论的本质是科学家对自然社会做出定性又定量的数学描述和解释;科学实验是验证一定现象背后的确定规律或理论假说,由针对性的观察、测量技术支持,科学和技术是相辅相成、不可分割的。而技术的本质是物理化学类机械工具技能,不是语言文字和思想意识。

科学是建立在数学和测量数据基础之上璀璨的人类文明,但有其范围并非万能。人类认知的高级阶段是在道德、哲学、数学、逻辑、数据等思维层次,对初级的感觉、情绪、外表、印象、语言、记忆等自然社会现象认知,做出更为深刻、理性、智慧和长久的判断和总结。高级认知对错交织但形态稳定,主要存在于宗教、艺术、技术、科学等领域,并且不能替代低级认知。若无数学理论支持的科学认知,仅有语言思维来总结自然社会现象,将止步于宽泛肤浅的语言思辨道理。基础教育如果停留在语言道理或代替设计实验、工程实践的文化知识,则会形成新的认知愚昧。但若罔顾人情社会,用科技手段无所不做、走向某些错误极端,将付出更加沉重的代价。不论什么认知和思想,都不能代替或凌驾于现实世界和自然人。

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原始发表时间:2020-11-01

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