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[转载]《机器崛起》| 18岁博士毕业的神童——“控制论之父”维纳

已有 509 次阅读 2017-11-14 14:01 |系统分类:人物纪事|文章来源:转载

《机器崛起》| 18岁博士毕业的神童——“控制论之父”维纳

2017-10-22



1912年,哈佛大学博士学位授予仪式上,一位满脸稚气的学生走上颁奖台。执行主席看到后,颇为惊讶,于是就当众询问他的年龄。

这位学生没有直说,反而给大家出了道“猜猜我年龄”的数学题:

“我今年岁数的立方是个四位数,岁数的四次方是个六位数,这两个数,刚好把十个数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9全都用上了,不重不漏。这意味着全体数字都向我俯首称臣,预祝我将来在数学领域里一定能干出一番惊天动地的大事业。”

他的回答语惊四座,大家都被他的这道妙题深深地吸引住了,议论纷纷,整个会场一下子沸腾起来。

仪式结束后,人们才知道,这位“神童”就是18岁获得哈佛大学哲学博士学位的诺伯特·维纳。



18岁博士毕业的“数学神童”


1894年11月26日,维纳出生于美国密苏里州的哥伦比亚一个犹太人家庭。维纳的父亲列奥·维纳18岁那年一个人漂洋过海,移居到美国。他通过自学掌握了40多门语言,成了著名的语言学家,并且有很高的数学天赋。

诺伯特·维纳大概是遗传了父亲的智慧,又从小受到父亲的影响,从小就酷爱读书。三岁半时,就开始读生物学和天文学的初级科学读物,六岁那年,维纳有一次被A乘B等于B乘A之类的运算法则(也就是乘法交换律)迷住了。为了搞清楚这个问题,他画了一个矩形,然后移转90°,长变宽、宽变长,发现面积没有变化,从此打开了数学世界的大门。到七岁时,小维纳已经开始深入物理学和生物学的领域,甚至超出了父亲的知识范围。

由于维纳对于学习的热爱,父母曾多次想把小维纳送入学校。但由于维纳过人的智慧和超前的学习,使他与身边同学“格格不入”,父母不得不将他从学校接回,亲自做他的老师。为此,列奥·维纳为儿子制定了以数学和语言为核心的详细而又严格的教学计划。


直到9岁时,维纳以一名“特殊”学生的身份进入了艾尔中学,由于成绩太好不满12岁就毕业了。毕业之后,列奥决定送维纳进塔夫斯学院数学系上大学,一来不想儿子冒险参加哈佛大学紧张的入学考试,二来担心把神童儿子送进哈佛会过分引起人们的注意。


入学之后,维纳的数学水平早已超过大一学生,于是他一开始就直接攻读伽罗瓦的方程论,还经常跟父亲讨论高数。


虽然就读于数学系,但维纳在大学都是随心所欲地跨专业学习。


上大一时,维纳看物理和化学的书比数学书还多。他对实验尤其感兴趣,跟同学一起做过许多电机工程的实验。


之后,维纳又把兴趣放到生物学上。常常跑去生物学博物馆和实验室,跟动物饲养室的管理员成为好朋友。那段时间,维纳不是在采集生物标本,就是泡在实验室的图书馆里看各种生物学的著作。


1909年春天,维纳用三年时间修完了所有课程,15岁就大学毕业了。


为了追求小时候的理想,大学毕业后,维纳开始攻读哈佛大学研究院生物学博士学位。不幸的是,由于深度近视和动手能力差,加上缺乏从事细致工作所必需的技巧和耐心,维纳的实验工作失败了。。。于是他放弃成为一名生物学家。在父亲的安排下,他转到康奈尔大学学习哲学,第二年又回到哈佛,研读数理逻辑。18岁时获得哈佛大学哲学博士学位。


在哈佛的最后一年,维纳获得了学校的旅行奖学金。他先后留学于英国剑桥大学和德国哥丁根大学,在罗素、哈代、希尔伯特等著名数学家指导下研究逻辑和数学,逐渐由神童成长为青年数学家。



崭露头角的青年科学家



1913年,19岁的维纳在《剑桥哲学学会会刊》上发表了一篇关于集合论的论文。这是一篇将关系的理论简化为类的理论的论文,对数理逻辑的发展中具有重要作用。维纳从此步入学术生涯。


在哈佛大学数学系主任奥斯古德的推荐下,维纳去到麻省理工学院数学系任教,并一直工作到退休。大概是麻省理工的学习氛围浓郁,维纳厚积薄发,在顶尖数学杂志上接连发表了数篇百余页的大论文,开创了多个领域。


1920年,维纳首次参加国际数学家会议。大会前,应弗雷歇(Fréchet,1878-1973,法国数学家)邀请,他俩共同工作了一段时间。维纳试图推广弗雷歇的工作,提出了巴拿赫-维纳空间理论。


这一成果为冯诺依曼1927年提出希尔伯特空间以及希尔伯特空间中的算子的公理方法提供了基础。尽管后来维纳逐渐离开了这个领域,但他对泛函分析这一20世纪产生和蓬勃发展的新兴数学分支所作出开拓性工作己载入数学史册。


1932年,由于在广义调和分析和关于陶伯定理方面的杰出成就,维纳晋升为正教授,也因此获得了1933年美国数学会颁发的博赫尔奖。不久后,他当选为美国科学院院士。


维纳喜欢纯粹的学术,不喜欢跟政治沾边。很快他就了解到这个高级科学官员组织的性质,便辞去了自己的职位。


1934年夏天,维纳应邀撰写了《复域上的傅立叶变换》。不久,他当选为美国数学会副会长。


1935到1936年间,他应邀到中国作访问教授。在清华大学与李郁荣教授合作,研究并设计出电子滤波器,获得了该项发明的专利权。

失败的二战科研经历



在1940年2月,纳粹德国入侵波兰5个月后,维纳便加入了由普林斯顿大学数学家马斯顿·莫尔斯(Marston Morse)指导的一个小组委员会,同时维纳表达了自己想在战争中贡献一份力量的渴望。他向美国科学研究局(OSRD, Office of Scientific Research and Development)负责人范内瓦·布什写信说:“我……希望您能帮我找到一个合适的角色,使我能够在紧急情况下发挥自己的作用。”

在9月11日召开的一次美国数学学会上,维纳见到了贝尔电话实验室新研制出的“复杂计算机”,这是维纳第一次遇到了一台思考机器。

沃伦·韦弗领导的国防研究委员会(National Defense Research Committee)在战时资助了80个研究项目,平均的资助金额接近15万美元,最大的一笔金额是150万美元。而签给诺伯特·维纳的合同可能是最微不足道的一份,金额仅有2325美元,研究如何预测目标飞行模式。

维纳雇用了一位27岁的MIT电气工程和数学专业的研究生朱利安·毕格罗(Julian Bigelow)作为该项目的总工程师,他同样是名活跃的业余飞行员,这给他带来了一项能够在其新项目中提供帮助的技能。两位学者都知道,他们正在攻克射击控制中最为困难的问题之一。

维纳和毕格罗占用了MIT 2号楼一间原来的数学教师,并将其改造成为一间“小型实验室”,在那里,他们用一台临时的简易设备做实验。然而实验进行的并不顺利,由于实际数据的缺乏阻碍了理论工作。与此同时,NDRC资助的其它项目都在取得惊人的进展。

研究进行一年多后,维纳提交了一份长达124页的研究报告,但报告并没有提到他们在实验室里失败的案例,仅仅提到的两次防空问题,也淹没在浩如烟海的数学公式子里。工程师们对报告中令人费解的理论和缺乏现实针对性也感到十分头疼,并将其戏称为“黄色危害”。

也正是在这间灯光昏暗的实验室里,塑造了维纳控制论世界观的核心想法已在他们内心萌发。他们推断人和机器正在形成一个整体、一个系统和一个联合的机制。

韦弗却始终对维纳的研究持怀疑态度,甚至不确定“有用还是无用的”。然而骄傲的维纳却无法让自己亲口说出这种话。对维纳这个曾经的神童而言,承认失败是十分困难的。不久,韦弗彻底地失去了耐心,维纳那份价值2325美元的项目在不到两年的时间内被迫中止了。

作为一个工程师,维纳是失败的,他的防空预测器从未如预期那样工作过,甚至没能提高防空火力。然而,维纳本身的工作代表了处于压力之下的人机交互的一个有趣案例:这个机械化的防空问题给予了维纳紧迫感、激情、灵感、语言,以及最重要的是,以一个强有力的隐喻来清晰地表达控制论。

《控制论》横空出世



二战结束后,许多科学家开始反思新科技给战争带来的严重创伤,维纳便是其中之一。他认为,“制导导弹的潜在用途只可能是随心所欲地杀害外国公民”,他始终坚信,他对机器的新想法是极其危险的,他还未给那些想法找到一个合适的名字。

仅仅一年后,维纳想到了著作的书名——《控制论》,战争戛然而止时,维纳关于控制与通信的想法已然成形。维纳在回忆录中写道,“虽不具有原子弹那样的革命性,但他认为他给世界带来了一个可能会遭到误用的科学概念”。

这位新兴的科学之父怀疑自己是否应该审视自己——对自己的控制论见解保密,但他同样明白,这一理论已经存在于世了。控制论无法被撤销,他甚至无法阻止这一进程的发展。因此,维纳决定,他必须脱离最大的守密者的位置,成为秘密的最大宣传者。

1947年的冬天,维纳决定举办一场跨学科研讨会,其初衷是将通信领域的科学家和从业者联合起来。1948年春天,维纳终于启动了后来成为了一个系列的每周一次的跨学科聚会。每个星期二晚上,哲学家、工程师、心理学家、数学家等诸多领域专家都会共进晚餐。某个人会提出一个自己正在研究的项目,并与例会成员进行互相谈论。

经过与生理学家罗森布鲁斯(Rosenblueth)等人多方面合作,加上长期艰苦的努力,1948年,维纳发表了《控制论》,宣告了这门新兴学科的诞生,一经出版立即风行世界。维纳的深刻思想引起了人们的极大重视。他定义控制论为:“设有两个状态变量,其中一个是能由我们进行调节的,而另一个则不能控制。这时我们面临的问题是如何根据那个不可控制变量从过去到现在的信息来适当地确定可以调节的变量的最优值,以实现对于我们最为合适、最有利的状态。”

然而,就像哥白尼提出“地心说”被教会当中烧死一样,每一个新学说在创立伊始都是不为人所接受的。上世纪四十年代末,维纳最开始提出控制论的时候,苏联学术界也认为控制论是“伪科学”,当然,苏联的“斯基们”没有能烧死维纳,而且为此付出了惨重的代价——在研制电子计算器等技术方面落后西方多年,直到今天也没能望其项背。随后的不久,苏联就加强了对控制论的研究与应用,诞生了利亚普诺夫、克拉索夫斯基等控制界的一个个执牛耳者。


控制论让维纳从一位此前声誉有限的数学家,一跃成为声名卓著的明星人物,他的著作开始风行世界,他的深刻思想开始引

控制论让维纳从一位此前声誉有限的数学家,一跃成为声名卓著的明星人物起人们的极大关注。控制论不仅预见并影响了计算机处理、机器人和自动化等新技术时代的到来,两年后,他还在《人有人的用途》一书中推广他的想法,探讨自动化的潜力以及机器异化人类的潜在风险。年过半百的维纳从数学家的身份一下转变成“控制论之父”。此后,维纳继续为控制论的发展和运用作出了杰出的贡献。


维纳的控制论思想一经面世,就已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。控制论同样奠定了现今计算机科学的基础。


1964年3月18日,维纳在斯德哥尔摩离世,终年70岁。


虽然维纳从一个小神童成长为通才,后来又“进化”成大师,但伟人也是有缺点的。除了动手能力不强,偶尔会忘记自己的姓名,维纳还会“健忘”到忘记了自己的女儿。。。

每一个天才背后,总有几个不为人知的故事和特殊癖好,就像达·芬奇是一个同性恋一样。虽然维纳不是同性恋,但是关于他的轶事也有很多。据说,一次维纳乔迁,妻子熟悉维纳的方方面面,搬家前一天晚上再三提醒他。她还找了一张便条,上面写着新居的地址,并用新居的房门钥匙换下旧房的钥匙。第二天维纳带着纸条和钥匙上班去了。白天恰有一人问他一个数学问题,维纳把答案写在那张纸条的背面递给人家。 晚上维纳习惯性地回到旧居。他很吃惊,家里没人。从窗子望进去,家具也不见了。掏出钥匙开门,发现根本对不上齿。于是使劲拍了几下门,随后在院子里踱步。突然发现街上跑来一小女孩。维纳对她讲:“小姑娘,我真不走运。我找不到家了,我的钥匙插不进去。”小女孩说道:“爸爸,没错,妈妈让我来找你是正确的。”

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