西方世界公认的计算机之父
一提到“计算机之父”,大部分人想起的一定是阿兰·图灵,如果再拓展一些,冯·诺依曼、查尔斯·巴贝奇可能也会入围 。
然而如果你在谷歌或者必应,用英文搜索"father of computer" ,排在第一位的,始终是他,Charles Babbage KH 。
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这位看起来很有范的英国绅士——查尔斯·巴贝奇,大众并不太熟悉的名字 。
他耗尽了可以制造两架军舰、22台蒸汽火车头的经费,外加银行家父亲留下的全部身家,穷极一生,也没能制造出任何一台他所描述的机器 。
然而,那些超前了至少一个世纪的设想,被誉为现代计算机的先驱,代表了机械智能的最高水平,他也被称为计算机之父 。
数学天才的奇思妙想
跟大部分好奇的小男孩一样,巴贝奇从小有任何事情都要寻根究底的习惯,拿到玩具也会拆开来看看里面的构造 。由于从8岁起身体就一直不好,上一阵学就得回家休养,他爹便给他请了不少私人老师 。
1810年10月,19岁的巴贝奇来到剑桥大学三一学院 。这儿是剑桥规模最大、财力最雄厚、名声最响亮的学院之一 。
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在整个20世纪,三一学院获得了34个诺贝尔奖以及4个菲尔兹奖,数量上碾压了牛津和剑桥大学其他各个学院 。知名校友有物理学家牛顿、波尔,哲学家伯特兰·罗素,还有查尔斯王子等等 。
原本巴贝奇对这座顶级学府充满了期待,来了才发现,老师掌握的数学知识还不如他自己多,教的知识他早就自学过了,无敌是多么寂寞 。
1820年,英国皇家天文学会成立,巴贝奇为创始人之一 。在这里,他们要做大量的计算,耗费的人力物力巨大,又不能保证百分比的准确率 。在当时,甚至找不到一张完全准确的表格 。
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所以,巴贝奇意识到:只要是人为的,就没有完美的 。于是他思忖着,那些繁琐的程序,能不能用机器来代替呢?
那时候的机械计算机器,已经发展了三百多年,汇聚了众多天才智慧,却停留在和加、减、乘、除,这些简单到不能再简单的基本运算打交道 。
【世界公认最有影响力的计算机家,现代计算机之父的主要贡献】像托马斯·德科尔马在1820年发明的这款计算器,是商业上成功应用的最早的计算器,然而它和巴贝奇的要求相去甚远 。
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机械史上最复杂的巅峰之作
1822年6月14日,巴贝奇向皇家天文学会递交了一篇名为《论机械在天文及数学用表计算中的应用》的论文,差分机的概念正式问世,获得了皇家天文学会的最高奖项——金质奖章 。
与论文一起亮相的,是一台简单的原型机——差分机0号 。所谓差分,就是把函数表的复杂算式转化为差分运算,用简单的加法代替平方运算 。
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英国政府看到原型机后非常感兴趣,次年拨款1700英镑,希望巴贝奇能做出实用产品,彻底解决编写数值表的大难题 。
谁知实行起来要比想象中要困难得多 。差分机对制作的精度要求,远远超越了所处时代的真实水平 。巴贝奇跑遍整个欧洲也没找到多少能用的零件,于是在制造机器之前,还要先考虑怎么制造各类零件 。
原本以为两三年就能搞定,没想到10年过去了,巴贝奇却只完成了设计稿的七分之一 。
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再过了十年,也就是1842年,政府正式宣布不再出资,为期20年的差分机项目,最终以失败告终 。至此项目花销的经费已经高达17000英镑,这笔数字是最初预算的整整10倍,差不多可以建造22台蒸汽机车或者2艘战舰了 。
巴贝奇却并没有因此受到打击,此时他的精力已经转向了一项更伟大,更具开创性的研究 。
差分机固然强大,但终究只能计算多项式而已,如果能利用“机器”将计算到印刷的过程全部自动化,那么计算错误、抄写错误、校对错误、印制错误等人为疏失将会被全面消除,这不是更好吗?
借鉴了法国一位织布工用穿孔卡片来控制织布机的创意,1833年,巴贝奇着手开始了一种可编程序机器的设计 。
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他设定了4种输出装置,其一为打印装置,其二为曲线绘图仪,其三为响铃,其四为打孔机,用于制造穿孔卡片 。这台被称作“分析机”的机器,直接将机械计算的理念从地表推上云天 。
后人惊讶地发现,他设计的分析机的组成结构,竟和现代计算机如出一辙,要知道,现代计算机的五大组成部件是由冯·诺依曼在1945年才明确提出的 。
才华横溢却抱憾而终,遗言让人感慨
仿佛是老天爷一个玩笑式的魔咒,分析机的研制不幸步了差分机的后尘,巴贝奇付出了几十年的努力,耗掉银行家父亲留下的全部身家,直至离世前仍只建成了它的一小部分 。
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藏于伦敦科学博物馆的分析机半成品
巴贝奇抱憾而终,留给后世的仅仅只有这台小小的模型和两千多张图纸 。他在遗言中写道:
如果一个人不因我一生的挫折而却步,仍然一往直前制成一台具有全部数学分析能力的机器……那么我愿将我的声誉毫不吝啬地让给他,因为只有他能够完全理解我的种种努力,以及这些努力所得成果的真正价值 。巴贝奇通过自己的努力,开启了人类社会的计算机化进程 。从那以后,计算机开始慢慢地征服世界 。虽然没有造出完整的“分析机”,他仍被多数人称为“现代计算机之父” 。
数学简史绘本
数学是基础学科,驱动了很多学科的发展,比如计算机、天体物理、量子力学等等 。华为总裁任正非也曾说,芯片砸钱不行,得砸数学家 。
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数学是家长最为重视的学科,也是孩子最头大的学科,都说数学烦、数学难,怎么才能培养孩子的数学兴趣?学习数学有没有捷径呢?
正如歌德所说:“一门科学的历史,就是这门科学本身 。”
想学好一门学科,一定要去读一读这门学科的历史,数学亦是如此 。特别是对于孩子,相较于生涩的数学知识,数学的历史长河中,一个个生动的故事更能让他们对数学产生兴趣,这就是让孩子爱上数学的捷径 。
给大家推荐一套由俄罗斯大师级文学家与数学家的强强联合,创作的这套给6-12岁孩子的《数学简史》,书中“计算机中的数学”一章,就提到了巴贝奇的计算机 。
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这本《数学简史》,不是一套数学提分宝典,而是一本关于数学和数学史的趣味故事书,是一张通往数学世界奥妙的船票 。
很多孩子数学学不好,就是因为数学概念理解不透彻 。而书中对于每个知识点,都是用讲故事、举事例、画图等方式来说的,把数学基本知识解释得清清楚楚 。
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它带领孩子们跳出时间的桎梏,从数学的起源开始去认识这门古老而又重要的学科 。
让孩子去和原始人来一次以物易物的交易,去跟古巴比伦人学一学占星术,去跟芝诺的乌龟来一场赛跑 。归来之时,数学不再是一些无意义的公式和符号,早已成为他最亲密的老朋友 。
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作为孩子的第一大学科,一定要格外重视数学兴趣的提升 。
了解数学史后,孩子再去看那些本来枯燥的公式和定理,马上能联想到背后的数学家和一段或奇妙或艰辛的故事,立马就亲切了起来,还能跟同学们侃侃而谈 。
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