数学|数学哲学与计算机的发展,预见未来的最好方式是研究历史( 四 )


  • 18世纪末 , 法国政府为了统一度量衡的工作 , 所以在数学中采用了十进制 , 于是重编三角函数表和函数对数表就成为必要 。
  • 显然这是一项庞大的工程 , 然而由于组织者普罗尼合理而细致的分工 , 就使得计算效率大大提高 。
    第一台差分机是在1822年完成的 , 由一些立柱装配若干齿轮组成的 。 每个齿轮都刻有0-9的阿拉伯数字 , 不同位置的齿轮代表不同的位数 。 从外表上看 , 机器依然是使用齿轮咬合装置 , 然而与以前的计算器不同的是 , 差分机拥有用齿轮组实现的寄存器 。 这样差分机就能够按照设计者的安排 , 自动完成整个运算过程 。 这里有很重要的一点是隐含着程序设计思想的萌芽 , 也正是这一点使得后人把巴贝奇尊为现代计算机的先驱 。

    • 巴贝奇
    差分机基本上是专供计算多项式的加法机 , 运算精度达6位小数 。
    1833年 , 巴贝奇活跃的思想中又构思了一种新机器——一种可控制计算程序的通用数字计算机 , 即通常所说的分析机 , 它比差分机的设计更完善 。 程序设计的思想在其中得到了充分的发挥 。
    早期的计算机大多用手工控制 , 操作人员在计算的每一步都必须亲自参与 。 而分析机不论是在可能完成的计算范围、简单程度以及可靠性与精确度方面 , 还是在计算时完全不用人参与方面 , 都超过了以前的机器 。
    尽管用了近40年的功夫 , 但是 , 巴贝奇天才的想法最终也没有实现 。 这不仅仅是由于他对设计的不断修改 , 而更多的是因为社会客观条件的不成熟 。
    电子计算机
    现代意义上的存储程序电子数字计算机 , 可以说绝不是数学家、逻辑学家或者是电子工程师所能单独完成的事业 , 而是大家齐心协力合作的结果 。 因此 , 才会有历史上那么多天才的梦都没有实现 。 而随着科学、技术的进步 , 现实的物质条件日益成熟 , 所以才有后人对他们的遗愿的最终实现 , 而且无论是从哪一个方面 , 都远远地超出了原来的想象 。
    电子计算机的诞生受益于数理逻辑的发展和电子技术的进步 。
    数理逻辑方面值得指出的是英国数学家阿兰图灵和布尔 。 图灵的贡献∶1900年希尔伯特在国际数学家大会上提出二十三个数学问题 。 其中第十个问题大意是∶给定一个系数为有理数的、有任意个未知数的丢番图方程 , 是否可设计一种方法 , 使得通过有限步运算能判别该方程是否有有理数解 。 有数学家猜测不存在这样一种方法 , 可是要说明这一点 , 却不是一件很容易的事 。 为了解决这个问题 , 首先要回答什么是有效方法 。 一直到了三十年代 , 才有几位数学家给出了这种\"有效方法\"的描述 。
    图灵正是通过分析\"计算\"的本质 , 从理论上证明了通用数字计算机是存在的 。 他假定把计算的所有细节全写在纸上 , 而纸又是一种要多长就会有多长的带子 , 上面有划好的方格 , 每一方格内都可以记上符号0或1 。 于是一切计算过程在本质上就是在每一步把方格里的0换成1 , 或把1换成0 , 或有时需要把注意力转移到另一方格上去 。 数学家随时都可以知道他做到了哪一步 , 而且可以根据纸带上看到的符号决定下一步要做什么 。 经过这样的分析 , 图灵指出∶任何计算都可以看作是由一个抽象的计算机完成的操作 。 这个计算机使用长条带子上成串的0或1 , 执行下列各种指令∶
    1. 写符号0;
    2. 写符号1;
    3. 向左移动一格;
    4. 向右移动一格;

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