计算机的先辈们

计算机的先辈们

简介

我们来看看电子计算机的定义

电子计算机（亦称电脑）是利用数字电子技术，根据一系列指令指示并且自动执行任意算术或逻辑操作串行的设备。通用计算机因有能遵循被称为“程序”的一般操作集的能力而使得它们能够执行极其广泛的任务。

随着计算机的迅猛发展，一些技术如雨后春笋一般冒出来，云计算，大数据，无人驾驶，物联网、5G应用，人工智能等等。我们所需要学习的知识也越来越多，操作系统，计算机网络，分布式开发，SQL优化等等。

我们的脚步愈行愈远，我们似乎从未回头过或者不屑于回头看看计算机领域的先辈们，这就陷入了人生一大误区，我们应该懂得敬畏，敬畏生命，敬畏自然，敬畏科学，敬畏先辈.......

再说计算机的先辈们之前，我们应该认识一下计算机领域的最高奖项图灵奖

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图灵奖（英语：ACM A.M. Turing Award），又译杜林奖、A.M.图灵奖[2]，是计算机协会（ACM）于1966年设立的奖项，专门奖励对计算机事业作出重要贡献的个人。其名称取自世界计算机科学的先驱、英国科学家、曼彻斯特大学教授艾伦·图灵（A.M. Turing），这个奖设立目的之一是纪念这位现代计算机科学的奠基者。获奖者必须是在计算机领域具有持久而重大的先进性的技术贡献。大多数获奖者是计算机科学家。是计算机界最负盛名的奖项，有“计算机界诺贝尔奖”之称。

计算计的先辈们

说到计算机我们就一定离不开数学，在二三十年以前，计算机科学基本上还是数学的一个分支，数学的发展极大地促进了计算机的诞生。

谈论大数学，我们就不得不了解数学危机

第一次数学危机

毕达哥拉斯学派（公元前500）提出“万物皆数”(指整数），数是万物的本源，事务的性质是由某种数量关系决定的，万物按照一定的数量比例而构成和谐的秩序，数学的知识是可靠的、准确的，一切数均可以表示成整数或整数之比,人民深信不疑。

但，后米...

毕达哥拉斯证明了勾股定理，并且同时发现“某些直角三角形的三边比不能用整数来表达”

希帕索斯悖论

古希腊著名哲学家芝诺（约公元前490年~前425年）曾提出四条著名的悖论

第一，“二分法”。

运动着的东西在到达目的地之前须先完成行程的一半，而在完成行程的一半后，还须完成行程的一半的一半……如此分割，乃至无穷，因而它与目的地之间的距离是无限的，永远也达不到目的地。

第二，“阿基里斯永远追不上乌龟”。

阿基里斯是希腊跑得最快的英雄，而乌龟则爬得最慢。但是芝诺却证明，在赛跑中最快的永远赶不上最慢的，因为追赶者与被追赶者同时开始运动，而追赶者必须首先到达被追赶者起步的那一点，如此类推，他们之间存在着无限的距离，所以被追赶者必定永远领先。

第三，“飞矢不动”。

任何物体都要占有一定的空间，离开自己的空间就意味着失去了它的存在。飞矢通过一段路程的时间可被分成无数瞬间，在每一瞬间，飞矢都占据着一个与自己大小相同的空间，由于飞矢始终在自己的空间之中，因而它是静止不动的。

第四，“运动场”。

有两排物体，大小相同，数目相等，一排从终点排到中间点，另一排从中间点排到起点，当它们以相同的速度作方向相反的运动时，就会在时间上出现矛盾。芝诺认为这可以证明一半的时间等于一倍的时间。

以上四条悖论从根本上挑战了毕达哥拉斯学派所一直贯彻的度量和计算方式，所以不就数学第一次危机彻底爆发

因此，芝诺由于挑战了人民的信仰而被处死（说法之一）

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危机的缓解

二百年后，欧多克索斯建立起一套完整的比例论,巧妙地避开无理数这一迈辑上的丑闻”, 并保留住与之相关的一些结论,缓解了数学危机。但欧多克索斯的解决方式，是借助几何方法,通过避免直接出现元理效而实现的,也因此几何学得到了快速的发展。

危机的解决

直到到十九世纪下半叶,实数理论建立后,无理数本质做仰底简清,无理数在数学中合法地位的确立,才真正彻底、圆满地解决了第一次数学危机;

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第二次数学危机

**微积分的出现**: 经过许多人多年的努力，终于在17世纪晚期，形成了无穷小演算——微积分这门学科。牛顿和莱布尼兹被公认为微积分的奠基
者，他们的功绩主要在于：把各种有关问题的解法统一成微分法和积分法；有明确的计算步骤；微分法和积分法互为逆运算。
由于运算的完整性和应用的广泛性，微积分成为当时解决问题的重要工具。

在微积分大范围应用的同时，关于微积分基础的问题也越来越严重。关键问题就是无穷小量究竟是不是零？无穷小及其分析是否合理？

贝克菜悖论

英国大主教贝克莱写了一篇文章称：无穷小量在牛顿的理论中“一会儿是零，一会儿又不是零”，贝克莱嘲笑无穷小量是“已死量的幽灵”。

这篇论文为：1734年的《分析学家;或一篇致-位不信神数学家的论文，其中审查一下近代分析学的对象、原则及论断是不是比宗教的神秘、信仰的要点有更清晰的表达,或更明显的推理》，可见标题文字有多长。

因此贝克菜为首的当时一些数学家和其他学者都对微积分甚至数学本身提出了质疑，数学第二次危机彻底爆发。

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危机的缓解

十九世纪七十年代初,魏尔斯特拉斯、柯西、戴德金、康托尔等人独立地建立了实数理论,在实数理论基础上,建立起恢限论的基本定理,从而使数学分析建立在实数理论的严格基础之上。缓解了危机。

新的问题

魏尔斯特拉斯给出个处处不可微的连续函数的例子,说明直观及几何的思考不可靠，而必须诉诸严格的概念及推理。推动数学家们更深入地探讨数学分析的基础一实数论的问题，导致了集合论的诞生。

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第三次数学危机

十九世纪下半叶,康托尔创立了著名的集合论。刚产生时，曾遭到许多人的猛烈攻击。

后来数学家们发现，从自然数与康托尔集合论出发可建立起整个数学大厦。"一切数学成果可建立在集合论基础上”。

1900年,国际数学家大会上，法国著名数学家庞加菜:"借助集合论概念,我们可以建造整个数学大厦..今天，我们可以说绝对的严格性E经达到了.."

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我们先来介绍一个故事：一个故事塞尔维亚有一位理发师:他只给所有不给自己理发的人理发,不给那些给自己理发的人理发。问:他要不要给自己理发呢?

这就是著名的罗素悖论。

罗素悖论

如果存在一个集合A={X| X∉ A }，那么X∈A是否成立？如果它成立，那么X∈A，不满足A的特征性质。如果它不成立，A就满足了特征性质

罗素悖论使得一个接近完美的建立在集合论上的数学瞬间变得摇摇欲坠，无怪乎弗雷格在收到罗素的信之后，在他刚要出版的《算术的基本法则》第2卷末尾写道："一位科学家不会碰到比这更难堪的事情了，即在工作完成之时，它的基础垮掉了，当本书等待印出的时候，罗素先生的一封信把我置于这种境地"。于是终结了近12年的刻苦钻研。

因此第三次数学危机彻底爆发

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危机的解决

库尔特·哥德尔在1931年成功证明:任何一个数学系统,只要它是从有限的公理和基本概念中推导出来的,并且从中能推证出自然数系统，就可以在其中找到一个命题，对于它我们既没有办法证明,又没有办法推翻

哥德尔不完备性定理

哥德尔不完全定理的证明结束了关于数学基础的争论,宣告了把数学彻底形式化的愿望是不可能实现的。

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探讨如何了解问题，如何解决问题

随着数学的发展，数学系统越来越完善，我们发现有些问题是可以用数学去计算的，有些问题不能够通过计算得出答案，对于可以计算的问题我们的中心慢慢变成如何了解问题？如何去解决问题？一个富有想象力的问题怎么去了解、去计算。

于是我们定义可计算问题：设函数f的定义域是D ,值域是R，如果存在一种算法，对D中任意给定的x，都能计算出f(x)的值，则称函数f是可计算的。

计算思路就是为计算建立一个数学模型，称为计算模型，然后证明，凡是这个计算模型能够完成的任务，就是可计算的任务。

很多人致力去解决这个问题，但都未能很好的得出界限，直到图灵的出现。。。。

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在说可计算问题与不可计算问题之前，我们先谈谈计算机科学之父——图灵

●图灵在1912年6月，生于伦敦

●中学期间，获国王爱德华六世数学金盾奖章1935年,被选为剑桥大学国王学院院士，1936年5月,图灵提出图灵机，(发表于《伦敦数学会文集》)

●1938年，美国普林斯顿大学获博士学位

●1938-1945年二战期间，密码破译工作(曾任英美密码破译部门总顾问)

●1946年,获不列颠帝国勋章

●1950年 ，提出 著名的“图灵测试”1950年10月,发表论文“机器能思考吗”

我们可以想象图灵不仅仅提出了计算机的雏形，还提出了机器是否能够思考，可见它的高瞻远瞩。不过的是由于学生时期的与众不同给他的童年留下了不可磨灭的阴影，甚至导致了最后他的自s——迫于外界对同性恋的打压诋毁。

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我们再来了解一下他怎么去划分可计算问题与不可计算问题的界限

在1936年,图灵在其著名的论文《论可计算数在判定问题中的应用》一文中提出了一种理想的计算机器的数学模型图灵机( Turing Machine) 。

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想深入了解可点击：[图灵机]:

计算器历史、现在、未来

历史

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现在

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当前处理能力最强的超级计算机 ——富岳（日本·）

网站：https://top500.org/

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当芯片的工艺达到极致，很难再以当前的速度继续发展，就意味着摩尔定律的失败，随之而来的是科学家们的不断探索，量子计算机、生物计算机、DNA计算机等等新型计算机大量涌现出来。

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未来

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由此并行能力得到了大大的提高

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为了有效的控制量子计算机的计算，而不影响量子计算机本身的计算，科学家们做了很多努力。

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最终，首台可编程的通用电子计算机迎来了诞生（有争议）

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2019年1月8日，据英国《金融时报》报道，IBM已开发了第一台独立的量子计算机，将一些全球最先进的科学技术集成到一个9英尺的玻璃立方体内。公司在今年的拉斯维加斯国际消费电子展上首次公开了这一名为IBM Q System One的系统。

IBM表示，新系统中的量子比特能够维持的相干时间为75微妙，据悉这是通用量子计算机的最佳时间长度

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2019年10月23日，谷歌的重磅工作“利用可编程超导处理器实现量子霸权”被正式刊文介绍。该文表示谷歌开发出的一款54量子比特的超导量子芯片“Sycamore”对随机量子线路采样100万次只需200秒，而目前最强的传统超级计算机Summit要得到类似的结果需要长达1万年。证明了谷歌已实现“量子霸权”

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紧随其后，2020年12月4日,中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”,中国在继美国之后是第二个实现量子霸权的国家。

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最后我们介绍一下量子计算机的应用

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图片来源：计算导论与C语言基础 Ge Li 李戈, Ph.D. Peking University

照片版权属于原作者，如有侵权，联系删除

posted @ 2021-04-14 22:15  LSMY  阅读(344)  评论(0)    收藏  举报