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冯·诺依曼的趣事

冯·诺依曼的趣事

林革

计算機已经在工作、学习、生活等方面深刻地影响着人们的生产和生活方式。而很少有人知道,计算机这项伟大的发明与一位数学家密不可分,他就是被誉为“计算机之父”的冯·诺依曼。

冯·诺依曼(1903-1957年)是美籍匈牙利人,从小就天赋异禀、智商超群。他不仅拥有惊人的记忆力,还具备卓尔不群的数学才能。在他短暂的一生中,这位享有“火星人”美誉的科学巨人,几乎玩转了包括电子计算机、博弈论、代数、集合论、测度论、量子理论在内的诸多领域,成为这些领域里的一代宗师或开山鼻祖。下面的几则趣闻轶事便体现了这位天才的与众不同。出人意料

一次数学聚会上,一位年轻人兴冲冲地与他探讨科普大师马丁·加德纳编写的一道数学趣题:两个男孩各骑一辆自行车,从相距32千米的两地相向骑行。在他们起步的同时,一只停在自行车车把上的苍蝇,开始向另一辆自行车径直飞去。苍蝇一直飞,到达另一辆自行车的车把后又立即飞回。如此往返,直到两辆自行车相遇为止。如果两辆自行车都以每小时16千米的速度匀速前进,苍蝇以每小时24千米的速度匀速飞行,那么苍蝇总共飞行了多少千米?

按照常人的惯性思维,首先需要算出苍蝇在两辆自行车车把之间的第一次路程,其次是返回路程,并依次类推,算出一段段越来越短的距离,最后求和,才是最终结果。这涉及到苍蝇飞过的路程有几段路和每段所花费的时间,即所谓的无穷级数求和问题,因此非常复杂。

而科普大师加德纳则转化思路绕开这些常规障碍:因为每辆自行车运动的速度是每小时16千米,之后两辆自行车相遇走完32千米的距离,说明从开始到相遇,自行车所花费的时间为32÷(16+16)=1小时,而这正是苍蝇所用的时间。又已知苍蝇的飞行速度是每小时24千米,因此在1小时中苍蝇总共飞了24千米。

听了年轻人的题,冯·诺依曼略加思索便给出了正确答案。年轻人笃定他也运用了加德纳的思路,于是开始抱怨其他数学家用无穷级数求解的方法十分繁琐。不料,冯·诺依曼却面露诧异地说道:“我用的正是无穷级数求和的方法啊!”年轻人听后顿时瞠目结舌。神机妙算

在讲述这个故事之前,我们需要介绍世界上第一台通用计算机——ENIAC(电子数字积分计算机的简称)。这台电子计算机诞生于第二次世界大战期间,当时各参战国的武器装备比较落后,因此研发新型导弹就显得十分迫切和必要,美国陆军军械部还专门为此设立了“弹道研究实验室”。为了在战争中占得先机,有关电子计算机的设想被提出并得到了大力支持,但等到真正开始实施时才发现研究工作困难重重、举步维艰。幸运的是,时任弹道研究所顾问、正在参加美国第一颗原子弹研制工作的数学家冯·诺依曼及时加入,解决了一系列关键性问题,从而保证了ENIAC的顺利问世,宣告了一个新时代的开始。

在研制ENIAC期间,几位数学家在一起切磋一道数学难题,百思不得其解,又不甘心放弃。于是,一位青年数学家决定带着台式机回家继续演算。

第二天一早,数学家们又在办公室里讨论这道难题。这时,那位带计算机回家演算的同事推门而入,模样狼狈不堪,却面带笑容颇为得意地对大家炫耀道:“感谢上帝,天道酬勤。我从昨晚开始马不停蹄地用计算机算到凌晨4时30分,总算找到这道难题的5种特殊解答。它们一个比一个难,我的天哪!”他的用意,一是表达如释重负;二是准备接受众人的夸奖。

就在此时,冯·诺依曼恰好刚进办公室,随口问道:“什么一个比一个难?”有人将题目讲述给他听,冯·诺依曼一听立即来了劲头,但随即眼望天花板默不作声,陷入沉思之中。同事们饶有兴致地待在一边,大家对他超凡脱俗的神算本领早有耳闻,今天当然要见识一下。大约过了5分钟,冯·诺依曼就给出了4个正确答案。这下那位熬了一夜的青年数学家再也坐不住了,脱口说出最后一个答案。冯·诺依曼先是一愣,但没有接过话茬。在1分钟之后,他才肯定地说:“你的答案是正确的。”当那位青年数学家怀着无比敬佩而又尴尬的复杂心情离去后,冯·诺依曼仍在原地苦苦思索,一脸困惑,许久不能自拔。

有人悄悄地问他在想什么。冯·诺依曼不安地说:“我在想,他究竟用的是什么方法,这么快就算出了答案。”众人忍俊不禁,道出了原委:“他可是用台式机算了整整一个晚上啊!”冯·诺依曼这才释怀地大笑起来。稳操胜券

印象中,科学家可能都是木讷呆板、不苟言笑的学究形象。他们大多都沉浸在自我的世界里,似乎不食人间烟火,少有情趣。不过下面这则冯·诺依曼为获胜耍小伎俩的趣事,或许能让你改变这种刻板印象。

有一次,冯·诺依曼与9位同事一起去踏青。春意盎然的美景让大家心旷神怡,而自在美味的野餐更是让人兴致勃勃。一番尽兴地吃喝谈笑过后,饱了眼福和口福的数学家们有的卧着、有的坐着,端详着不远处的几座崇山峻岭感叹不已。

或许是出于职业习惯和专业敏感,有人提议目测对面一座山峰的高度,众人立刻响应。大家商议的规则是:每个人悄悄写下一个数字,哪个人的数据最接近10个人估计数据的算术平均数,就算赢。

冯·诺依曼稍加思考后,把一个关系最好的同事拉到一边耳语一番后,他俩分别写下了自己的数据。结果不用猜也知道——冯·诺依曼胜出。

原来,两人先判断别人的估算值,认定其他8位同事写下的数据都小于m(比如3000米),然后冯·诺依曼在纸片上写m,他的好朋友则写9m。这样一来,可以理解的数据从小到大的常规情形如图1所示。

从中可以轻易地判断出,如此这10个数据的算术平均数必定位于m和9m之间。从以下这2种极端情形,便可直观理解结论的正确性。

1、8位同事估计的数据都很小,哪怕是都接近于0。

不妨就认为8位同事都写了0,冯·诺依曼写了m,他的好友写了9m,那么这10个数据的算术平均数为(m+9m)÷10=m,相当于好友写的9m分别给前8位同事各补了一个m,即所谓减高补低。因此,冯·诺依曼的数据显然最为接近而获胜。

2、8位同事估算的数据都很大,哪怕是都接近于m。

不妨就认为8位同事都写了m,那么10个数据的算术平均数为(8m+m+9m)÷10=1.8m,从排序上就可以判断,冯·诺依曼的数据仍最为接近。

即使8位同事中一些或全部数据都大大超过m,也不难判断,10个数据的算术平均数仍位于m和9m之间,只是存在接近9m的可能。如果这样,那获胜的就是冯·诺依曼的好友,这可是他俩商议设定的结果哦!

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