【科学天才】八岁懂微积分讲四种语言　电脑量子力学都关冯纽曼事

今日是12月28日，115年前的今日，一位对现今电脑有深远影响的天才出世了。他一生对数学、电脑科学、物理学贡献良多，被誉为电脑科学其中一位奠基人，与广为人所知的 艾伦‧图灵 齐名，他就是约翰‧ 冯纽曼(John von Neumann)。

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撰文：Tecky Academy

电脑结构

要理解他的贡献，最佳的途径就是由现今生活事例着手：想像一下，你有一位朋友，说想买一部新的桌面电脑，应该有甚么组件要买呢？大概你会答道：“ 你要先拣好CPU（Central Processing Unit），然后再拣好要几多Ram（Random Access Memory），再拣要SSD（Solid State disk）定HDD（Hard disk），最后买好机箱及火牛，再买键盘（Keyboard）、滑鼠（Mouse）、Mon（Monitor）就得架啦！”如果你的朋友本身不太熟悉电脑，他一定会眉头紧皱，不明所以，也许会问：“点解要咁多嘢？”

这是一个发人深省的问题，现今电脑结构到底从何而来？其实现今桌面电脑、手提电脑、智能电话等等，都是基于冯纽曼于1945年提出的一个电脑结构，名字就叫做冯纽曼结构（Von Nuemann Architecture）

冯纽曼的文件提出一部有以下组成部分的电脑：

1. 处理器（Processing Unit）2. 控制器（Control Unit）3. 记忆体（Memory）4. 外置储存装置（Mass Storage）5. 输入及输出（Input and Output）

现代的CPU同时兼备了1及2，3就是RAM，4就是SSD/HDD，5就是其他所有电脑周边产品如键盘、滑鼠、显示器等。由此可见，早在第一部个人电脑问世之前，现代电脑的雏型早已成型，尔后的电脑发展就是不断改善效能及微小化的课程。

合并排序

编程中有一个很常见的问题，就是将一条序列的物件排序，要将物件排序。电脑科学有不少类似计算问题，不同的解决方法，通常统称之为算法（Algorithm）。同样在1945年，冯纽曼提出了一 个电脑科学学生必学的排序算法，为之合并排序（Mergesort），采用的就是分治法（Divide and Conquer）。将一条序列拆细为许多小序列，再通过合并的动作将其排好。

以图示的话，就如以下一幅示意图。

此合并方法效率相当高，但不一定是最好（平均而言记忆体使用比Quicksort要多），不过合并排序可以轻易并列处理（parallel processing），因此某些情况比Quicksort更好。

细胞自动机

冯纽曼亦开创了电脑科学中细胞自动机（Cellular Automaton）的研究，所谓细胞自动机，就是一个理论中的模型，由无数个方格所组成，整个平面会随著时间演化，每一个方格都有自己的状态，而每一个方格下一刹那的状态都取决于邻居的状态。有一个很Geeky的游戏叫生命游戏（Conway's Game of Life），其中所根据的模型正是细胞自动机。

现今大部分对细胞自动机都是关于理论上的研究，可见冯纽曼的研究涵盖了理论及现实工程的研究。

生平及其他贡献

冯纽曼是相当多产的学者，一生发表了约150篇论文，除了对电脑科学有巨大贡献外，在数学上，对几何学（Geometry）、拓扑学（Topology）、泛函分析 （Functional Analysis）都有很大贡献，而在物理学上亦对量子力学（Quantum Mechanics）发展有深远影响，甚至乎对现今经济学上有举足轻重地位的博奕理论（Game Theory）都有涉猎。

冯纽曼生于匈牙利布达佩斯一个犹太家庭，当时是奥匈帝国的一部分，他自小天资聪颖，八岁就能作微积分，讲四种语言，辗转在德国得到博士学位， 1930年移居美国，很多他生平的贡献都是于美国完成。1957年，冯纽曼于美国因病如世长辞，享年53岁。

要用一篇文章概括冯纽曼的贡献很困难，因此附上一条维基条目，就是所有以冯纽曼命名的事物列表，列表之长，使人叹为观止。

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_things_named_after_John_von_Neumann

【编按：文章题目为编辑所拟，原题为“115年前的今日：冯纽曼”​】

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