冯诺伊曼生平

冯·诺伊曼，著名美籍匈牙利数学家。1903年12月3日生于匈牙利布达佩斯的一个犹太人家庭。

冯·诺依曼的父亲麦克斯年轻有为、风度翩翩，凭着勤奋、机智和善于经营，年轻时就已跻身于布达佩斯的银行家行列。冯·诺依曼的母亲是一位善良的妇女，贤慧温顺，受过良好教育。

冯·诺伊曼从小就显示出数学天才，关于他的童年有不少传说。大多数的传说都讲到冯·诺伊曼自童年起在吸收知识和解题方面就具有惊人的速度。六岁时他能心算做八位数乘除法，八岁时掌握微积分，十二岁就读懂领会了波莱尔的大作《函数论》要义。

冯·诺依曼由ENIAC机研制组的戈尔德斯廷中尉介绍参加ENIAC机研制小组后，便带领这批富有创新精神的年轻科技人员，向着更高的目标进 军．1945年，他们在共同讨论的基础上，发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案” EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer的缩写）．在这过程中，冯·诺依曼显示出他雄厚的 数理基础知识，充分发挥了他的顾问作用及探索问题和综合分析的能力．

EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关 系．EDVAC机还有两个非常重大的改进，即：（1）采用了二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制；（2建立了存储程序，指令和数据便可一起放在 存储器里，并作同样处理．简化了计算机的结构，大大提高了计算机的速度．1946年7，8月间，冯·诺依曼和戈尔德斯廷、勃克斯在EDVAC方案的基础 上，为普林斯顿大学高级研究所研制IAS计算机时，又提出了一个更加完善的设计报告《电子计算机逻辑设计初探》．以上两份既有理论又有具体设计的文件，首 次在全世界掀起了一股“计算机热”，它们的综合设计思想，便是著名的“冯·诺依曼机”，其中心就是有存储程序。

原则上指令和数据一起存储．这个概念被誉为“计算机发展史上的一个里程碑”．它标志着电子计算机时代的真正开始，指导着以后的计算机设计．自然一 切事物总是在发展着的，随着科学技术的进步，今天人们又认识到“冯·诺依曼机”的不足，它妨碍着计算机速度的进一步提高，而提出了“非冯·诺依曼机”的设 想．冯·诺依曼还积极参与了推广应用计算机的工作，对如何编制程序及搞数值计算都作出了杰出的贡献。冯·诺依曼于1937年获美国数学会的波策 奖；1947年获美国总统的功勋奖章、美国海军优秀公民服务奖；1956年获美国总统的自由奖章和爱因斯坦纪念奖以及费米奖。

冯·诺依曼逝世后，未完成的手稿于1958年以《计算机与人脑》为名出版。他的主要著作收集在六卷《冯·诺依曼全集》中，1961年出版。

1913年出生，“数学神童”的名声传扬在外——他6岁能心算8位数除法，�8岁学会微积分，12岁读懂了函数论。通过刻苦学习，在17岁那年，他发表第一篇数学论文，不久便掌握了七种语言，又在最新数学分支——集合论、泛函分析等理论研究中取得突破性进展。22岁时，他获瑞士苏黎士联邦工业大学化学工程师文凭。一年之后，轻而易举摘取布达佩斯大学的数学博士学位。转而攻向物理，为量子力学研究数学模型，又使他在理论物理学领域占据了突出的地位。风华正茂的冯·诺依曼，在科学殿堂里“横扫千军如卷席”，成为横跨“数、理、化”各门学科的超级全才。

冯诺伊曼故事

冯·诺伊曼是二十世纪最重要的数学家之一，在纯粹数学和应用数学方面都有杰出的贡献。他的工作大致可以分为两个时期：1940年以前，主要是纯粹数学的研 究：在数理逻辑方面提出简单而明确的序数理论，并对集合论进行新的公理化，其中明确区别集合与类；其后，他研究希尔伯特空间上线性自伴算子谱理论，从而为 量子力学打下数学基础；1930年起，他证明平均遍历定理开拓了遍历理论的新领域；1933年，他运用紧致群解决了希尔伯特第五问题；此外，他还在测度 论、格论和连续几何学方面也有开创性的贡献；从1936～1943年，他和默里合作，创造了算子环理论，即现在所谓的冯·诺伊曼代数。

1940年以后，冯·诺伊曼转向应用数学。如果说他的纯粹数学成就属于数学界，那么他在力学、经济学、数值分析和电子计算机方面的工作则属于全人类。第二 次世界大战开始，冯·诺伊曼因战事的需要研究可压缩气体运动，建立冲击波理论和湍流理论，发展了流体力学；从1942年起，他同莫根施特恩合作，写作《博 弈论和经济行为》一书，这是博弈论(又称对策论)中的经典著作，使他成为数理经济学的奠基人之一。

冯·诺伊曼对世界上第一台电子计算机ENIAC(电子数字积分计算机)的设计提出过建议，1945年3月他在共同讨论的基础上起草EDVAC(电子离散变 量自动计算机)设计报告初稿，这对后来计算机的设计有决定性的影响，特别是确定计算机的结构，采用存储程序以及二进制编码等，至今仍为电子计算机设计者所 遵循。

1946年，冯·诺依曼开始研究程序编制问题，他是现代数值分析——计算数学的缔造者之一，他首先研究线性代数和算术的数值计算，后来着重研究非线性微分方程的离散化以及稳定问题，并给出误差的估计。他协助发展了一些算法，特别是蒙特卡罗方法。

40年代末，他开始研究自动机理论，研究一般逻辑理论以及自复制系统。在生命的最后时刻他深入比较天然自动机与人工自动机。他逝世后其未完成的手稿在1958年以《计算机与人脑》为名出版。 冯·诺伊曼的主要著作收集在《冯·诺伊曼全集》(6卷，1961)中。

无论史学家怎样评价，美籍匈牙利裔学者约翰·冯·诺依曼（John Von Neumann ， 1903-1957）都不愧为杰出的全才科学大师。人们至今还在津津乐道，这位天才人物的少 年时代，竟请不到一位家庭教师……

事情发生在1931年匈牙利首都布达佩斯。一位犹太银行家在报纸上刊登启事，要为他11 岁的孩子招聘家庭教师，聘金超过常规10倍。布达佩斯人才济济，可一个多月过去，居 然没有一人前往应聘。因为这个城市里，谁都听说过，银行家的长子冯·诺依曼聪慧过 人，3岁就能背诵父亲帐本上的所有数字，6岁能够心算8位数除8位数的复杂算术题，8岁 学会了微积分，其非凡的学习能力，使那些曾经教过他的教师惊诧不已。

父亲无可奈何，只好把冯·诺依曼送进一所正规学校就读。不到一个学期，他班上的数 学老师走进家门，告诉银行家自己的数学水平已远不能满足冯·诺依曼的需要。“假如 不给创造这孩子深造的机会，将会耽误他的前途，”老师认真地说道，“我可以将他推 荐给一位数学教授，您看如何？”

银行家一听大喜过望，于是冯·诺依曼一面在学校跟班读书，一面由布达佩斯大学教授 为他“开小灶”。然而，这种状况也没能维持几年，勤奋好学的中学生很快又超过了大 学教授，他居然把学习的触角伸进了当时最新数学分支——集合论和泛函分析，同时还 阅读了大量历史和文学方面的书籍，并且学会了七种外语。毕业前夕，冯·诺依曼与数 学教授联名发表了他第一篇数学论文，那一年，他还不到17岁。

考大学前夕，匈牙利政局出现动荡，冯·诺依曼便浪迹欧洲各地，在柏林和瑞士一些著 名的大学听课。22岁时，他获瑞士苏黎士联邦工业大学化学工程师文凭。一年之后，轻 而易举摘取布达佩斯大学数学博士学位。在柏林当了几年无薪讲师后，他转而攻向物理 学，为量子力学研究数学模型，又使自己在理论物理学领域占据了突出的地位。风华正 茂的冯·诺依曼，靠着顽强的学习毅力，在科学殿堂里“横扫千军如卷席”，成为横跨 “数、理、化”各门学科的超级全才。

“机遇只偏爱有准备的头脑”。1928年，美国数学泰斗、普林斯顿高级研究院维伯伦教 授 （O.Veblen）广罗天下之英才，一封烫金的大红聘书，寄给了柏林大学这位无薪讲师 ，请他去美国讲授“量子力学理论课”。冯·诺依曼预料到未来科学的发展中心即将西 移，欣然同意赴美国任教。1930年，27岁的冯·诺依曼被提升为教授；1933年，他又与 爱因斯坦一起，被聘为普林斯顿高等研究院第一批终身教授，而且是6名大师中最年轻的 一名。

在冯·诺依曼的一些同事眼里，他简直就不象是我们这个地球上的人。他们评价说：“ 你看，琼尼的确不是凡人，但在同人们长期共同生活之后，他也学会了怎样出色地去模 仿世人。”冯·诺依曼的思维极快，几乎在别人才说出头几句话时，就立即了解到对方 最后的观点。天才出自于勤奋，他差不多天都工作到黎明才入睡，也常常因刻苦钻研而 神魂颠倒，闹出些小笑话来。

据说有一天，冯·诺依曼心神不定地被同事拉上了牌桌。一边打牌，一边还在想他的课 题，狼狈不堪地“输掉”了10元钱。这位同事也是数学家，突然心生一计，想要捉弄一 下他的朋友，于是用赢得的5元钱，购买了一本冯·诺依曼撰写的《博奕论和经济行为》 ，并把剩下的5元贴在书的封面，以表明他“战胜”了“赌博经济理论家”，着实使冯· 诺依曼“好没面子”。

另一则笑话发生在ENIAC计算机研制时期。 有几个数学家聚在一起切磋数学难题，百思 不得某题之解。有个人决定带着台式计算器回家继续演算。次日清晨，他眼圈黑黑，面 带倦容走进办公室，颇为得意地对大家炫耀说：

“我从昨天晚上一直算到今晨4点半，总算找到那难题的5种特殊解答。它们一个比一个 更难咧！”说话间，冯·诺依曼推门进来，“什么题更难？”虽只听到后面半句话，但 “更难”二字使他马上来了劲。有人把题目讲给他听，教授顿时把自己该办的事抛在爪 哇国，兴致勃勃地提议道：“让我们一起算算这5种特殊的解答吧。”

大家都想见识一下教授的“神算”本领。只见冯·诺依曼眼望天花板，不言不语，迅速 进到“入定” 状态。约莫过了5分来钟，就说出了前4种解答，又在沉思着第5种……。 青年数学家再也忍不住了，情不自禁脱口讲出答案。冯·诺依曼吃了一惊，但没有接话 茬。又过了1分钟，他才说道：“你算得对！”

那位数学家怀着崇敬的心情离去，他不无揶揄地想：“还造什么计算机哟，教授的头脑 不就是一台‘超高速计算机’吗？”然而，冯·诺依曼却呆在原地，陷入苦苦的思索， 许久都不能自拔。有人轻声向他询问缘由，教授不安地回答说：“我在想，他究竟用的 是什么方法，这么快就算出了答案。”听到此言，大家不禁哈哈大笑：“他用台式计算 器算了整整一个夜晚！”冯·诺依曼一愣，也跟着开怀大笑起来。

冯诺伊曼与ENIAC

冯·诺依曼对科学做出的最大贡献当然是在计算机领域。

1944年仲夏的一个傍晚，戈德斯坦来到阿贝丁车站，等候去费城的火车，突然看见前面不远处，有个熟悉的身影向他走过来。来者正是闻名世界的大数学家冯·诺依曼。天赐良机，戈德斯坦感到绝不能放过这次偶然的邂逅，他把早已埋藏在心中的几个数学难题，一古脑儿倒出来，向数学大师讨教。数学家和蔼可亲，没有一点架子，耐心地为戈德斯坦排忧解难。听着听着，冯·诺依曼不觉流露出吃惊的神色，敏锐地从数学问题里，感到眼前这位青年身边正发生着什么不寻常的事情。他开始反过来向戈德斯坦发问，直问得年轻人“好像又经历了一次博士论文答辩”。最后，戈德斯坦毫不隐瞒地告诉他莫尔学院的电子计算机课题和目前的研究进展。

冯·诺依曼真的被震惊了，随即又感到极其兴奋。从1940年起，他就是阿贝丁试炮场的顾问，同样的计算问题也曾使数学大师焦虑万分。他急不可耐地向戈德斯坦表示，希望亲自到莫尔学院看一看那台尚未出世的机器。多年后，戈德斯坦回忆说：“当琼尼看到 我们正在进行的一件工作时，他就双脚跳到电子计算机旁”。

莫契利和埃克特高兴地等待着冯·诺依曼的来访，他们也迫切希望得到这位著名学者的 指导，同时又有点儿怀疑。埃克特私下对莫契利说道：“你只要听听他提的第一个问题 ，就能判断出冯·诺依曼是不是真正的天才”。

骄阳似火的８月，冯·诺依曼风尘仆仆地赶到了莫尔学院的试验基地，马不停蹄约见攻关小组成员。莫契利想起了埃克特的话，竖着耳朵聆听数学大师的第一个问题。当他听到冯·诺依曼首先问及的是机器的逻辑结构时，不由得对埃克特心照不宣地一笑，两人同时都被这位大科学家的睿智所折服！从此，冯·诺依曼成为莫尔学院电子计算机攻关小组的实际顾问，与小组成员频繁地交换意见。年轻人机敏地提出各种设想，冯·诺依 曼则运用他渊博的学识把讨论引向深入，逐步形成电子计算机的系统设计思想。冯·诺依曼以其厚实的科技功底、极强的综合能力与青年们结合，极大提高了莫尔小组的整体水平，使莫尔小组成为“人才放大器”，至今依然是科学界敬慕的科研组织典范。

人们后来把“电子计算机之父”的桂冠戴在冯·诺依曼头上，而不是第一台电脑的两位实际研制者，这并不是没有根据的。莫契利和埃克特研制的ENIAC计算机获得巨大的成功 ，但它最致命的缺点是程序与计算两分离。指挥近2万电子管“开关”工作的程序指令， 被存放在机器的外部电路里。需要计算某个题目前，埃克特必须派人把数百条线路用手接通，像电话接线员那样工作几小时甚至好几天，才能进行几分钟运算。

在ENIAC尚未投入运行前， 冯·诺依曼就已开始准备对这台电子计算机进行脱胎换的改 造。在短短10个月里，冯·诺依曼迅速把概念变成了方案。新机器方案命名为“离散变量自动电子计算机”，英文缩写EDVAC。1945年6月，冯·诺依曼与戈德斯坦等人，联名发表了一篇长达101页纸洋洋万言的报告，即计算机史上著名的“101页报告”。这份报 告奠定了现代电脑体系结构坚实的根基，直到今天，仍然被认为是现代电脑科学发展里 程碑式的文献。

在EDVAC报告中， 冯·诺依曼明确规定出计算机的五大部件： 运算器CA、 逻辑控制器C C、 存储器M、输入装置I和输出装置O，并描述了五大部件的功能和相互关系。与ENIAC 相比，EDVAC的改进首先在于冯·诺依曼巧妙地想出“存储程序”的办法，程序也被他当 作数据存进了机器内部，以便电脑能自动一条接着一条地依次执行指令，再也不必去接 通什么线路。其次，他明确提出这种机器必须采用二进制数制，以充分发挥电子器件的 工作特点，使结构紧凑且更通用化。人们后来把按这一方案思想设计的机器统称为“诺 依曼机”。

自冯·诺依曼设计的EDVAC计算机始， 直到今天我们用“奔腾”芯片制作的多媒体计算 机为止，电脑一代又一代的“传人”，大大小小千千万万台计算机，都没能够跳出“诺 依曼机”的掌心。冯·诺依曼为现代计算机的发展指明了方向，从这个意义上讲，他是 当之无愧的“电子计算机之父”。当然，随着人工智能和神经网络计算机的发展，“诺 依曼机”一统天下的格局已经被打破，但冯·诺依曼对于发展电脑做出的巨大功绩，永远也不会因此而泯灭其光辉！

第二次世界大战结束后，由于种种原因，ENIAC研制小组发生令人痛惜的分裂，“内存程序”的机器无法被立即研制。冯·诺依曼、戈德斯坦和勃克斯三人返回了新泽西州普林 斯顿大学。1946年，他们为普林斯顿高级研究院先期研制出新的IAS计算机（IAS即高级 研究院英文缩写）。

冯·诺依曼的归来，在普林斯顿掀起了一股强劲的电脑热。一向冷冷清清的研究院沸腾 了，大批专业人才仰慕他的大名，纷至沓来，使普林斯顿高级研究院一时间成为美国电 子计算机的研究中心。 冯·诺依曼乘热打铁，着手将他那101页计算机方案付诸实施。1951年，这台凝聚着他多年心血的EDSAC计算机终于面世，程序储存在机器内部后，效率比ENIAC提高数百倍，只用了3563个电子管和1万只晶体二极管，以1024个水银延迟线来 储存程序和数据，消耗电力和占地面积亦只有ENIAC的三分之一。

在冯·诺依曼研制ISA电脑的期间，美国涌现了一批按照普林斯顿大学提供的ISA照片结 构复制的计算机。例如，洛斯阿拉莫斯国家实验室研制的MANIAC，伊利诺斯大学制造的I LLAC。雷明顿·兰德公司科学家沃尔（W. Ware）甚至不顾冯·诺依曼的反对，把他研制 的机器命名为JOHNIAC（“约翰尼克” ，“约翰”即冯·诺依曼的名字）。冯·诺依曼 的大名已经成为现代电脑的代名词。

在普林斯顿，冯·诺依曼还利用计算机去解决各个科学领域中的问题。他提出了一项用 计算机预报天气的研究计划，构成了今天系统的气象数值预报的基础；他受聘担任IBM公 司的科学顾问，帮助该公司催生出第一台存储程序的电脑IBM 701；他对电脑与人脑的相 似性怀着浓厚的兴趣，准备从计算机的角度研究人类的思维；他虽然没有参加达特默斯 首次人工智能会议，但他开创了人工智能研究领域的数学学派；他甚至是提出计算机程 序可以复制的第一人，在半个世纪前就预言了电脑病毒的出现……

1957年2月8日，冯·诺依曼身患骨癌，甚至没来得及写完那篇关于用电脑模拟人类语言的讲稿，就在美国德里医院与世长辞，只生活了54个春秋。他一生获得了数不清的奖项 ，包括两次获得美国总统奖，1994年还被追授予美国国家基础科学奖。他是电脑发展史 上最有影响的一代伟人。

EDVAC报告书的第一份草案

冯·诺伊曼于坐火车通勤到洛斯阿拉莫斯时，以手写方式撰写此份报告，并将此份手写笔记寄回费城。戈德斯坦把此份报告付诸打字并复制。虽然报告上打字的日期为6月30日，但是在五天前，6月25日时，24份第一份草案的复制件已被分送给与EDVAC计划有密切关系的人士。由于很多人对此份报告感到兴趣，于是促使了此份报告存在的消息传遍世界；剑桥大学的莫里斯·威尔克斯对于报告内容令他感到兴奋，促使他决定在1946年夏天旅行到美国参加摩尔学院讲习课程。

冯·诺伊曼一生中发表了大约150篇论文，其中有60篇纯数学论文，20篇物理学以及60篇应用数学论文。他最后的作品是一个在医院未完成的手稿，后来以书名《计算机与人脑》发布，表现了他生命最后时光的兴趣方向。