巴贝奇的困境 by: 天涯ID--先生会算命V1
那個(gè)時(shí)候的歐洲各國(guó)，大家為了去印度或者是美洲發(fā)財(cái)致富，爭(zhēng)先恐后發(fā)展航海業(yè)，玩了命地造大船造好船。
航海業(yè)的快速發(fā)展也給一些天文愛好者帶來了新的契機(jī)。據(jù)考證，天文學(xué)在西方國(guó)度一直源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，在遙遠(yuǎn)的巴比倫王朝時(shí)期，這一行叫做占星。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，占星業(yè)也與時(shí)俱進(jìn)，成功過渡到天文學(xué)。在那個(gè)導(dǎo)航技術(shù)不是發(fā)達(dá)的歲月，為了摸清方向，不至于在茫茫大海喂魚，除了指南針之外，觀察星星的位置也是比較靠譜的手段之一。
但是存在一個(gè)問題。
測(cè)量星星的位置對(duì)計(jì)算精度的要求很高，在數(shù)學(xué)用語中，便是精確到小數(shù)點(diǎn)后多少位。當(dāng)時(shí)沒有計(jì)算機(jī)器，所以只能完全靠手工。要知道手工計(jì)算是件異常辛苦的事情，大數(shù)學(xué)家高斯曾經(jīng)為了求解幾個(gè)方程，眼睛都給算瞎了。
于是，具有浪漫主義情操的法國(guó)，同時(shí)作為當(dāng)時(shí)的航海強(qiáng)國(guó)之一，為了一勞永逸的解決這個(gè)問題，開始了一項(xiàng)前無古人的工作——人工編制《數(shù)學(xué)用表》。
這里不得不插一句，法國(guó)政府的想法是很好很先進(jìn)的。一旦《數(shù)學(xué)用表》編制完成，將來無論是誰進(jìn)行精確計(jì)算時(shí)，只要查看一下相關(guān)數(shù)據(jù)，就能得到結(jié)果。這有點(diǎn)類似于小學(xué)生的《乘法口訣表》，將十以內(nèi)的乘法計(jì)算結(jié)果都預(yù)先算出來，以后無論進(jìn)行多復(fù)雜的計(jì)算，都可以以此為基礎(chǔ)。
這項(xiàng)事業(yè)工程浩大，大量的數(shù)學(xué)家被召集起來，日夜不停地進(jìn)行手工計(jì)算（這不知道又算瞎多少人的眼睛）。不知過了多少年（沒有考證），一部含有17卷的大塊頭書稿終于面世。
按理說，像這種由法國(guó)政府卯足了勁，花費(fèi)了無數(shù)的財(cái)力物力弄出來的，集權(quán)威、專業(yè)為一身的數(shù)學(xué)巨著，內(nèi)容應(yīng)該是精確完備的，錯(cuò)誤應(yīng)該是極少的。
甚至應(yīng)該不會(huì)有錯(cuò)誤！
當(dāng)然法國(guó)政府也是這樣認(rèn)為的，為人類辦了這樣一件大事，實(shí)在是前無古人后無來者。于是，法國(guó)人開始了世界范圍內(nèi)的自我宣傳。
這個(gè)不宣傳還好，一宣傳問題就出來了。
事實(shí)證明，所有的浪漫主義，在現(xiàn)實(shí)面前，都是坑爹！
與法國(guó)交界的英格蘭，有一位牛人正在閱讀《數(shù)學(xué)用表》。當(dāng)他翻開第一頁，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)錯(cuò)誤，翻開第二頁時(shí)，又發(fā)現(xiàn)幾個(gè)錯(cuò)誤。牛人實(shí)在看不下去了，他將書扔到一邊，決定發(fā)明一臺(tái)“差分機(jī)”來解決這個(gè)問題。
什么是“差分機(jī)”？
首先我們要理解一下“差分”的意義。
“差分”就是把函數(shù)的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運(yùn)算，也就是用簡(jiǎn)單的加法代替其他計(jì)算。
舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我們計(jì)算6乘以8等于多少。
如果用手工計(jì)算。先背一下乘法口訣表——“六八四十八”，不到一秒鐘答案就出來了。
但是計(jì)算機(jī)的處理方式要比這個(gè)復(fù)雜得多。因?yàn)橛?jì)算機(jī)不懂乘法口訣表，它的所有運(yùn)算，都只能以加法來進(jìn)行。它計(jì)算6乘以8，需要翻譯成8個(gè)6相加，然后才能得出答案。
這就是所謂的差分計(jì)算。
同學(xué)們看到此處，想必會(huì)很迷糊，既然手工計(jì)算那么簡(jiǎn)單（背一下乘法表），差分計(jì)算那么復(fù)雜，那我們還要計(jì)算機(jī)做什么？
在回答這個(gè)問題之前，我們?cè)賮砜戳硗庖粋€(gè)例子，計(jì)算5976967798647837乘以5976967798647837的答案。
我們先進(jìn)行手工計(jì)算。首先要找張大大的草稿紙，然后預(yù)備好公式，接著進(jìn)行個(gè)位對(duì)個(gè)位、十位對(duì)十位、百位對(duì)百位等之類的計(jì)算，并要時(shí)不時(shí)進(jìn)行添位、補(bǔ)差等操作，等結(jié)果計(jì)算出來，就會(huì)產(chǎn)生金星直冒、渾身乏力等各種計(jì)算綜合癥。而且，還不能保證答案是正確的！
這時(shí)候計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性就充分的體現(xiàn)出來了。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只懂差分計(jì)算，所以它還是將這個(gè)翻譯成5976967798647837個(gè)5976967798647837相加，因?yàn)樗俣确浅？?#xff0c;可能在不到千分之一秒的時(shí)間，答案就出來了。最重要的是，它還能保證答案是正確無誤的。
“差分”的思想是計(jì)算機(jī)里程中一項(xiàng)很了不起的發(fā)明，從此以后，任何復(fù)雜的運(yùn)算都可以用“差分”的思想在計(jì)算機(jī)中加以解決。
但是在當(dāng)時(shí)，這是一條無人敢攀巖的崎嶇險(xiǎn)路。干這個(gè)事，能干成的概率很小，而干不成導(dǎo)致身敗名裂的概率很大。
這幾乎是當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)家們的一致認(rèn)識(shí)！
但牛人不在乎這些，毅然地要踏上這條艱難卓絕的路。
即便毫無結(jié)果，我也愿意窮盡一生來完成這件事。
這個(gè)牛人名字叫巴貝奇，英國(guó)人，銀行家之子。
還在孩童時(shí)期，巴貝奇就開始了傳奇的一生。傳奇的另一個(gè)說法就是不太正常，因?yàn)榘拓惼娲藭r(shí)的表現(xiàn)確實(shí)跟別的孩子不大一樣：當(dāng)孩子們?cè)谕婺喟痛驈椙虻臅r(shí)候，他開始閱讀數(shù)學(xué)書籍；當(dāng)孩子們開始學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的時(shí)候，他的數(shù)學(xué)造詣，早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了小伙伴們，甚至連成人都自愧不如。
巴貝奇毫無懸念地被劍橋大學(xué)錄取，進(jìn)入數(shù)學(xué)系學(xué)習(xí)。這個(gè)時(shí)候，他很驚異的發(fā)現(xiàn)，自己的數(shù)學(xué)水平甚至超越了那些授課的老師。
這樣以來，劍橋的老師們都很不好意思，不得不給了他一個(gè)榮譽(yù)，讓他擔(dān)任劍橋大學(xué)“路卡辛講座”的數(shù)學(xué)教授。在這里我要交代一下這個(gè)頭銜，否則諸位完全不能體會(huì)它的牛逼之處。首先，這是劍橋大學(xué)一個(gè)獨(dú)一無二的頭銜。其次，在歷史上能得到這個(gè)頭銜的人數(shù)極少，掰掰手指頭都能數(shù)出來，牛頓是一位，牛頓的老師伊薩克?巴羅（也是大數(shù)學(xué)家）也是一位，而巴貝奇則是第三位。
在教學(xué)之余，巴貝奇還將發(fā)明創(chuàng)造的余熱應(yīng)用到實(shí)際生活中，率先運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)理論提出“一便士郵資”制度，還發(fā)明了供火車使用的速度計(jì)和排障器等等，是理論聯(lián)系實(shí)際的優(yōu)秀實(shí)踐者。
在巴貝奇剛滿20歲那年，法國(guó)政府一本蹩腳的《數(shù)學(xué)用表》將巴貝奇帶上了“差分機(jī)”研制的道理。這是一件極為復(fù)雜且工程浩大的項(xiàng)目，即便天才如巴貝奇，也整整花了十年的時(shí)間。
成功了！
當(dāng)巴貝奇三十歲的 時(shí)候，第一臺(tái)“差分機(jī)”成功面世，這臺(tái)機(jī)器能夠?qū)⒂?jì)算精度提高到8位數(shù)。就此而言，巴貝奇一不小心就干了件前無古人的大事。
如果巴貝奇的人生到此為止，那么將是十分完美的。“路卡辛講座”教授，“差分機(jī)”發(fā)明者，其中任何一項(xiàng)，都足以讓他名列當(dāng)世一流科學(xué)家之列。
但這僅僅是如果。
因?yàn)橐粋€(gè)純粹的科學(xué)家，必然會(huì)用他的一生，走在追求真理的路上！
而巴貝奇恰好就是一個(gè)純粹的科學(xué)家。
巴貝奇并沒有滿足只能精確到8位數(shù)的“差分機(jī)”，在他的心中，還有一個(gè)更偉大的夢(mèng)想，就是要制造一臺(tái)20位精度的“差分機(jī)”。
在純機(jī)械計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)20位精度的計(jì)算，這是常人想都不敢想的事情。但是在巴貝奇心中，早就為如何實(shí)現(xiàn)這臺(tái)機(jī)器琢磨了上千次，已經(jīng)清晰的設(shè)想出一套完整的方案。
而現(xiàn)在要做的事情，僅僅只是需要將心中的方案變成現(xiàn)實(shí)的機(jī)器而已。
當(dāng)然，要干這件事，錢是必須的，而且是要有大筆的錢。
憑借巴貝奇的名氣，英國(guó)政府很愉悅的給他投資了1.7萬英鎊，在加上巴貝奇自己1.3萬英鎊的積蓄，總共湊了3萬英鎊的研發(fā)費(fèi)用。這是一筆接近天文數(shù)字的巨大財(cái)富，因?yàn)楫?dāng)時(shí)制造一臺(tái)蒸汽機(jī)的花費(fèi)也不過七百英鎊。
心中有方案，手里也有錢，事情想干不成都難，于是巴貝奇信心滿滿地開始了第二代“差分機(jī)”的研發(fā)。但是估計(jì)誰都沒料到，這件事情干了將近50年，一直到巴貝奇臨終之際，也沒能完成。
因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，這是一項(xiàng)不可能完成的研制。
學(xué)過物理的同學(xué)都知道，我們?cè)跍y(cè)量一個(gè)物體的長(zhǎng)度時(shí)，一般只需精確到毫米也就足夠了，因?yàn)榫仍酱?#xff0c;難度也越大。
從厘米到毫米，毫不費(fèi)力就可以辦到；
從毫米到微米，則需要花費(fèi)一番功夫；
微米精確到納米，差不多要科學(xué)家才測(cè)得出來；
而測(cè)量納米之后的精度，估計(jì)只有神仙才辦得到。
因?yàn)?#xff0c;精度越大的測(cè)量，不僅需要足夠精確的工具，有的時(shí)候還需要行之有效的方法。
在巴貝奇設(shè)想的方案中，機(jī)械計(jì)算機(jī)的高精確率，實(shí)際上是建立在高精準(zhǔn)的零件之上。這臺(tái)機(jī)器大概需要25000個(gè)零件，而且每個(gè)零件的誤差不能超過千分之一英寸。
按照1英寸等于0.0254米來計(jì)算，千分之一英寸大概是2.54微米，如此細(xì)微的誤差，即便以今日的工藝水準(zhǔn)，也不是輕易能做到。而在那個(gè)年代，則是無論如何也做不到。
如果每個(gè)零件的誤差無法控制，那么整臺(tái)機(jī)器的精度也就無從談起了。如此一來，巴貝奇先生的夢(mèng)想那就永遠(yuǎn)只能是夢(mèng)想了。
現(xiàn)實(shí)的工藝水平滿足不了超前的設(shè)計(jì)方案，這就是研發(fā)第二代“差分機(jī)”的主要矛盾，巴貝奇處于并將長(zhǎng)期處于這個(gè)矛盾當(dāng)中。
巴貝奇嘔心瀝血的研究了十年，依然沒有解決這個(gè)矛盾，所以整個(gè)工程毫無進(jìn)展。而當(dāng)年一起參加的同事也開始覺得希望渺茫，于是紛紛離他而去。
作為總負(fù)責(zé)人，巴貝奇并沒有任何動(dòng)搖。
設(shè)計(jì)師走了沒關(guān)系，我自己也能畫圖紙！
沒有組裝工人也沒關(guān)系，那我就掄起袖子自己上！
缺乏財(cái)務(wù)管理人員更沒關(guān)系，反正也沒剩下多少錢了！
什么，零件加工員也不干了？
……
沒關(guān)系，即便是只剩下我一個(gè)人，也要干下去！
于是全能型選手巴貝奇身兼數(shù)職，又緊鑼密鼓的干了十年。
終于有一天，他看著滿地零落的零件，長(zhǎng)長(zhǎng)地嘆了一口氣。這一次，他或許感到無力回天了。
就當(dāng)巴貝奇要放棄的時(shí)候，有一位數(shù)學(xué)奇女子來到了他的身邊，令他一顆原本絕望的心，再一次死灰復(fù)燃起來。
在這位奇女子的鼓勵(lì)和幫助下，巴貝奇與她開始了親密的合作。這一次，巴貝奇卯足了勁又弄了十年，依然是離成功遙不可及。而在此期間，這位奇女子也因?yàn)樾牧淮?#xff0c;不幸離世了。
但是在這段時(shí)間，兩人的不懈努力也為后人研究出大量的成果。奇女子精心為計(jì)算機(jī)編制了程序，用來計(jì)算三角函數(shù)、級(jí)數(shù)相乘、伯努利函數(shù)等。這些程序的算法邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，流傳至今也沒有人敢輕易的更改其中任何一條指令。
這位數(shù)學(xué)奇女子也被公認(rèn)為歷史上的第一位軟件工程師，她的名字叫阿達(dá)。
很多年之后，美國(guó)國(guó)防部花了20年時(shí)間和250億美元，才將阿達(dá)當(dāng)初所編寫的那些功能全部融入到一種計(jì)算機(jī)語言中。
這就是聞名天下的Ada（阿達(dá)）語言，也是我國(guó)軍方的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。
阿達(dá)去世后，巴貝奇又默默的獨(dú)自堅(jiān)持了20年。
1871年，巴貝奇離開了這個(gè)讓他既恨又愛的塵世。
30多種不同的“差分機(jī)”設(shè)計(jì)方案、2000多張組裝圖和50000張零件圖，是巴貝奇在這個(gè)塵世中奮斗過的證據(jù)。
在這里，他曾得到了世間少有的贊譽(yù)；但同時(shí)在這里，他也曾飽受過所有人的譏笑、嘲諷，甚至是被人當(dāng)成騙子。
但這一切都巴貝奇而言都不重要。
“此心光明，亦復(fù)何言。”是千古奇人王陽明最后臨終前，留下的一句遺言。通俗的翻譯就是，我這一顆心從來不曾妥協(xié)，也無需任何解釋。
我雖然不知道巴貝奇離開這個(gè)世界的時(shí)候想對(duì)這個(gè)世界說些什么，是憎恨、是厭惡、還是喜愛、留戀。但是我想他更多的應(yīng)該是對(duì)這個(gè)世界的感謝——謝謝給了我這個(gè)機(jī)會(huì)，讓我做自己想做的事。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的巴贝奇的困境 by: 天涯ID--先生会算命V1的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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