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他的決賽入圍年份: 1977
他的決賽入圍專案:計算根據數字屬性壓縮數字序列所需的步驟數
專案緣起:紐約長島本地人吉姆·普羅普小時候,他的父母帶家人開車穿越以色列。普羅普在後座感到無聊,開始透過統計(英文)路標上出現的字母來打發時間。他會寫下每個字母在短語中出現的次數。例如,“Right turn only”(僅右轉)包含字母 G、H、I、L、N、O、R、T、U、Y,序列為 1-1-1-1-2-1-2-2-1-1。然後他會用這個序列玩另一輪遊戲,將其壓縮為 7-3(因為 1 出現 7 次,2 出現 3 次)。然後它被壓縮為 1-1,每個數字出現一次。然後,它又被壓縮為 2。他不斷地用不同的標誌做這件事,看看需要多少輪才能得到一個單一的條目。
“這是一件很傻的事情,但它打發了時間,”他說。正如數學中經常發生的那樣,“你一開始只是在看一些東西,然後它就變得內在有趣了。你想理解它。”因此,多年來,他試圖弄清楚這個遊戲的有趣屬性——例如,仍然需要五輪才能得到一個單一條目的最短訊息是什麼?而且,如果您使用無限序列而不是有限序列玩這個遊戲,會發生什麼?
後來他了解到,其他數學家也思考過類似的問題(儘管可能不是在他們父母汽車的後座上)。“當我發現我不是第一個想出這個遊戲的人時,我有點失望,”他說。但他們的發現幫助他更好地理解了他的遊戲背後的理論。當他帶著他的作品參加 1977 年西屋科學天才獎時,他獲得了總成績第二名。
對他的職業生涯的影響:獲得如此高的名次幫助普羅普決定繼續學習數學。這是一個艱難的決定,因為“很長一段時間我真的很喜歡音樂——我仍然非常喜歡音樂。”特別是,他喜歡作曲,並想創作音樂喜劇。但後來他意識到,“學術數學職業對各個層次成就的人都更加寬容。”至於作曲家,“除非你真的非常擅長,否則我認為你會過上不太幸福的生活。”
普羅普在哈佛大學主修數學,然後在加州大學伯克利分校獲得博士學位。他最初研究的是更深奧的主題,但後來,作為麻省理工學院和威斯康星大學麥迪遜分校的教授,他“回到了我的初戀,即組合數學”,這是數學的一個分支,研究如何組合一定數量的物體,例如從 52 張牌的牌組中可以抽出多少種五張牌的組合。“這只是你可以幾乎以玩樂的精神來思考的東西。”
例如,他一些最著名的工作著眼於一個稱為“多米諾骨牌平鋪”的概念,特別是稱為阿茲特克鑽石的形狀。想象一個正方形以其角落在網格上平衡,邊緣看起來像樓梯。現在想象一下嘗試用兩平方的多米諾骨牌覆蓋這個菱形。在所謂的“北極圈定理”中,普羅普表明,隨著菱形的大小和多米諾骨牌的數量接近無窮大,多米諾骨牌傾向於在角落非常整齊地排列;中心是隨機的。中心隨機性的空間實際上是這個菱形內部的一個完美圓圈。“這是一種很容易讓本科生對組合數學感興趣的東西,”達特茅斯學院數學教授彼得·溫克勒說。“吉姆·普羅普在這方面真的很出色。”
事實上,亨利·科恩,現在是微軟的研究員,他在 1990 年代初在麻省理工學院讀本科時認識了普羅普,他回憶說,他在一次演講中看到了北極圈定理,“那是我見過的最令人驚奇的事情之一。”
溫克勒還指出,“普羅普在幫助人們理解如何隨機抽樣方面做了出色的工作。”從一堆資料點中提出一個完全隨機的樣本並非易事,但他的某些工作已經研究了研究人員可能如何生成這樣的集合。
他現在在做什麼:在威斯康星州度過了多年之後,普羅普和他的妻子,一位研究心理學家,決定他們想搬回東海岸。他在馬薩諸塞大學洛厄爾分校找到了一份工作。這對夫婦在此過程中又做出了一個重大的生活方式改變——他們在兩年前有了一個兒子,幾周前有了一個女兒。
兩人都在接受早期的數學教育;最近,當普羅普抱著他的女兒時,他開始在櫃檯上移動葡萄,這與他目前正在思考的一個組合數學問題有關。(“沒有多少數學分支可以在安慰一個月大的嬰兒的同時,透過在櫃檯上移動葡萄來玩耍,”他指出。)
他的兒子也像他一樣表現出早期的數學傾向。不久前,當普羅普給他讀書時,他告訴兒子從書架上拿四本書,孩子很快就拿了。然後他宣佈“五本書!”又拿出一本。“我簡直驚呆了,”普羅普說。今年春天,當他計劃休假一個學期,做一段時間的全職爸爸時,他將有更多機會觀察這些正在成長的數學家。“我非常興奮,”他說,他的兒子也是如此,最近一個早上,當普羅普正要出門上班時,他的兒子大喊“不要教微積分!留下來!”