艾達·洛夫萊斯日紀念“第一位計算機程式設計師”

科學家們紀念一位19世紀的遠見卓識者——以及所有在科學、工程和數學領域取得成就的女性

Ada Lovelace

艾達·洛夫萊斯,約1840年。

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今天有人看到“分析機”,可能會認為它是某種怪異汽車的機械系統的一部分,或者是一種晦澀的電報機或某種古怪的樂器。我們可能不會將這堆別針和齒輪識別為世界上第一臺計算機。雖然從未完成一個工作模型,但英國數學家查爾斯·巴貝奇於1837年首次描述的設計卻非同尋常。它與現代計算機有相似之處,例如它的“磨坊”——我們現在稱之為中央處理單元。

當時,有一個好奇且富有想象力的人認識到這臺奇怪機器作為概念的潛力。1843年,自學成才的數學家艾達·洛夫萊斯發表了一篇論文,詳細介紹了分析機的工作原理,並思考了她想象它可能執行的各種深遠任務。透過她對這臺計算機器的註釋,她被廣泛認為對計算機科學領域做出了巨大貢獻,現在是女性科學家的鼓舞人心的象徵。2009年,總部位於倫敦的非營利組織開放權利組織的前執行董事蘇·查曼-安德森將10月的第二個星期二(一個隨意選擇的日期)定為艾達·洛夫萊斯日,以慶祝女性在數學、科學和工程領域的成就。

洛夫萊斯的一生短暫但意義重大。她於1815年出生於一個著名的貴族家庭,最初因是英國詩人拜倫勳爵的女兒而聞名——拜倫勳爵稱洛夫萊斯的母親安娜貝拉·拜倫為“平行四邊形公主”,因為她熱愛數學。他們的婚姻很短暫,當洛夫萊斯還是個嬰兒時,拜倫勳爵就從他們的生活中消失了。安娜貝拉害怕艾達會發展出她父親不切實際的浪漫主義,禁止她的女兒閱讀拜倫勳爵的詩歌,而是讓她的孩子沉浸在數學中。


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它奏效了。她長大後埋頭讀書,學習和質疑代數和幾何,並對機械錶現出越來越濃厚的興趣。17歲時,她和母親參加了一個活動,在那裡洛夫萊斯第一次遇到了巴貝奇。他正在演示他的“差分機”的原型,它是分析機的一個更簡單的先驅。該原型旨在根據公式計算值,從而減少建立表格所需的手工勞動。這個想法激發了洛夫萊斯對機械的迷戀,她開始著手瞭解關於差分機的一切。在她成年後,她有幾位導師,包括數學家奧古斯都·德摩根,他在1840年和1841年透過63封信的交流輔導她。德摩根耐心而友善,回答了困擾洛夫萊斯的問題,填補了她數學知識中的空白。在給安娜貝拉的一封信中,他指出了這位年輕數學家非凡的“思考能力”,說這“對於任何初學者,無論男女,都完全超出了常規”。

這些交流為2017年8月發表在《數學史》上的一篇論文提供了素材,該論文提供了洛夫萊斯數學才能的證據,並反駁了一些歷史學家的說法,即她的故事可能被過度炒作了,並且她可能沒有足夠的數學知識來寫她關於分析機的論文中的註釋——這是她最著名的壯舉。

1843年,艾達翻譯了一篇關於巴貝奇機器的法語論文——包括她的註釋,這些註釋幾乎是論文字身的兩倍長。其中包括對機器工作原理的詳細描述,包括如何使用紙穿孔卡來調整機器的設定。洛夫萊斯還專注於使用該裝置創作音樂的可能性。這些註釋繼續展示了這種計算器如何能夠計算出一系列在高等算術中經常出現的數字,稱為伯努利數——一些人可能稱之為世界上第一個計算機程式。她的見解讓巴貝奇震驚。在寫給他的朋友和英國科學家邁克爾·法拉第的一封信中,他稱她為“那位女巫,她將她的魔法咒語施加在最抽象的科學上,並以(至少在我們國家)少數男性才智所能施加的力量掌握了它。”

弗吉尼亞州倫道夫-梅肯學院的數學教授阿德里安·賴斯和他在牛津大學的同事們去年在牛津的博德利圖書館花了很長時間,仔細研讀並重新整理了洛夫萊斯和德摩根之間的信件。他們得出了一些關於她數學優勢的結論,例如她傾向於對概念進行敏銳的觀察,以及她對後來被證明是正確的想法的預測。研究人員表示,在她與德摩根的通訊結束時,她已經達到了大學水平的數學理解,她的老師已經在向她介紹開放式的抽象問題。“許多人認為艾達的成就被誇大了,因為他們認為她不可能寫出這些東西,因為她沒有足夠的數學知識,”賴斯說。“那麼我們在論文中展示的是,是的,她確實有足夠的數學知識——她絕對可以做到。”賴斯補充說,他認為她更多的是世界上第一個“除錯員”,而不是世界上第一個計算機程式設計師:例如,她發現巴貝奇在他的計算中犯了一個很大的錯誤,這反映了她在與德摩根的通訊中質疑和發現數學查詢中錯誤的態度。

洛夫萊斯在36歲時去世,但科學界一直延續著她的遺產。在她去世10年後,1862年,《大眾科學》發表了倫敦《泰晤士報》的一篇摘錄,其中描述了一個機器展覽,其中一臺可能是半成品分析機。上面寫著:“這是巴貝奇先生的偉大的計算機器,它將進行平方運算並計算出七位數的對數。正是已故的洛夫萊斯夫人(拜倫勳爵的女兒)對這項發明的描述,導致斯德哥爾摩的謝茨先生對此進行了改進,使其不僅能夠計算表格,還能列印結果。”

洛夫萊斯逐漸成為所有身處或渴望加入科學瘋狂旋渦中的女性的先驅象徵。每年10月的第二個星期二不僅是對她的認可,也是對歷史上所有被遺忘或被忽視——或從未被發現——的女性的認可。

Yasemin Saplakoglu is a staff writer at Live Science, covering health, neuroscience and biology. Her work has appeared in 大眾科學, Science and the San Jose Mercury News. She has a bachelor's degree in biomedical engineering from the University of Connecticut and a graduate certificate in science communication from the University of California, Santa Cruz.

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