高中閱讀指導目錄《計算機與人腦》導讀素材

高中閱讀指導目錄《計算機與人腦》導讀素材《計算機與人腦》

作者簡介

[美]馮·諾伊曼（JohnvonNeumann，1903—1957），20世紀的天才之一，在諸多領域有杰出建樹，被譽為“博弈論之父"和“計算機之父”?！恫┺恼撆c經(jīng)濟行為》《計算機與人腦》為其代表作。

內容提要

《計算機與人腦》是20世紀的天才之一，在諸多領域有杰出建樹，被譽為“博弈論之父"和“計算機之父”馮·諾伊曼的經(jīng)典著作。本書為中學生量身打造，分為上篇、中篇和下篇三部分。上篇為閱讀指導，由研究員胡作玄撰寫，深入淺出地介紹了馮·諾伊曼的生平、《計算機與人腦》的主要內容、馮·諾伊曼的科學貢獻，并為學生提供切實的閱讀建議。中篇《計算機與人腦》原著全譯本，由管理學家、北京大學兼職教授甘子玉翻譯，將這部關于計算機與人腦的革命性著作的精華全本呈現(xiàn)。下篇為學習資源，包括擴展閱讀、數(shù)字課程、思考題、閱讀筆記。名譯，名家導讀，配備優(yōu)質融媒體學習資源，有助于中學生好地閱讀經(jīng)典、理解經(jīng)典、感受經(jīng)典魅力。

全書從數(shù)學的角度解析了計算機與人腦神經(jīng)系統(tǒng)的關系?？煞譃閮纱蟛糠?。

第一部分探討計算機系統(tǒng)的原理與應用，將計算機分為兩大類：“模擬"計算機，“數(shù)字”計算機。

概述了“模擬"計算機和“數(shù)字”計算機的一些最基本的設計思想和理論基礎，探討其中的若干問題，并對這兩類計算機的特征及相互比較加以評述。

第二部分是對計算機與人類神經(jīng)系統(tǒng)的比較分析，主要闡述“人造的自動機"（計算機）和“天然的自動機”（人腦）之間的相似點與不同點。

從數(shù)學的角度，主要是從邏輯和統(tǒng)計數(shù)學的角度，討論了神經(jīng)系統(tǒng)的刺激反應和記憶等問題，提出神經(jīng)系統(tǒng)具有數(shù)字部分和模擬部分兩方面的特征，探討了神經(jīng)系統(tǒng)的控制及邏輯結構。

認為人腦的“邏輯深度"和“算術深度”都比計算機小得多，但有許多現(xiàn)代計算機所不能比擬的優(yōu)越性。

經(jīng)過深入探討和分析比較，認為人腦和計算機，無論在控制或邏輯結構上，都有巨大區(qū)別。

精彩片段

《計算機與人腦》的思想和方法數(shù)學與系統(tǒng)科學研究院研究員胡作玄《計算機與人腦》是在馮·諾伊曼去世后于1958年出版的。這本來是他為耶魯大學西利曼講座（SillimanLectures）準備的講稿，講演原定在1956年春天舉行，但由于馮·諾伊曼在1955年10月被查出患有癌癥，未能去講演，講稿也沒有寫完。但單就現(xiàn)存的這兩部分，已經(jīng)可以看出馮·諾伊曼對這個問題的關注以及他的一些想法。

其實，馮·諾伊曼考慮的問題可以追溯到很久以前，其中涉及許多至今未能很好解決的基本問題：——大腦是如何工作的？——機器能否有思維？在計算機已經(jīng)普及的，把電子計算機（常常形象地譯成電腦）與人腦進行比較也是十分自然的事：——機器能思考嗎？也就是它是否自動產(chǎn)生思想？——是否有朝一日，機器的智能會超過人類？這里面當然還牽涉到深入的問題，例如，人類大腦能否進化？人腦與電腦能否耦合，使人腦聰明，等等。

馮·諾伊曼在考慮這些問題時，并沒有把自己局限于大腦乃至神經(jīng)系統(tǒng)之中，他考慮問題的范圍還包括“什么是生命"生命的本質是什么”“生命是如何運作的"能否用機器模擬生命”等問題。他的一些研究成果可散見于他的著作手稿和信件之中。

一、主要思想

馮·諾伊曼的《計算機與人腦》篇幅不大，但思想豐富，對后來的理論與實踐產(chǎn)生了不可忽視的影響。

1給研究像生物體以及神經(jīng)網(wǎng)絡這種復雜的對象提供了一種全新的研究方法馮·諾伊曼在引言中明確地提出“本書是從數(shù)學家的角度去理解神經(jīng)系統(tǒng)的一個探討”。我們必須看到，這種探討方法與傳統(tǒng)方法根本不同。在物理學中，我們十分熟悉的方法是對所研究的物理系統(tǒng)，建立一個理想化的模型，這個模型在可處理的情況下，可以得出各種物理量之間的關系，這些關系通常用微分方程來表示。這樣所需要的結果都可以通過求解這些方程得到。要知道，這種方法獲得了的成功。牛頓力學、麥克斯韋電磁理論乃至愛因斯坦的相對論與量子物理學都是這樣。從理論的角度來看，問題到此已大功告成，剩下的是數(shù)學家的事了。然而，數(shù)學家也不能解決所有的方程，特別是非線性方程，例如馮·諾伊曼多次提到的流體力學方程。而務實的科學家還是需要得到具體的結果，他們對那些滿足于抽象化的專門數(shù)學家不以為然。1940年，空氣動力學家馮·卡門（TheodorevonKarman，1881—1963）寫了一篇長文《科學家同非線性問題奮力拼博》。馮·諾伊曼是務實的數(shù)學家，他給出了解決問題的新方向——計算機。另一方面，一些像馮·諾伊曼那樣既能搞理論，又能搞應用和計算的數(shù)學家（如拉克斯）也解決了一系列非線性問題，個得到解決的是淺水波方程（即KdV方程）。

對于復雜的現(xiàn)象，例如生物學中的問題，也有人用物理學的方式去研究，的確也產(chǎn)生了少量的微分方程。但是，這些模型不是過于簡單，就是無法求解。而且這種嚴格的、的數(shù)學不大適合研究不那么的生命現(xiàn)象。這樣，馮·諾伊曼采用模擬的方法并用已經(jīng)大量存在的計算機及數(shù)學模型來應對這種復雜的生命現(xiàn)象，看看是否合適。如果合適，由于對計算機以及數(shù)學模型的了解，自然就對要研究的生命現(xiàn)象有所認知了。

從復雜的神經(jīng)系統(tǒng)看來，我們造出的數(shù)字計