Сделавший важный вклад в квантовую физику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки. Наиболее известен как праотец современной архитектуры компьютеров (так называемая архитектура фон Неймана), применением теории операторов к квантовой механике (см. Алгебра фон Неймана), а также как участник Манхэттенского проекта и как создатель теории игр и концепции клеточных автоматов.

Биография

Джон Нейман родился в Будапеште, бывшем в те времена городом Австро-Венгерской империи. Он был старшим из трёх сыновей в семье преуспевающего будапештского банкира Макса Неймана и Маргарет Кэнн. Янош, или просто «Янси», был необыкновенно одарённым ребёнком. Уже в 6 лет он мог разделить в уме два восьмизначных числа и беседовать с отцом на древнегреческом. Янош всегда интересовался математикой, природой чисел и логикой окружающего мира. В восемь лет он уже хорошо разбирался в математическом анализе. Говорят, Янош всегда брал с собой две книги в туалет, опасаясь, что окончит чтение одной из них раньше завершения отправления естественных надобностей.

В 1911 году он поступил в Лютеранскую Гимназию.

В 1913 году его отец получил дворянский титул, и Янош вместе с австрийским и венгерским символами знатности - приставками фон (von) к австрийской фамилии и титулом Маргиттаи (Margittai) в венгерском именовании - стал называться Янош фон Нейман или Нейманом Маргиттаи Янош Лайос. Во время преподавания в Берлине и Гамбурге его называли Иоганном фон Нейманом. Позже, после переселения в 1930-х годах в США, его имя на английский манер изменилось на Джон.

Фон Нейман в 23 года получил степень доктора философии по математике (с элементами экспериментальной физики и химии) в университете Будапешта. Одновременно он изучал химическую инженерию в швейцарском Цюрихе (Макс фон Нейман полагал профессию математика недостаточной для того, чтобы обеспечить надёжное будущее сына).

С 1926 по 1930 годы Джон фон Нейман был приват-доцентом в Берлине.

В 1930 году фон Нейман был приглашен на преподавательскую должность в американский Принстонский университет.

В 1937 году фон Нейман стал полноправным гражданином США. В 1938 он был награждён премией имени М. Бохера за свои работы в области анализа.

В 1957 году фон Нейман заболел раком кости, возможно, вызванным радиоактивным облучением при исследовании атомной бомбы в Тихом океане или, может быть, при последующей работе в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико (его коллега, пионер ядерных исследований Энрико Ферми, умер от рака кости в 1954 году). Через несколько месяцев после постановки диагноза фон Нейман умер в тяжёлых мучениях. Рак также поразил его мозг, практически лишив его возможности мыслить. Когда он лежал при смерти в госпитале Вальтера Рида, он шокировал своих друзей и знакомых просьбой поговорить с католическим священником.

1.Теория игр - математический метод изучения оптимальных стратегий в играх. Под игрой понимается процесс, в котором участвуют две и более сторон, ведущих борьбу за реализацию своих интересов. Каждая из сторон имеет свою цель и использует некоторую стратегию, которая может вести к выигрышу или проигрышу - в зависимости от поведения других игроков. Теория игр помогает выбрать лучшие стратегии с учётом представлений о других участниках, их ресурсах и их возможных поступках.

2.Теория игр - это раздел прикладной математики, точнее - исследования операций. Чаще всего методы теории игр находят применение в экономике, чуть реже в других общественных науках - социологии, политологии, психологии, этике и других.

Математическая теория игр берёт своё начало из неоклассической экономики. Впервые математические аспекты и приложения теории были изложены в классической книге 1944 года Джона фон Неймана и Оскара Моргенштерна «Теория игр и экономическое поведение».

Идею подсказала фон Нейману игра в покер, которой он иногда отдавал свое время отдыха. Сообщают, что он не был особо хорошим игроком. Как видим, однако, никому из тех, кто его обыгрывал, идея в голову не пришла. Покер отличается от многих других игр тем , что игроку приходится делать догадки о том, как другие игроки реагируют на его поведение, а также блефовать – стараться обмануть соперников относительно своих намерений в игре. То же самое относится и к каждому из соперников.

Труды Неймана оказали влияние на экономическую науку. Ученый стал одним из создателей теории игр – области математики, которая занимается изучением ситуаций, связанных с принятием оптимальных решений. Приложение теории игр к решению экономических задач оказалось не менее значимым, чем сама теория. Результаты этих исследований были опубликованы в работе Теория игр и экономическое поведение (The Theory of Games and Economic Behavior, совместно с экономистом О.Моргенштерном, 1944). Третья область науки, на которую оказало влияние творчество Неймана, стала теория вычислительных машин и аксиоматическая теория автоматов. Настоящим памятником его достижениям являются сами компьютеры, принципы действия которых были разработаны именно Нейманом (отчасти в совместно с Г.Голдстайном).

Основные положения теории игр

Ознакомимся с основными понятиями теории игр . Математическая модель конфликтной ситуации называется игрой, стороны, участвующие в конфликте - игроками. Чтобы описать игру, необходимо сначала выявить ее участников (игроков). Это условие легко выполнимо, когда речь идет об обычных играх типа шахмат и т.п. Иначе обстоит дело с "рыночными играми". Здесь не всегда просто распознать всех игроков, т.е. действующих или потенциальных конкурентов. Практика показывает, что не обязательно идентифицировать всех игроков, надо обнаружить наиболее важных. Выбор и осуществление одного из предусмотренных правилами действий называется ходом игрока. Ходы могут быть личными и случайными. Личный ход - это сознательный выбор игроком одного из возможных действий (например, ход в шахматной игре). Случайный ход - это случайно выбранное действие (например, выбор карты из перетасованной колоды). Действия могут быть связаны с ценами, объемами продаж, затратами на научные исследования и разработки и т.д. Периоды, в течение которых игроки делают свои ходы, называются этапами игры. Выбранные на каждом этапе ходы в конечном счете определяют"платежи " (выигрыш или убыток) каждого игрока, которые могут выражаться в материальных ценностях или деньгах. Еще одним понятием данной теории является стратегия игрока. Стратегией игрока называется совокупность правил, определяющих выбор его действия при каждом личном ходе в зависимости от сложившейся ситуации. Обычно в процессе игры при каждом личном ходе игрок делает выбор в зависимости от конкретной ситуации. Однако в принципе возможно, что все решения приняты игроком заранее (в ответ на любую сложившуюся ситуацию). Это означает, что игрок выбрал определённую стратегию, которая может быть задана в виде списка правил или программы. (Так можно осуществить игру с помощью ЭВМ).

Игра называется парной , если в ней участвуют два игрока , и множественной , если число игроков больше двух.

Для каждой формализованной игры вводятся правила, т.е. система условий, определяющая: 1) варианты действий игроков; 2) объём информации каждого игрока о поведении партнёров; 3) выигрыш, к которому приводит каждая совокупность действий. Как правило, выигрыш (или проигрыш) может быть задан количественно; например, можно оценить проигрыш нулём, выигрыш - единицей, а ничью - ½. Игра называется игрой с нулевой суммой, или антагонистической, если выигрыш одного из игроков равен проигрышу другого, т. е. для полного задания игры достаточно указать величину одного из них. Если обозначить а - выигрыш одного из игроков, b - выигрыш другого, то для игры с нулевой суммой b = -а, поэтому достаточно рассматривать, например а. Игра называется конечной, если у каждого игрока имеется конечное число стратегий, и бесконечной - в противном случае. Для того чтобы решить игру, или найти решение игры , следует для каждого игрока выбрать стратегию, которая удовлетворяет условию оптимальности, т.е. один из игроков должен получать максимальный выигрыш , когда второй придерживается своей стратегии. В то же время второй игрок должен иметь минимальный проигрыш , если первый придерживается своей стратегии. Такие стратегии называются оптимальными . Оптимальные стратегии должны также удовлетворять условию устойчивости , т. е. любому из игроков должно быть невыгодно отказаться от своей стратегии в этой игре. Если игра повторяется достаточно много раз, то игроков может интересовать не выигрыш и проигрыш в каждой конкретной партии, а средний выигрыш (проигрыш) во всех партиях.

Целью теории игр является определение оптимальной стратегии для каждого игрока . При выборе оптимальной стратегии естественно предполагать, что оба игрока ведут себя разумно с точки зрения своих интересов.

Типы игр

Кооперативные и некооперативные . В одном допускаются стратегии вступать в коалицию. Это есть кооперативная игра (такие вещи допускаются, например, в преферансе, когда двое спасовавших открывают карты и объединяются против того, кто взял игру на себя). Во втором случае перед нами некооперативная игра (каждый только за себя, как обычно, хотя и не всегда, в покере.

Симметричные и несимметричные


А
Б

А
1, 2
0, 0

Б
0, 0
1, 2

Несимметричная игра

Игра будет симметричной тогда, когда соответствующие стратегии у игроков будут равны, то есть иметь одинаковые платежи. Иначе говоря, если игроки могут поменяться местами и при этом их выигрыши за одни и те же ходы не изменятся. Многие изучаемые игры для двух игроков - симметричные. В частности, таковыми являются: «Дилемма заключённого», «Охота на оленя». В примере справа игра на первый взгляд может показаться симметричной из-за похожих стратегий, но это не так - ведь выигрыш второго игрока при профилях стратегий (А, А) и (Б, Б) будет больше, чем у первого. Охота на оленя - кооперативная симметричная игра из теории игр , описывающая конфликт между личными интересами и общественными интересами. Игра была впервые описана Жан-Жаком Руссо в 1755 году:

" Если охотились на оленя, то каждый понимал, что для этого он обязан оставаться на своем посту; но если вблизи кого-либо из охотников пробегал заяц, то не приходилось сомневаться, что этот охотник без зазрения совести пустится за ним вдогонку и, настигнув добычу, весьма мало будет сокрушаться о том, что таким образом лишил добычи своих товарищей."

Охота на оленя - классический пример задачи обеспечения общественного блага при искушении человека поддаться своекорыстию. Должен ли охотник остаться с товарищами и сделать ставку на менее благоприятный случай доставить крупную добычу всему племени, либо покинуть товарищей и вверить себя более надежному случаю, сулящему его собственной семье зайца?

С нулевой суммой и с ненулевой суммой

Игры с нулевой суммой - особая разновидность игр с постоянной суммой, то есть таких, где игроки не могут увеличить или уменьшить имеющиеся ресурсы, или фонд игры. В этом случае сумма всех выигрышей равна сумме всех проигрышей при любом ходе. Посмотрите направо - числа означают платежи игрокам - и их сумма в каждой клетке равна нулю. Примерами таких игр может служить покер, где один выигрывает все ставки других; реверси, где захватываются фишки противника; либо банальное воровство .

Многие изучаемые математиками игры, в том числе уже упоминавшаяся «Дилемма заключённого», иного рода: в играх с ненулевой суммой выигрыш какого-то игрока не обязательно означает проигрыш другого, и наоборот. Исход такой игры может быть меньше или больше нуля. Такие игры могут быть преобразованы к нулевой сумме - это делается введением фиктивного игрока , который «присваивает себе» излишек или восполняет недостаток средств.

Ещё игрой с отличной от нуля суммой является торговля , где каждый участник извлекает выгоду. Сюда также относятся шашки и шахматы; в двух последних игрок может превратить свою рядовую фигуру в более сильную, получив преимущество. Во всех этих случаях сумма игры увеличивается. Широко известным примером, где она уменьшается, является война .

Параллельные и последовательные

В параллельных играх игроки ходят одновременно, или, по крайней мере, они не осведомлены о выборе других до тех пор, пока все не сделают свой ход. В последовательных, или динамических , играх участники могут делать ходы в заранее установленном либо случайном порядке , но при этом они получают некоторую информацию о предшествующих действиях других.

С полной или неполной информацией

Важное подмножество последовательных игр составляют игры с полной информацией. В такой игре участники знают все ходы, сделанные до текущего момента, равно как и возможные стратегии противников, что позволяет им в некоторой степени предсказать последующее развитие игры. Полная информация не доступна в параллельных играх, так как в них неизвестны текущие ходы противников. Большинство изучаемых в математике игр - с неполной информацией. Например, вся «соль» Дилеммы заключённого заключается в её неполноте.

Примеры игр с полной информацией: шахматы, шашки и другие. Известно, что фон Нейман считал свою теорию неприложимой к шахматам. Потому что теоретически, для каждой позиции в шахматной игре у каждого из игроков не только существует одна наилучшая стратегия, но она в принципе может быть просчитана обоими. Здесь нет места гаданию о том, каков будет ход противника, и нет места обману и блефу.

Часто понятие полной информации путают с похожим - совершенной информации . Для последнего достаточно лишь знание всех доступных противникам стратегий, знание всех их ходов необязательно.

Игры с бесконечным числом шагов

Игры в реальном мире или изучаемые в экономике игры, как правило, длятся конечное число ходов. Математика не так ограничена, и в частности, в теории множеств рассматриваются игры, способные продолжаться бесконечно долго. Причём победитель и его выигрыш не определены до окончания всех ходов.

Задача, которая обычно ставится в этом случае, состоит не в поиске оптимального решения, а в поиске хотя бы выигрышной стратегии.

Дискретные и непрерывные игры

Большинство изучаемых игр дискретны : в них конечное число игроков, ходов, событий, исходов и т. п. Однако эти составляющие могут быть расширены на множество вещественных чисел. Игры, включающие такие элементы, часто называются дифференциальными. Они связаны с какой-то вещественной шкалой (обычно - шкалой времени), хотя происходящие в них события могут быть дискретными по природе. Дифференциальные игры находят своё применение в технике и технологиях, физике.

Метаигры

Это такие игры, результатом которых является набор правил для другой игры (называемой целевой или игрой-объектом ). Цель метаигр - увеличить полезность выдаваемого набора правил.

Пример ы: Однажды Винни Пух с Пятачком пошли вместе охотиться на Слонопотама. Вырыли яму-ловушку, а в качестве приманки положили на дно горшок с медом. Ночью, однако, медвежонок почувствовал, что ему чего-то очень не хватает. Уговорив себя, что он только оближет немного меда , он пошел к яме и... съел всю приманку. Естественно, Слонопотам не явился к ловушке. В терминах теории игр, Винни Пух выбрал стратегию предать свою команду ради собственной выгоды и этим лишил всех игроков коллективного блага.

Классическая задача в теории иг р

Рассмотрим классическую задачу в теории игр.

Фундаментальная проблема в теории игр

Рассмотрим фундаментальную проблему в теории игр под названием Дилемма заключенного.

Дилемма заключённого - фундаментальная проблема в теории игр, согласно которой игроки не всегда будут сотрудничать друг с другом, даже если это в их интересах. Предполагается, что игрок («заключённый») максимизирует свой собственный выигрыш, не заботясь о выгоде других. Суть проблемы была сформулирована Мерилом Фладом и Мелвином Дрешером в 1950 году. Название дилемме дал математик Альберт Такер.

В дилемме заключённого предательство строго доминирует над сотрудничеством, поэтому единственное возможное равновесие - предательство обоих участников. Проще говоря, неважно, что сделает другой игрок, каждый выиграет больше, если предаст. Поскольку в любой ситуации предать выгоднее, чем сотрудничать, все рациональные игроки выберут предательство.

Ведя себя по отдельности рационально, вместе участники приходят к нерациональному решению: если оба предадут, они получат в сумме меньший выигрыш, чем если бы сотрудничали (единственное равновесие в этой игре не ведёт к Парето-оптимальному решению, т.е. решению, которое не может быть улучшено без ухудшения положения других элементов.). В этом и заключается дилемма.

В повторяющейся дилемме заключённого игра происходит периодически, и каждый игрок может «наказать» другого за несотрудничество ранее. В такой игре сотрудничество может стать равновесием, а стимул предать может перевешиваться угрозой наказания.

Классическая дилемма заключённого

Во всех судебных системах кара за бандитизм (совершение преступлений в составе организованной группы) намного тяжелее, чем за те же преступления, совершённые в одиночку (отсюда альтернативное название - «дилемма бандита»).

Классическая формулировка дилеммы заключённого такова:

Двое преступников, А и Б, попались примерно в одно и то же время на сходных преступлениях. Есть основания полагать, что они действовали по сговору, и полиция, изолировав их друг от друга, предлагает им одну и ту же сделку: если один свидетельствует против другого, а тот хранит молчание, то первый освобождается за помощь следствию, а второй получает максимальный срок лишения свободы (10 лет)(20 лет). Если оба молчат, их деяние проходит по более лёгкой статье, и они приговариваются к 6 месяцам(1 год). Если оба свидетельствуют против друг друга, они получают минимальный срок (по 2 года)(5 лет). Каждый заключённый выбирает, молчать или свидетельствовать против другого. Однако ни один из них не знает точно , что сделает другой. Что произойдёт?

Игру можно представить в виде следующей таблицы:

Дилемма появляется, если предположить, что оба заботятся только о минимизации собственного срока заключения.

Представим рассуждения одного из заключённых. Если партнёр молчит, то лучше его предать и выйти на свободу (иначе - полгода тюрьмы). Если партнёр свидетельствует, то лучше тоже свидетельствовать против него, чтобы получить 2 года (иначе - 10 лет). Стратегия «свидетельствовать» строго доминирует над стратегией «молчать». Аналогично другой заключённый приходит к тому же выводу.

С точки зрения группы (этих двух заключённых) лучше всего сотрудничать друг с другом, хранить молчание и получить по полгода, так как это уменьшит суммарный срок заключения. Любое другое решение будет менее выгодным.

Обобщённая форма


  1. В игре - два игрока и банкир. Каждый игрок держит 2 карты: на одной написано «сотрудничать», на другой - «предать» (это стандартная терминология игры). Каждый игрок кладёт одну карту перед банкиром лицом вниз (то есть никто не знает чужого решения, хотя знание чужого решения не влияет на анализ доминирования). Банкир открывает карты и выдаёт выигрыш.

  2. Если оба выбрали «сотрудничать», оба получают C . Если один выбрал «предать», другой «сотрудничать» - первый получает D , второй с . Если оба выбрали «предать» - оба получают d .

  3. Значения переменных C, D, c, d могут быть любого знака (в примере выше все меньше либо равны 0). Обязательно должно соблюдаться неравенство D > C > d > c, чтобы игра представляла собой «Дилемму заключённого» (ДЗ).

  4. Если игра повторяется, то есть играется больше 1 раза подряд, общий выигрыш от сотрудничества должен быть больше суммарного выигрыша в ситуации, когда один предаёт, а другой - нет, то есть 2C > D + c.
Эти правила были установлены Дугласом Хофштадтером и образуют каноническое описание типичной дилеммы заключённого.

Похожая, но другая игра

Хофштадтер предположил, что люди проще понимают задачи, как задача дилемма заключенного, если она представлена в виде отдельной игры или процесса торговли. Один из примеров - «обмен закрытыми сумками »:

Два человека встречаются и обмениваются закрытыми сумками, понимая, что одна из них содержит деньги, другая - товар. Каждый игрок может уважать сделку и положить в сумку то, о чём договорились, либо обмануть партнёра, дав пустую сумку.

В этой игре обман всегда будет наилучшим решением, означая также, что рациональные игроки никогда не будут играть в неё, и что рынок обмена закрытыми сумками будет отсутствовать.

Проблемы практического применения в управлении

Во-первых, это тот случай, когда у предприятий сложились разные представления об игре, в которой они участвуют, или когда они недостаточно информированы о возможностях друг друга. Например, может иметь место неясная информация о платежах конкурента (структуре издержек). Если неполнотой характеризуется не слишком сложная информация, то можно оперировать сопоставлением подобных случаев с учетом определенных различий.

Во-вторых, теорию игр трудно применять при множестве ситуаций равновесия. Эта проблема может возникнуть даже в ходе простых игр с одновременным выбором стратегических решений.

В-третьих, если ситуация принятия стратегических решений очень сложна, то игроки часто не могут выбрать лучшие для себя варианты. Легко представить более сложную ситуацию проникновения на рынок, чем та, которая рассмотрена выше. Например, на рынок в разные сроки могут вступить несколько предприятий или реакция уже действующих там предприятий может оказаться более сложной , нежели быть агрессивной или дружественной.

Экспериментально доказано, что при расширении игры до десяти и более этапов игроки уже не в состоянии пользоваться соответствующими алгоритмами и продолжать игру с равновесными стратегиями.

Теория игр используется не так часто. К сожалению, ситуации реального мира зачастую очень сложны и настолько быстро изменяются, что невозможно точно спрогнозировать, как отреагируют конкуренты на изменение тактики фирмы. Тем не менее, теория игр полезна, когда требуется определить наиболее важные и требующие учета факторы в ситуации принятия решений в условиях конкурентной борьбы.

Фон Нейман настолько легко и непринужденно чувствовал себя в любой обстановке, как на работе, так и в обществе, без всяких усилий переключаясь от математических теорий к компонентам вычислительной техники, что некоторые коллеги считали его "ученым среди ученых", своего рода "новым человеком", что, собственно, и означала его фамилия в переводе с немецкого.


Джон фон Нейман (von Neumann) (1903 - 57) - американский математик. Внес большой вклад в создание первых ЭВМ и разработку методов их применения.

Родом из Венгрии, сын преуспевающего будапештского банкира, фон Нейман был продуктом той интеллектуальной среды. из которой вышли такие выдающиеся физики, как Эдвард Теллер , Лео Сциллард, Денис Габор и Юджин Вигнер . Джон выделялся среди них своими фенеменальными способностями. В 6 лет он перебрасывался с отцом остротами на древнегреческом, а в 8 освоил основы высшей математики. В возрасте 20-30 лет, занимаясь преподавательской работой в Германии, он внес значительный вклад в развитие квантовой механики - краеугольного камня ядерной физики, и разработал теорию игр - метод анализа взаимоотношений между людьми, который нашел широкое применение в различных областях, от экономики до военной стратегии. На протяжении всей жизни он любил поражать друзей и учеников своей способностью производить в уме сложные вычисления. Он делал это быстрее всех, вооруженных бумагой, карандашом и справочниками. Когда же фон Нейману приходилось писать на доске, он заполнял ее формулами, а потом стирал их настолько быстро, что однажды кто-то из его коллег, понаблюдав за очередным объяснением, пошутил: "Понятно. Это доказательство методом стирания".

Ю. Вигнер, школьный товарищ фон Неймана, лауреат Нобелевской премии, говорил, что его ум - это "совершенный инструмент, шестеренки которого подогнаны друг к другу с точностью до тысячных долей сантиметра". Это интеллектуальное совершенство было сдобрено изрядной долей добродушной и весьма привлекательной экцентричности. В поездках он порой так глубоко задумывался о математических проблемах, что забывал, куда и зачем должен ехать, и тогда приходилось звонить на работу за уточнениями.

Фон Нейман настолько легко и непринужденно чувствовал себя в любой обстановке, как на работе, так и в обществе, без всяких усилий переключаясь от математических теорий к компонентам вычислительной техники, что некоторые коллеги считали его "ученым среди ученых", своего рода "новым человеком", что, собственно, и означала его фамилия в переводе с немецкого. Теллер как-то в шутку сказал, что он "один из немногих математиков, способных снизойти до уровня физика". Сам же фон Нейман не без юмора объяснял свою мобильность тем, что он родом из Будапешта: "Только человек, родившийся в Будапеште, может, войдя во вращающиеся двери после вас, выйти из них первым".

Интерес фон Неймана к компьютерам в какой-то степени связан с его участием в сверхсекретном Манхэттенском проекте по созданию атомной бомбы, который разрабатывался в Лос-Аламосе, шт. Нью-Мексико. Там фон Нейман математически доказал осуществимость взрывного способа детонации атомной бомбы. Теперь он размышлял о значительно более мощном оружии - водородной бомбе, создание которой требовало очень сложных расчетов.

Однако фон Нейман понимал, что компьютер - это не больше, чем простой калькулятор, что - по крайней мере потенциально - он представляет собой универсальный инструмент для научных исследований. В июле 1954 г., меньше чем через год после того, как он присоединился к группе Моучли и Эккерта, фон Нейман подготовил отчет на 101 странице, в котором обощил планы работы над машиной EDVAC. Этот отчет, озаглавленный "Предварительный доклад о машине EDVAC" представлял собой прекрасное описание не только самой машины, но и ее логических свойств. Присутствовавший на докладе военный представитель Голдстейн размножил доклад и разослал ученым как США, так и Великобритании.

Благодаря этому "Предварительный доклад" фон Неймана стал первой работой по цифровым электронным компьютерам, с которым познакомились широкие круги научной общественности. Доклад передавали из рук в руки, из лаборатории в лабораторию, из университета в университет, из одной страны в другую. Эта работа обратила на себя особое внимание, поскольку фон Нейман пользовался широкой известностью в ученом мире. С того момента компьютер был признан объектом, представлявшим научный интерес. В самом деле, и по сей день ученые иногда называют компьютер "машиной фон Неймана".

Читатели "Предварительного доклада" были склонны полагать, что все содержащиеся в нем идеи, в частности, принципиально важное решение хранить программы в памяти компьютера, исходили от самого фон Неймана. Мало кто знал, что Моучли и Эккерт говорили о программах, записанных в памяти, по крайней мере за пол-года до появления фон Неймана в их рабочей группе; большинству неведомо было и то, что Алан Тьюринг, описывая свою гипотетическую универсальную машину, еще в 1936 г. наделил ее внутренней памятью. В действительности, фон Нейман читал классическую работу Тьюринга незадолго до войны.

Увидев, сколько шума наделал фон Нейман и его "Предварительный доклад", Моучли и Эккерт были глубоко возмущены. В свое время по соображениям секретости они не смогли опубликовать никаких сообщений о своем изобретении. И вдруг Голдстейн, нарушив секретность, предоставил трибуну человеку, который только-только присоединился к проекту. Споры о том, кому должны принадлежать авторские права на EDVAC и ENIAC привели в конце концов к распаду рабочей группы.

В дальнейшем фон Нейман работал в Принстонском институте перспективных исследований, принимал участие в разработке нескольких компьютеров новейшей конструкции. Среди них была, в частности, машина, которая использовалась для решения задач, связанных с созданием водородной бомбы. Фон Нейман остроумно окрестил ее "Маньяк" (MANIAC, аббревиатура от Mathematical Analyzer, Numerator, Integrator and Computer - математический анализатор, счетчик, интегратор и компьютер). Фон Нейман был также членом Комисcии по атомной энергии и председателем консультативного комитета ВВС США по баллистическим ракетам.

В огромном здании современной математики для фон Неймана не было закрытых дверей.

Ю.А. Данилов

Слушая фон Неймана, начинаешь понимать, как должен работать человеческий мозг.

Современники о фон Неймане

Благодаря фон Нейману мы поняли, как нужно проводить вычисления.

Петер Хенричи

Джон фон Нейман (28 декабря 1903 - 8 февраля 1957) - венгеро-американский математик еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки.

Янош Нейман (так его звали в Венгрии, в Германии он стал Иоганном, а в США - и уже навсегда - Джоном) родился 3 декабря 1903 года в Будапеште, в богатой еврейской семье. Его отец, Макс Нейман, переселился в Будапешт из провинциального городка Печ в конце 1880-х годов, получил степень доктора от юриспруденции и работал адвокатом в банке. Мать, Маргарет Канн, была домохозяйкой. Еврейские традиции в семье не соблюдались. Позже вся семья приняла католицизм.

Первое серьёзное увлечение Яноша - «Всемирная история» в 44 томах, которую он полностью проштудировал. Абсолютная память позволяла ему через много лет цитировать любую страницу некогда прочитанной книги, причем, иногда прямо, в том же темпе, переводя на немецкий или английский, с некоторыми затруднениями - на французский или итальянский. В 6 лет Янош перекидывался с отцом репликами на древнегреческом и перемножал в уме шестизначные числа. В 8 лет он уже интересовался вопросами высшей математики. Родители серьезно отнеслись к его необычной одаренности и предоставили ему возможность заниматься с лучшими частными преподавателями.

В 10 лет Янош поступает в лютеранскую гимназию Будапешта. Школа эта сыграла гигантскую роль в развитии мировой науки. Из её стен вышли, помимо фон Неймана, такие выдающиеся ученые как Дьёрдь Хевеши (1885-1966, Нобелевская премия по химии 1943), создатель голографии Деннис Габор (1900-1979, Нобелевская премия 1971), ближайший друг фон Неймана Юджин Вигнер (1902-1995, Нобелевская премия 1963), Лео Сцилард (1898-1964, премия Эйнштейна 1959), «отец» американской водородной бомбы Эдвард Теллер (1908-2003). Психологи и историки науки до сих пор теряются в догадках о причинах такой вспышки гениальности в одном месте. Преподаватели скоро замечают особые, даже на таком фоне, способности Неймана и приобщают его к лекциям и семинарам в университете. В итоге, в 18 лет он публикует свою первую научную работу, а духовный отец венгерской математики Липот Фейер (1880-1959) называет его

самым блестящим Яношем в истории страны,

титул, оставшийся за ним на всю жизнь (имя Янош - одно из самых распространенных в Венгрии).

Ещё в 1913 году отец Неймана получил дворянский титул, и Янош вместе с австрийским и венгерским символами знатности - приставкой фон (von) к австрийской фамилии и титулом Маргиттаи (Margittai) в венгерском именовании - стал называться Янош фон Нейман или Нейман Маргиттаи Янош Лайош. Впоследствии, во время преподавания в Берлине и Гамбурге, его называли Иоганн фон Нейман. Ещё позже, после переселения в 1930-х годах в США, его имя на английский манер изменилось на Джон.

В 1919 году в Венгрии происходит коммунистический переворот, и власть на два месяца захватывает лидер венгерских коммунистов Бела Кун. Семья фон Нейманов уезжает на это время в Венецию, где у них есть дом, а Янош на всю жизнь становится яростным антикоммунистом, точнее противником любого тоталитаризма.

В 1920 году Янош заканчивает гимназию. Отец, умудренный жизненным опытом, советует ему выбрать более практичную, нежели чистая математика, специальность. И Янош одновременно с математическим факультетом университета в Будапеште поступает в Технологический институт Цюриха на специальность химическое машиностроение. Посещение лекций в обоих вузах не обязательно, поэтому фон Нейман появляется в них практически только на период экзаменов, проводя остальное время в Берлине, и посвящая его занятиям математикой. Здесь он так преуспевает, что знаменитый Герман Вейль, вынужденный отлучиться во время семестра, оставляет ему - даже не студенту Берлинского университета - конспекты своих лекций по текущим разделам математики!

В 1925 году фон Нейман получает диплом инженера-химика в Цюрихе и одновременно защищает диссертацию "Аксиоматическое построение теории множеств" на звание доктора философии в Будапештском университете. Его работа на эту тему 1923 года (автору 20 лет) столь глубока, что известный логик и математик А. Френкель советует ему написать более простую и популярную статью о своих результатах. Она и была представлена как диссертация и получила наивысшую оценку.

Молодой доктор отправляется совершенствовать свои знания в Гёттинген, фактически физико-математическую столицу мира. Здесь он начинает работать с великим Давидом Гильбертом и знакомится с идеями только зарождавшейся тогда квантовой математики. Помимо чисто математических работ с Гильбертом и его сотрудниками фон Нейман, отчасти под влиянием обсуждений с Львом Давидовичем Ландау (советский физик-теоретик, основатель научной школы, лауреат Нобелевской премии по физике 1962 года), тогда же стажировавшимся в Гёттингене, разрабатывает метод матрицы плотности, один из основных методов квантовой теории по настоящее время. Работы по квантовой теории вылились, в итоге, в книгу «Математические основы квантовой механики», вышедшую в 1932 году.

На основе этих работ, с уклоном в физику, фон Нейман начал другой цикл - по теории операторов, благодаря которым он считается основоположником современного функционального анализа, одного из наиболее бурно развивающихся, магистральных направлений математики.

Но «и на старуху бывает проруха», как говорит известная поговорка. В 1927 году фон Нейман написал статью "К гильбертовой теории доказательства", в которой пытался обосновать непротиворечивость математики как теории в целом. А в 1931 году Курт Гёдель доказал великую теорему: если на основе системы аксиом построена математическая теория, то пользуясь только самыми строгими правилами вывода мы обязательно придем к противоречию! Таким образом, оказалось, что не может быть непротиворечивых математических теорий - а ведь математика всегда считалась единственным образцом строгой логики, лишенной противоречий.

В истории науки значимость теоремы Гёделя может сравниваться только с квантовой теорией и теорией относительности. Всё это величайшие интеллектуальные достижения ХХ века. И фон Нейман, который был очень близок к возможности получить такой важнейший результат, упустил его. По мнению Станислава Улама, польского математика, переехавшего в Принстон в 1934 году и позднее участвовавшего в создании водородной бомбы в рамках ядерного проекта Лос-Аламосской лаборатории, эта неудача наложило отпечаток на всю его жизнь.

Но еще до осознания этой неудачи фон Нейман открывает совершенно новую область исследований. В 1928 году он пишет статью "К теории стратегических игр", в которой доказывает знаменитую теорему о минимаксе, ставшую краеугольным камнем созданной позже теории игр.

Работа эта возникла из обсуждений наилучшей стратегии при игре в покер двух, в простейшем случае, игроков. В ней рассматривается ситуация, когда по правилам игры выигрыш одного игрока равен проигрышу другого. При этом каждый игрок может выбирать из конечного числа стратегий - последовательностей действий и считает, что противник всегда поступает наилучшим для себя образом. Теорема фон Неймана утверждает, что в такой ситуации существует "устойчивая" пара стратегий, для которых минимальный проигрыш одного игрока совпадает с максимальным выигрышем другого. Устойчивость стратегий означает, что каждый из игроков, отклоняясь от оптимальной стратегии, лишь ухудшает свои шансы и, ему приходится вернуться к оптимальной стратегии.

Таким образом, теорема фон Неймана позволяет наметить пути оптимальной стратегии, притом не только в покере: можно на таком же основании рассматривать пару покупатель-продавец, банкир-клиент, выборная кампания двух партий, футбольный матч, военный конфликт, наконец, - во всех этих ситуациях речь идет о выборе оптимальной стратегии. И, конечно, теорема минимакса не решила всех этих проблем: она послужила лишь фундаментальным толчком к бурному развитию теории, не утихающему и сейчас. Особую роль в этом направлении сыграла вышедшая в 1944 году книга фон Неймана и Оскара Моргенштерна "Теория игр и экономическое поведение" (русский перевод вышел только в 1970 году). Книга эта сразу стала бестселлером. Она выдержала несколько изданий и до сих пор является Библией экономистов и математиков, занимающихся экономикой и, вообще, теорией операций.

В 1930 году фон Нейман был приглашён на преподавательскую должность в американский Принстонский университет. К этому времени фон Нейман понял, что поскольку в Германии всего три места профессора чистой математики и около 40 доцентов, на эти места претендующих, то ему, еврею, надеяться не на что. Поэтому он принял предложение переехать в США, в Принстон, где - главным образом для Эйнштейна - создавался Институт перспективных исследований (знаменитый Institute for Advanced Studies). В Принстоне он работает рядом с А. Эйнштейном, К. Гёделем, Г. Вейлем, Р. Оппенгеймером. В первые годы он еще ездит в Европу, но всё реже в Венгрию, где адмирал Хорти - первым в ХХ веке - открыто провозглашает антисемитизм своей официальной политикой.

В 1936 году в Принстон приехал на два года, заниматься математической логикой, Алан Тьюринг. Здесь он опубликовал свою знаменитую работу об универсальных вычислительных машинах. Машины Тьюринга реально не осуществимы, но они показывают принципиальную возможность решения любых задач с помощью элементарных арифметических действий. Идея захватила фон Неймана. Он предложил Тьюрингу место ассистента для совместной работы. Тьюринг отказался, вернулся в Англию, где в годы войны стал искусным дешифровальщиком немецких сообщений.

В 1937 году фон Нейман стал гражданином США. В 1938 он был награждён премией имени М. Бохера, присуждаемой раз в пять лет за наиболее значительные результаты в области анализа.

С самого начала войны фон Нейман считает себя обязанным заниматься военными проблемами. Он едет в Вашингтон, затем в Англию и вплоть до 1943 года разрабатывает методы оптимального бомбометания. Таким образом, он участвует в работе созданных в США и в Англии групп ученых, занятых тем, что впоследствии составит новую научную дисциплину: теорию исследования операций.

Поясним эти слова реальным примером. Моряки сомневались, стоит ли оборудовать торговые суда зенитными установками, поскольку за время войны ни один вражеский самолет огнём с этих судов сбит не был. Однако, ученые из этих групп доказали, что само знание о наличии таких орудий на торговых судах резко уменьшило вероятность и точность их обстрелов и бомбежек, а потому было полезно.

К компетенции теории исследования операций относятся и проблемы комплектования военных конвоев, их охранения, выбор маршрутов и расписания движения, геометрия бомбометания, длительность артподготовки и многое, многое другое. Мы уже не говорим о проблемах баллистики, о детонации взрывчатых веществ и т.д.

Интерес фон Неймана к компьютерам непосредственно связан с его участием в Манхэттенском проекте по созданию атомной бомбы, который разрабатывался в ряде мест США, в том числе и в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико. Там фон Нейман математически доказал осуществимость взрывного способа детонации атомной бомбы.

Дело в том, что взрыв происходит в тот момент, когда масса урана-235 или плутония достигает критического значения, где-то примерно 5 кг. В принципе для этого можно выбрать такой простейший вариант бомбы: два куска активного вещества, каждое массой несколько больше 2,5 кг, выстреливаются друг в друга и в момент соприкосновения взрываются (длительность взрыва порядка одной стомиллионной секунды). Схема, конечно, проста, даже слишком: успевает при этом взорваться небольшая часть активного вещества, все остальное испаряется и только заражает окрестности.

Поэтому рациональней собрать бомбу из большего числа частей, строго одновременно направляемых с боков в центр. Вот такую конструкцию предложил, вместе с методами расчета, фон Нейман.

Хотя фон Нейман занимался самыми абстрактными разделами математики, его никогда не оставляют равнодушным и проблемы приближенных расчётов. Ведь, скажем, для практических целей часто достаточно просчитать что-то с точностью всего до двух-трех знаков, а не сотен знаков после запятой, что может дать точный расчет. В этой области существует целый ряд приближенных методов. Вот, например, для оценки площади сложной фигуры, например, какой-либо страны с прихотливыми границами - иногда достаточно нарисовать эту фигуру на плотной однородной бумаге, точно вырезать, взвесить и сравнить с весом квадратика из той же бумаги, чью площадь легко сосчитать. А математически это будет означать приближенный расчет сложного интеграла.

Первая электронно-вычислительная машина (ЭВМ) была построена в 1943-1946 годах в Пенсильванском университете и названа ЭНИАК (по первым буквам английского названия - электронный цифровой интегратор и вычислитель), возможности упрощения программирования для нее были подсказаны фон Нейманом. Следующей ЭВМ был ЭДВАК (электронный автоматический вычислитель с дискретными переменными), для него фон Нейман разработал подробную логическую схему, в которой структурными единицами были не физические элементы цепей как раньше, а идеализированные вычислительные элементы. Таким образом, он разработал общие принципы построения, «архитектуру» таких машин, а их реальное, физическое воплощение может при этом быть весьма различным. Именно поэтому фон Неймана зачастую называют «отцом» всего компьютерного направления в современной науке и технике!

Фон Нейман с самого начала понимал, что компьютер - это больше, чем калькулятор, что он представляет собой, в потенции, универсальный инструмент для научных исследований. В июле 1954 г. фон Нейман подготовил "Предварительный доклад о машине ЭДВАК" на 101 странице, в котором обобщил планы работы над машиной и дал описание не только самой машины, но и ее логических свойств. Этот отчет стал первой работой по цифровым электронным компьютерам, с которой познакомились широкие круги научной общественности. Доклад циркулировал по лабораториям, университетам и странам, тем более, что фон Нейман пользовался широкой известностью в ученом мире.

Отметим, что именно принципы параллельной обработки информации, заложенные фон Нейманом, сделали возможным рывок быстродействия работы компьютерных сетей последнего десятилетия.

Нужно также отметить, что многие идеи фон Неймана еще не получили должного развития. Например, идея о взаимосвязи уровня сложности и способности системы к самовоспроизведению, о существовании критического уровня сложности, ниже которого система вырождается, а выше - обретает способность к самовоспроизведению (в частности, роботы могут начать размножаться, в том числе и неконтролируемым образом - идея, широко используемая в фантастике). Огромное значение имеют - и еще большее будут иметь в будущем - его идеи о построении надёжных устройств из ненадежных элементов.

Интересна общая характеристика, даваемая Уламом:

Фон Нейман был блестящим, изобретательным, действенным математиком, с потрясающей широты кругом научных интересов, которые простирались и за пределы математики. Он знал о своем техническом таланте. Его виртуозность в понимании сложнейших рассуждений и интуиция были развиты в высшей степени... Джонни всегда был трудоголиком; он обладал огромной энергией и выносливостью, скрывающейся под не слишком волевой наружностью. Каждый день он начинал работать еще до завтрака. И даже во время званых вечеров у себя дома он мог вдруг оставить гостей, отлучиться где-нибудь на полчаса, чтобы записать что-то, пришедшее ему на ум.

Внешность фон Неймана была вполне обычной. Был он несколько полноват (в школьные годы единственно плохие отметки у него были по физкультуре, посредственные - по пению и музыке), одевался всегда очень элегантно, любил хорошие, даже роскошные вещи. Привыкнув с детства к хорошо обеспеченной жизни, цитировал одного из своих дядюшек: «Недостаточно быть богатым, надо еще иметь деньги в Швейцарии».

При вождении автомобиля никогда не старался развить максимальную скорость и очень любил, попадая в пробки, решать интеллектуальные задачи быстрейшего выхода из них. В поездках он порой так глубоко задумывался о своих проблемах, что приходилось звонить за уточнениями. Его жена рассказывала, что характерным был такой звонок:

Я доехал до Нью-Брунсвика, видимо еду в Нью-Йорк, но забыл куда и зачем.

В 1955 году фон Нейман был назначен членом (фактически, научным руководителем) Комиссии США по атомной энергии и переехал из Принстона в Вашингтон. Он очень гордился тем, что он, иностранец, получил столь высокий государственный пост и работал на нём со всей возможной отдачей.

Однако, в том же 1955 году учёный заболел. Ещё летом 1954 года фон Нейман ушиб левое плечо при падении. Боль не проходила, и хирурги поставили диагноз костная форма рака. Предполагалось, что рак фон Неймана мог быть вызван радиоактивным облучением при испытании атомной бомбы в Тихом океане или, может быть, при последующей работе в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико (его коллега, пионер ядерных исследований Энрико Ферми, умер от рака желудка на 54 году жизни). Несколько операций не принесли облегчения и, получая в начале 1956 году из рук Эйзенхауэра высшую награду США для гражданских лиц - «Президентскую медаль Свободы» - фон Нейман сидел в инвалидной коляске.

В последние годы жизни Джон фон Нейман часто повторял, что выйдя на пенсию откроет в Принстоне кафе, где не будет никаких музыкальных автоматов, а за чашечкой хорошего кофе можно будет спокойно беседовать. Так, говорил он, удастся привить американцам настоящий европейский - точнее, венский - стиль жизни. Ну и при этом, несомненно, будут звучать действительно остроумные, не из бульварных газет, анекдоты. Сам он слыл непревзойденным их знатоком и рассказчиком, вставлял их, как и шутки, в самые ответственные выступления, а вечера - приятельские встречи у него дома, уже в Принстоне, происходившие 2-3 раза в неделю, славились весельем, заводимым хозяином.

Мечте о своем кафе не суждено было сбыться, Джон фон Нейман умер в 53 года. Но сделано им было столько открытий, построено столько новых теорий, даже основано столько новых направлений в науке, и притом в весьма различных областях, что хватило бы на десяток прославленных ученых.

Джон фон Нейман был избран членом:

  • Перуанской Академии точных наук
  • Римской Академии деи Линчи
  • Американской Академии искусств и наук
  • Американского философского общества
  • Ломбардского института наук и литературы
  • Национальной Академии США
  • Нидерландской королевской академии наук и искусств,

был почётным доктором многих университетов в США и других стран.

Имя фон Неймана носят следующие объекты естествознания:

  • теорема фон Неймана о минимаксах
  • алгебра фон Неймана
  • архитектура фон Неймана
  • гипотезы фон Неймана
  • энтропия фон Неймана
  • регулярное кольцо фон Неймана
  • зонд фон Неймана.

По материалам статей: М. Перельман, М. Амусья «Самый быстрый ум эпохи» к столетию Джона фон Неймана, Ю.А. Данилов «Джон фон Нейман» и Википедии.

(3 декабря 1903, Будапешт - 8 февраля 1957, Вашингтон) - американский математик и физик. Труды по функциональному анализу, квантовой механике, логике, метеорологии. Внес большой вклад в создание первых ЭВМ и разработку методов их применения. Его теория игр сыграла важную роль в экономике.

Биография

Янош фон Нейман был старшим из трех сыновей преуспевающего будапештского банкира Макса фон Неймана. Позже, в Цюрихе, Гамбурге и Берлине, Яноша называли Иоганном, а после переезда в США - Джоном (дружески - Джонни). Фон Нейман был продуктом той интеллектуальной среды. из которой вышли такие выдающиеся физики, как Эдвард Теллер, Лео Сциллард, Денис Габор и Юджин Вигнер. Джон выделялся среди них своими фенеменальными способностями. В 6 лет он перебрасывался с отцом остротами на древнегреческом, а в 8 освоил основы высшей математики. В юные годы Янош занимался дома со специально приглашенными педагогам, а в возрасте 10 лет поступил в одно из лучших учебных заведений того времени - лютеранскую гимназию. Еще в школе фон Нейман заинтересовался математикой. Гения в фон Неймане распознал преподаватель математики Ласло Ратц. Он и помог ему развить его дарование. Ратц ввел фон Неймана в небольшой, но блестящий кружок будапештских математиков того времени, который возглавлял духовный отец венгерских математиков Липот Фейер. Помогать фон Неймону было поручено ассистенту Будапештского университета М. Фекете: а общее руководство взял на себя выдающийся педагог: профессор Йожеф Кюршак. Атмосфера универсиета и беседы с математиками и внимание со стороны Фейера помогло сформироваться фон Нейману как математику, также как изучение университетских курсов. К моменту получения аттестат зрелости Янош фон Нейман пользовался у математиков репутацией молодого дарования. Его первая печатная работа была написана совместно с М. Фекете "О расположении нулей некоторых минимальных полиномов"(1921) вышла в свет, когда фон Нейману было 18 лет. Вскоре фон Нейман окончил гимназию. Макс фон Нейман не считал профессию математика достаточно надежной, способной обеспечить будущее сына. Он настоял на том, чтобы Янош приобрел еще и профессию инженера-химика. Поэтому Янош поступил в Федеральную высшую техническую школу в Цюрихе, где изучал химию, и одновременно на математический факультет Будапештского университета. Благодаря такому совмещению, у него было свободное посещение лекций, поэтому он появлялся в Будапеште только в конце семестра, для сдачи экзаменов. Потом он уезжал в Цюрих или Берлин, но не для того чтобы изучать химию, а для подготовки к печати своих работ, бесед с коллегами-математиками, посещения семинаров. Фон Нейман считал, что о этот период он очень много узнал у двух математиков: Эрхарда Шмидта и Германа Вейля. Когда Вейлю поднадобилось отлучиться во время семестра, то чтение курса за него продолжил фон Нейман.

Достижения

Первая работа фон Неймана по аксиоматической теории множеств вышла в свет в 1923 году. Она называлась "К введению трансфинитных ординальных чисел". Она была опубликована в трудах Сегедского университета. Фон Нейман разработал свою систему аксиом и изложил ее в докторской диссертации и двух статьях. Диссертация сильно заинтересовала А. Френкеля, которому поручили отрецензировать ее. Несмотря на то, что он не смог разобраться в ней полностью, он пригласил к себе фон Неймана. Он Френкель попросил его написать популярную статью, в которой излагались бы новый подход к проблеме и следствия, извлекаемые из его. Фон Нейман написал такую работу, назвав ее "К вопросу об аксиоматическом построении теории множеств". Она была опубликована в 1925 году а "Journal fuer Mathematik". Фон Нейман построил замечательную систему аксиом теории множеств, такую же простую, как гильбертовая для евклидовой геометрии. Система аксиом фон Неймана занимает немногим более одной страницы печатного текста. В 1925 фон Нейман получает диплом инженера-химика в Цюрихе и успешно защищает диссертацию "Аксиоматическое построение теории множеств" на звание доктора философии в Будапештском университете. Молодой доктор отправляется совершенствовать свои знания в Геттингенский университет, где в то время читали лекции люди, чьи имена стали гордостью науки: К. Рунге, Ф. Клейн, Э. Ландау, Д. Гильберт, Э. Цермело, Г. Вейль, Г. Минковский, Ф. Франк, М. Борн и другие. Приглашенными лекторами были Г. Лоренц, Н. Бор, М. Планк, П. Эренфест, А. Пуанкаре, А. Зоммерфельд...

На фон Неймана очень большое влияние оказало общение с Давидом Гильбертом. В Геттингене фон Нейман познакомился с идеями зарождавшейся тогда квантовой механики, ее математическое обоснование сразу захватило. Совместно с Д. Гильбертом и Л. Нордгеймом фон Нейман написал статью "Об основаниях квантовой механики". Потом выпускает серию работ "Математическое обоснование квантовой механики", "Теоретико-вероятностное построение квантовой механики" и "Термодинамика квантовомеханических систем". В работах фон Неймана квантовая механика обрела свой естественный язык - язык операторов, действующих в гильбертовом пространстве состояний. В его работах была подведена прочная математическая основа под статистическую интерпретацию квантовой механики, введено новое понятие матрицы плотности, доказан квантовый аналог H-теоремы Больцмана и эргодической теоремы. На основе этих работ фон Нейман начал другой цикл - по теории операторов, благодаря которым он считается основоположником современного функционального анализа. Фон Нейман показал, что "слишком вольное" обоснование теории {Дирака} можно обосновать в терминах аксиоматической теории гильбертова пространства и спектральной теории операторов.

В 1927 году фон Нейман становится приват-доцентом Берлинского, а с 1929 года - Гамбургского университета.

В период 1927 по 1929 годы фон Нейман выполнил основополагающие работы трёх больших циклов: по теории множеств, теории игр и математическому обоснованию квантовой механики.

В 1927 фон Нейман написал статью "К гильбертовой теории доказательства". В ней он исследовал проблему непротиворечивости математики.

В 1928 фон Нейман написал работу "К теории стратегических игр", в которой доказал теорему о минимаксе, ставшей краеугольным камнем возникшей позже теории игр. В своей теореме фон Нейман рассматривает ситуацию, когда двое играют в игру, по правилам которой вигрыш одного игрока равен проигрышу другого. При этом каждый игрок может выбирать из конечного числа стратегий. При этом игрок считает, что противник действует наилучшим для себя образом. Теорема фон Неймана утверждает, что в такой ситуации существует "устойчивая" пара стратегий, для которых минимальный проигрыш одного игрока совпадает с максимальным выигрышем другого. Устойчивость стратегий означает, что каждый из игроков, отклоняясь от оптимальной стратегии лишь ухудшает свои шансы и, ему приходится вернуться к оптимальной стратегии.

Фон Нейман доказал эту теорему, обратив внимание на её связь с теорией неподвижных точек. Позже были найдены доказательства, использующие теорию выпуклых множеств. В работе "Об определении через трансфинитную индукцию и родственных вопросах общей теории множеств"(1928), фон Нейман вновь возвращается к проблеме введения ординальных чисел, и дает строгое аксиоматическое изложение теории.

В работе "Об одной проблеме непротиворечивости аксиоматической теории множеств" фон Нейман показал, что одна из "нетрадиционных" аксиом в предложенной им системе выводима из аксиом других систем. Поскольку обратная выводимость была доказана раньше, то результат означал, что его "необычная" аксиома эквивалентна обычным в других системах.

В 1929 году фон Нейман пишет работу "Общая спектральная теория эрмитовых операторов".

В 1929 году фон Нейман получает приглашение прочитать в течении одного семестра цикл лекций в Принстонском университете. В США фон Нейман впервые оказался в 1930 году. Вскоре после приезда Иоганн фон Нейман для многих коллег становится просто Джонни. В 1931 году фон Нейман окончательно расстается с Гамбургским университетом, чтобы принять профессуру в Принстоне.

В 1934 году выходит в свет статья "Об алгебраическом обобщении квантовомеханического формализма", написанная в соавторстве с П. Иорданом и Е. Вигнером.

Незадолго до первого визита в Принстон фон Нейман женился на Мариэтте Кевуши, а в 1935 году у них родилась дочь Марина.

В 1936 фон Нейман совместно с Дж. Биркгофом пишет статью "Логика квантовой механики".

В 1937 году брак фон Неймана распался, а из очередной поездки на летние каникулы в Будапешт в 1938 фон Нейман вернулся со второй женой - Кларой Дан. Позднее, во время второй мировой войны, Клара фон Нейман стала программисткой. Ей принадлежат первые программы для электронынх вычислительных машин, в разработку и создание которых её муж внёс большой вклад.

Первыми профессорами Института высших исследований в Принстоне стали Освальд Веблен (в 1932 году) и Альберт Эйнштейн (1933). В том же 1933 этой высокой чести был удостоен и Джон фон Нейман.

Нейман и ЭВМ

В 1938 вышла работа фон Неймана "О бесконечных прямых произведениях". Первая ЭВМ была построена в 1943-1946 годах в школе инженеров-электриков Мура Пенсильванского университета и получила название ЭНИАК (по первым буквам английского названия - электронный цифровой интегратор и вычислитель). Фон Нейман подсказал её разработикам, как можно модифицировать ЭНИАК, чтобы упростить его программирование.

А вот в создании следующей машины - ЭДВАК(электронный автоматический вычислитель с дискретными переменными) фон Нейман принял более активное участие. Он разработал подробную логическую схему машины, в который структурными единицами были не физические элементы цепей, а идеализированные вычислительные элементы. Использование идеализированных вычислительных элементов стало важным шагом вперед, так как позволило отделить создание принципиальной логической схемы от ее технического воплощения. Также фон Нейман предложил ряд инженерных решений. Фон Нейман предложил использовать в качестве элементов памяти не линии задержки, а электронно-лучевой трубки (электростатическая запоминающая система), что должно было сильно повысить быстродействие. При этом можно было обрабатывать все разряды иашинного слова параллельно. Эта машина была названа ДЖОНИАК - в честь фон Неймана. С помощью ДЖОНИАКА были осуществленны важные расчеты при создании водородной бомбы.

В 1944 увидела свет работа фон Неймана и О. Моргенштерна "Теория игр и экономического поведения". В конце сороковых годов, накопив практический опыт создания компьютеров, фон Нейман приступил к созданию общей математической (логической) теории автоматов. Различия между теорией автоматов фон Неймана и кибернетикой Винера несущественны и обусловлены личным вкусом их создателей, а не принципиальными соображениями. Теория фон Неймана посвящена, в основном, дискретной математике, в то время как у Винера - непрерывной.

Фон Нейман предложил систему корректировки данных, для повышения надежности систем - использование дублирующихся устройств с выбором двоичного результата по наибольшему числу.

Фон Нейман много работал над самовоспроизведением автоматов и смог доказать возможность самовоспроизвдения конечного автомата, обладавшего 29 внутренними состояниями.

Во второй половине 1930-х годов совместно с Ф. Дж. Мюрреем Нейман опубликовал ряд работ по кольцам операторов, положив начало так называемой алгебре Неймана, которая впоследствии стала одним из главных инструментов для квантовых исследований. В 1937 Нейман принял гражданство США. Во время Второй мировой войны служил консультантом в атомном центре в Лос-Аламосе, где рассчитал взрывной метод детонации ядерной бомбы и участвовал в разработке водородной бомбы. В марте 1955 стал членом американской комиссии по атомной энергии.

Из 150 трудов Неймана лишь 20 касаются проблем физики, остальные же равным образом распределены между чистой математикой и ее практическими приложениями, в том числе теорией игр и компьютерной теорией.

Нейману принадлежат новаторские работы по компьютерной теории, связанные с логической организацией компьютеров, проблемами функционирования машинной памяти, имитацией случайности, проблемами самовоспроизводящихся систем. В 1944 Нейман присоединился к группе Мокли и Эккерта, занятой созданием машины ENIAC, в качестве консультанта по математическим вопросам. Тем временем в группе началась разработка новой модели, EDVAC, которая, в отличие от предыдущей, могла бы хранить программы в своей внутренней памяти. В 1945 Нейман опубликовал «Предварительный доклад о машине EDVAC», в котором описывалась сама машина и ее логические свойства. Описанная Нейманом архитектура компьютера получила название «фон Неймановской», и таким образом ему было приписано авторство всего проекта. Это вылилось впоследствии в судебное разбирательство о праве на патент и привело к тому, что Эккерт и Мокли покинули лабораторию и основали собственную фирму. Тем не менее «архитектура фон Неймана» была положена в основу всех последующих моделей компьютеров. В 1952 Нейман разработал первый компьютер, использующий программы, записанные на гибком носителе, MANIAC I.

Секретом успеха Неймана иногда считают его «аксиоматический метод». Он рассматривал предмет, сконцентрировавшись на его основных свойствах (аксиомах), из которых вытекает все остальное.

Одной из утопических идей Неймана, для разработки которой он предлагал использовать компьютерные расчеты, было искусственное потепление климата на Земле, для чего преполагалось покрыть темной краской полярные льды чтобы уменьшить отражение ими солнечной энергии. Одно время это предложение всерьез обсуждалось во многих странах. В 1956 Комиссия по атомной энергии наградила Неймана премией Энрико Ферми за выдающийся вклад в компьютерную теорию и практику.

Многие идеи фон Неймана ещё не получили должного развития, например, идея о взаимосвязи уровня сложности и способности системы к самовоспроизведению, о существовании критического уровня сложности, ниже которого система вырождается, а выше обретает способность к самовоспроизведению. В 1949 выходит работа "О кольцах операторов. Теория разложения".

Джон фон Нейман был удостоен высших академических почестей. Он был избран членом Академии точных наук (Лима, Перу), Академии деи Линчеи (Рим, Италия), Американской академии искусств и наук, Американского философского общества, Ломбардского института наук и литературы, Нидерландской королевской акдаемии наук и искусств, Национальной академии США, почетным доктором многих университетов США и других стран.

Джон фон Нейман (при рождении - Янош Лайош Нейман) родился 3 декабря 1903 года в Будапеште.

Он был одарённым ребёнком и уже в 8 лет освоил основы высшей математики. В 1911 году Нейман поступил в Лютеранскую Гимназию, где еще более развил математические способности. Вскоре его отец получил дворянский титул, и вместе с приставками «фон» к фамилии, мальчик стал именоваться Янош фон Нейман. Позже, уже в США, его имя на английский манер изменилось на Джон.

Первая печатная работа Неймана «О расположении нулей некоторых минимальных полиномов» увидела свет в 1921 году. Вскоре он окончил гимназию и поступил в Высшую техническую школу в Цюрихе, где изучал химию, и одновременно на математический факультет Будапештского университета, который окончил в 1926 году, получив степень доктора философии и диплом инженера-химика в Цюрихе. Свои математические исследования Нейман продолжил в университетах Гёттингена, Берлина и Гамбурга, они были связаны с квантовой физикой и теорией операторов. В этот же период молодой ученый выполнил основополагающие работы по теории множеств, теории игр и математическому обоснованию квантовой механики и написал ряд статей по данным направлениям. В 1931 году Нейман был приглашен в Принстонский университет США, где вначале работал в качестве лектора, а затем профессора математической физики. Через два года он перешел в только что созданный Институт перспективных исследований в Принстоне и оставался профессором этого института до конца жизни. Нейману принадлежит строгая математическая формулировка принципов квантовой механики и доказательство эргодической гипотезы в математической статистике. Его труд «Математические основы квантовой механики» (1932) считается классическим учебным пособием. В 1930-х годах он опубликовал ряд работ по кольцам операторов, положив начало так называемой алгебре Неймана, которая впоследствии явилась одним из главных инструментов для квантовых исследований. В 1937 году фон Нейман стал гражданином США, и в последующие годы его деятельность была тесно связана с военными организациями. Во время Второй мировой войны он принимал участие в различных оборонных проектах, в том числе сыграл важную роль в создании первой ядерной бомбы и участвовал в разработке водородной бомбы. С 1954 года являлся членом Комиссии по атомной энергии. Нейман внес значительный вклад в развитие многих областей математики, его труды оказали влияние и на экономическую науку. Ученый стал одним из создателей теории игр, которая легла в основу математического подхода к явлениям конкурентной экономики, теории вычислительных машин и аксиоматической теории автоматов. Он внёс большой вклад в создание первых ЭВМ и разработку методов их применения. В 1952 году ученый разработал первый компьютер, использующий программы, записанные на гибком носителе. Основные научные работы Неймана посвящены функциональному анализу, его приложениям к вопросам классической и квантовой механики. Более 150 трудов ученого посвящены проблемам физики, математики и ее практическим приложениям, теории игр и компьютерной теории, теории топологических групп и метеорологии. Джон фон Нейман был членом Национальной Академии наук США, Американского философского общества, а также почетным членом различных зарубежных академий, научных учреждений и обществ. Его выдающиеся достижения отмечены многочисленными престижными премиями. Ученый был женат дважды. В первом браке у него родилась дочь Марина - в будущем известный экономист.