誰家學霸兩百年:從布爾代數到人工智慧

2020-12-03 社會我二哈哥

左:George Boole,右:Geoffrey Hinton。圖片來源:wikipedia.org

撰文 | 黃鐵軍(北京大學信息科學技術學院教授,計算機科學技術系系主任)

責編 | 邸利會

● ● ●

布爾(George Boole)就是布爾代數那個布爾[1,2],辛頓(Geoffrey Hinton)就是深度學習這個辛頓,布爾是辛頓的曾祖父。這篇小文是從布爾到辛頓的家族故事。

布爾1815年生於英國東部的林肯鎮。布爾的父母約翰·布爾和瑪麗·布爾結婚九年才生下布爾,隨後又生了三個孩子。布爾的父親是個補鞋匠,沒錢讓布爾接受正規教育。布爾自學了拉丁語、希臘語、法語和德語,不滿16歲就到40英裡外的一家循道宗小學當教師,開始研究數學。據布爾解釋,主要原因是缺錢買書,而數學書看的時間可以更長一些。因為星期天做禮拜時還在看數學書,對神不敬,布爾工作了兩年就被解僱了。

布爾19歲那年回到家鄉創辦自己的學校,擔任校長15年,講了無數的課,還做了大量公益活動,卻沒耽誤研究英國和歐洲大陸最重要的數學文獻,並在《劍橋數學期刊》(Cambridge Mathematical Journal)發了不少文章,這使他有機會與頂尖數學家交往。但是,因為沒有正常學歷,布爾在英國沒有進入大學任職的機會。好在天無絕人之路,英國政府批准在愛爾蘭新建三所皇后學院,位於科克市的皇后學院(今科克大學)同意聘任布爾為數學教授,這是1849年,布爾34歲。

布爾32歲那年出版《邏輯的數學分析》,搭起邏輯和代數之間的橋梁,七年後出版了更為完善的《思維的規則》(The Laws of Thought),創立布爾邏輯和布爾代數,亞里斯多德傳統邏輯踏步了兩千多年後,從此走上數理邏輯的快速路,為後來現代計算機的出現奠定了數學基礎。

1857年,布爾42歲,當選英國皇家學會會士。

1864年11月底,布爾冒著大雨步行兩英裡走到學校,身著溼冷的衣服為學生們授課,由此患上肺炎。深愛他的妻子病急亂投醫,迷信偏方:要治病,先重現病因,就把丈夫裹進被子,再澆上幾桶冷水……沒幾天布爾就去世了。

布爾妻子原名瑪麗·艾佛斯特(Mary Everest),比他年少17歲,在數學上也很聰慧,1855年瑪麗父親去世,她和布爾結婚。瑪麗的叔叔喬治·艾佛斯特曾任印度大地測量局總測量師,英國殖民者用於命名珠穆拉瑪峰用的就是艾佛斯特(Everest),這個姓被後人一直沿用到今天。瑪麗一直活到20世紀。

布爾最小的女兒艾捷爾·麗蓮·伏尼契(愛爾蘭語Ethel Lilian Voynich)在布爾去世時才半歲,她的作品《牛虻》在俄羅斯和中國家喻戶曉。伏尼契這個姓來自他的丈夫,一位來自西伯利亞的革命者,他在華沙的牢房時和艾捷爾目光交流,數年後逃到倫敦再次見到她,結為伴侶。

布爾的四女和三女各有成就。次女的長子是數學家,也當選了英國皇家學會會士。

布爾長女瑪麗·愛倫(Mary Ellen)這一支更是名人輩出。愛倫和數學家Charles Howard Hinton結婚,生育四個孩子:George (1882–1943), Eric (*1884), William (1886–1909)和Sebastian (1887–1923)。最小的兒子Sebastian生有兩個孩子:William Howard Hinton (1919–2004)和Joan Chase Hinton (1921–2010)。哥哥William中文名韓丁,農學家、記者、馬克思主義者,1945年來到中國,1953年回到美國,寫過不少關於中國的書,其中最著名的是《翻身》,是他1948年在山西省潞城縣張莊村親歷半年土改的經驗寫成的非紀實小說。妹妹Joan中文名寒春,芝加哥大學核物理研究所研究生,楊振寧的同學,曾在美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室做費米的助手,是參與了曼哈頓計劃的極少數的女科學家之一,原子彈的巨大破壞讓她放棄核物理,1948年追隨丈夫陽早(Erwin Engst)來到延安,1949年在瓦窯堡結婚,隨丈夫轉行從事奶牛養殖工作,長期在北京農業機械化科學研究院工作,是北京第一位中國綠卡獲得者,2010年去世。

瑪麗·愛倫的長子George Hinton是個採礦工程師,管理位於墨西哥的一所銀礦。1912年George生子Howard Everest Hinton。Howard是著名昆蟲學家,1961年當選英國皇家學會會士。1938年,Howard和Margaret Clark結婚,1947年生傑佛瑞·艾佛斯特·辛頓(Geoffrey Everest Hinton)。

傑佛瑞·艾佛斯特·辛頓的中間名是他曾曾外祖母的姓,這是這個家族延續數代的傳統。傑佛瑞如今已經是人工智慧復興的標誌性人物、「深度學習教父」,這主要歸功於他對神經網絡近乎偏執的長期堅持。

傑佛瑞1970年在英國劍橋大學獲得實驗心理學學士學位,1978年在愛丁堡大學獲得人工智慧博士學位,一定意義上可以說是在追尋他曾曾祖父布爾的足跡。1985年,傑佛瑞作為主要貢獻者之一提出將模擬退火算法應用到神經網絡訓練中,提出了玻爾茲曼(Boltzmann)機[3],算法具有能夠逃離極值的優點,但訓練時間很長。1986年,他作為主要貢獻者提出了多層前饋神經網絡的學習算法[4](即BP算法,類似思想在之前多次提出),從理論上證明了只含一個隱層的前饋網絡可以在閉區間上一致逼近任意連續函數,掀起人工神經網絡研究第二輪熱潮。1998年,他當選英國皇家學會會士。神經網絡熱潮席捲全球十年後,幾乎所有人都放棄了這個方向,但是傑佛瑞堅信這個方向是對的,又堅持十年,2006年發表論文,改進完善20年前的思路,提出深度信念網絡 [5],掀起了洶湧至今的人工神經網絡第三次浪潮,人工智慧因此而再度復興。

從一身布衣的布爾奠定計算機數學基礎,到辛頓執著神經網絡四十年終引人工智慧風騷,這個家族抱定信念、堅持到底的精神值得學習,值得深思。

參考文獻

1. 馬丁·戴維斯著,張卜天譯. 邏輯的引擎. 湖南科學技術出版社,2007

2. MacHale D. George Boole: His Life and Work. Dublin: Boole Press, 1985.

3. David H. Ackley, Geoffrey E. Hinton, Terrence J. Sejnowski. A learning algorithm for boltzmann machines. Cognitive Science, 9(1):147-169, 1985.

4. David E. Rumelhart, Geoffrey E. Hinton, Ronald J. Williams. Learning representations by back-propagating errors. Nature, Volume 323, Issue 6088, pp. 533-536 ,1986.

5. G. E. Hinton, R. R. Salakhutdinov. Reducing the dimensionality of data with neural networks. Science (313)5786:504-507, 2006.

相關焦點

  • 布爾代數與邏輯
    布爾代數與邏輯義概念代數學從布爾代數生成。
  • 布爾代數入門
  • 現在計算機離不開的布爾代數究竟是什麼?
    後來香農的碩士論文就是數字電路的理論基礎,就是用布爾代數優化開關電路,香農就用了布爾代數。  布爾對香農的啟發  1938年香農在MIT獲得電氣工程碩士學位,他的碩士論文題目就是《繼電器與開關電路的符號分析》,這個符號分析完全是用了布爾的那套代數體系。
  • 箱根驛傳:強風吹拂百年,冠軍花落誰家?
    箱根驛傳:強風吹拂百年,冠軍花落誰家?從1920-2020年,走過百年舉辦了96屆(歷史上曾停辦過四次)的箱根驛傳,在日本熱度不減。相關數據顯示:這一賽事在日本的電視收視率高達28%。箱根驛傳源自日本馬拉松之父金慄四三發展日本田徑的宏願。今天來看,這一賽事確實帶動了日本田徑尤其是長跑項目的發展。根據一百年來箱根驛傳冠軍隊伍的完賽成績來看:奪冠所用時間越來越短,整體上呈現走低趨勢。
  • 紀念:布爾代數發明人——喬治布爾200年誕辰
    在這本書中布爾介紹了現在以他的名字命名的布爾代數。喬治·布爾是皮匠的兒子,由於家境貧寒,布爾不得不在協助養家的同時為自己能受教育而奮鬥,不管怎麼說,他成了19世紀最重要的數學家之一。儘管他考慮過以牧師為業,但最終還是決定從教,而且不久就開辦了自己的學校。
  • 科學史上的今天:11/2|布爾代數:數學和邏輯的結合可以改變世界
    是的,這就是當時數學界的普遍看法;沒有人預見這看似無用的布爾代數(或稱布林代數)竟會徹底改變人類的生活。布爾家境清寒,國小畢業後就沒再受多少正式教育,他的數學知識幾乎都是靠自學而得。或許因為如此,他能見人所不能見,以獨特的角度重新思索亞裡斯多德兩千年前就已建立並流傳至今的邏輯法則。
  • 《手術兩百年》這部豆瓣高分紀錄片,劇透慎入!
    近期,中央電視臺紀錄片頻道播出了一部刷爆朋友圈的紀錄片——《手術兩百年》。 這部紀錄片開創了我國醫學類紀錄片之先河。短短8集,央視攝製組走訪了12個國家,採訪國內外重量級專家50餘位,拍攝了整整3年。
  • 為什麼說布爾代數是計算機的基本運算方式
    為什麼說布爾代數是計算機的基本運算方式
  • 用數學和邏輯學構建人工智慧基礎
    在現場,北京航空航天大學自動化學院秦曾昌教授通過主題演講,分享了在人工智慧(AI)與計算思維的領域的一些探索和思考。 秦曾昌表示,人類的認知可以被近似看成是一種系統的信息處理過程,這個研究思路基本奠定了今天人工智慧研究的基礎。
  • 從萊布尼茨到馮諾依曼
    亞里斯多德的邏輯從古希臘到萊布尼茨那個年代統領希望邏輯學整整達1千多年的時間。亞里斯多德的最大貢獻是他用字母A、E、I、O表示命題,提出三段論推理以及範疇論等。總起來說他的邏輯就是推理。而萊布尼茨的貢獻是把亞里斯多德的推理改造成演算。萊布尼茨的演算就是所謂的「理性演算」。可是在萊布尼茨那個時代,他也不過就是提出個構想,以及初步的論證,並沒有寫成著作。
  • 兩本已完結的學霸類小說,輕鬆有趣,還能長知識
    大家好,我是小葉,今天給大家帶來兩本已完結的學霸類小說,輕鬆有趣,還能長知識,喜歡學霸類型的書友不要錯過哦。一、學霸的黑科技系統 晨星LL標籤:都市 系統 學霸 超級科技狀態:完結字數:447.7萬小葉書評:這本小說在兩年前學霸文流行的時候可以說是最紅的小說了,在起點暢銷榜和科幻榜長時間名列前茅,人氣高得不得了,所以小葉養到一百多萬字的時候就開始宰了,當時一口氣讀到最新章節,閱感還是很順暢的。
  • 從「神經網絡之父」到「人工智慧教父」|Geoffrey Hinton的傳奇...
    2013年,Hinton 加入谷歌並帶領一個AI團隊,他將神經網絡帶入到研究與應用的熱潮,將「深度學習」從邊緣課題變成了谷歌等網際網路巨頭仰賴的核心技術,並將HintonBack Propagation(反向傳播)算法應用到神經網絡與深度學習。
  • 揚·克裡克:前往人工智慧的未來,要先回到中國的歷史
    人工智慧帶給我們開展思想實驗的寶貴機會。有專家預測,人工智慧最終可能取代人類,甚至主宰人類命運。如果讓人工智慧發展出獨立的思想,它將有怎樣的欲望和野心?它存在的意義又會是什麼呢?後人類時代的人工智慧還會不會繼續進行科研,探索宇宙奧秘呢?它會像我們一樣欣賞藝術嗎?它的文化維度又會是怎樣的?
  • 《學霸的黑科技系統》完本!網友:不可多得的學霸流小說
    5月18日,《學霸的黑科技系統》發布最後一章「尾聲」,隨後作者晨星LL發表完本感言,一部「學霸流」神書就此完結。《學霸的黑科技系統》由閱文集團大神作家「晨星LL」於2018年2月起連載於起點中文網,連載期間,該書收穫4萬均訂,榮登2019年起點月票總榜第9,該書作者晨星LL也憑本書一舉封神。
  • 青春文:江慕淺夏,舞動青春,路學霸,請讓讓
    青春文:江慕淺夏,舞動青春,路學霸,請讓讓人生好似調味盤,酸的是惆悵,苦的是鍛鍊,辣的是過程,甜的是成長。唯有閱讀才能打開每個人的心扉。今天小編就給書友們強推青春文:江慕淺夏,舞動青春,路學霸,請讓讓。書友們如果喜歡,就趕快收藏吧!
  • 從學霸到影星,從清華到北大,她憑什麼如此優秀?
    她之所以引起人們的廣泛關注,並不是因為她是學霸,曾被清華和北大爭搶;而是她棄「文」從「藝」,開啟影視演員、流行樂歌手、舞者3路發展模式。筆者第一次知道她,是因為她參加了《創造營2020》這檔綜藝節目。 她應該說是舞蹈界的第一學霸。李丞汐自小學習成績優異,沒有因為學習舞蹈而落下課程。高三這麼緊張的時刻,她都堅持每周去上3次舞蹈課,但是她的成績一直雄踞年級前10名。
  • 零奈登場,風太郎花落誰家?不少粉絲期待《五等分新娘》結局魔改
    從動畫到漫畫的霸榜,還是挺厲害的。#五等分的花嫁#如今時隔挺久,終於迎來了它的第二季動畫作品,漫畫已經完結的它,諸位有看了嗎?6人行的感覺,卻有了一個「正宮」,這個她的身份讓多少人掉了眼鏡?《五等分的花嫁》說到這估計不少小夥伴猜到我說的是哪一部了,沒錯就是《五等分的花嫁》,講述了一位學霸少年風太郎為了家裡生計而給5位富家女子補習的有趣互動,其中5位小姐姐在相處中都對風太郎產生好感,但只有一位會成為「命中的新娘」,而且風太郎年幼曾遇到一位小美女(零奈)也是5位中的一個,最終贏家會是誰,第二季會揭曉嗎?
  • 前方高能:學霸們的「表白情書」,能甜到你心裡去!
    但我們說超人在拯救世界的時候,也會抽空談場戀愛,所以學霸也不例外。但學霸就是學霸,即使是向心中喜歡之人表白的表白情書,也是腦迴路清奇,要我說,一般人還真看不懂!下面就讓我們來看看學霸們的高能「表白情書」,確實是能讓你甜到心裡去,前提是你能看懂。數學專業:敢選數學專業的,腦子都好使,而數學專業的學霸,那更是其中的佼佼者。
  • 央視高分紀錄片《手術兩百年》推薦
    歷時3年豆瓣9.4分央視科學紀錄片《手術兩百年》的第七集「眾病之王」,給出了答案。 一群身患癌症的病人,在孔明燈上寫下「重燃生命」四字 在《手術兩百年
  • 南開大學百年校慶,激發考研動力!學霸分享衝刺南開大學考研經驗
    南開大學百年校慶,你第一時間想到的是什麼呢?沒錯,她是我們敬愛的周總理的母校,南開大學是國家首批211工程、985工程、世界一流大學和一流學科建設高校,被譽為「學府北辰」。南開大學始於1904年,正式成立於1919年,是由由嚴修、張伯苓秉承教育救國理念創辦的綜合性大學,歷經滄桑輾轉於1946年回天津復校並改為國立;新中國成立後,成為文理並重的全國重點大學。