Исследования леди Августы Ады Лавлейс

Размещено на http://allbest.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. БИОГРАФИЯ

2. ПОКОРЕНИЕ ВЕРШИН МАТЕМАТИКИ

3. ОСНОВНЫЕ ИДЕИ РАБОТЫ АДЫ ЛАВЛЕЙС "ПРИМЕЧАНИЯ ПЕРЕВОДЧИКА"

4. ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ АДЫ ЛАВЛЕЙС

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

За свою долгую жизнь Чарлз Бэббидж написал более 80 заметок, статей и книг по самым различным вопросам. Однако подробное изложение принципов работы разностной и аналитической машин сделано не им (Бэббидж говорил, что слишком занят созданием машин, чтобы еще заниматься и их описанием). Разностная машина весьма детально описана в упоминавшейся уже статье Ларднера, аналитическая -- в статье Л.Ф. Менабреа, переведенной на английский язык леди Лавлейс.

Леди Лавлейс не только перевела отчет Менабреа, но и дополнила его собственными комментариями, свидетельствующими о замечательном понимании ею принципов работы вычислительных машин Бэббиджа. Кроме того, она привела ряд примеров практического использования машин и, выражаясь современным языком, составила программу вычисления чисел Бернулли по довольно сложному алгоритму.

В то время как статья Менабреа касается в большей степени технической стороны дела, комментарии леди Лавлейс посвящены в основном математическим вопросам. По этой причине статья Менабреа представляет сейчас лишь исторический интерес, поскольку современные вычислительные машины построены на иных технических принципах, тогда как комментарии Лавлейс заложили основы современного программирования, базирующегося именно на тех идеях и принципах, которые были ею здесь высказаны.

1. БИОГРАФИЯ

Авгумста Амда Кинг (урождённая Бамйрон), графиня Ламвлейс (англ. Augusta Ada King Byron, Countess of Lovelace, обычно упоминается просто Ада Лавлейс (10 декабря 1815, Лондон, Великобритания -- 27 ноября 1852, там же) -- математик. Известна прежде всего созданием описания вычислительной машины, проект которой был разработан Чарльзом Бэббиджем. Составила первую в мире программу (для этой машины). Ввела в употребление термины «цикл» и «рабочая ячейка», «хранилище» (память), «мельница» (процессор), считается первым программистом в истории.

Рожденная 10 декабря 1815 года, Ада была единственным законнорожденным ребёнком английского поэта Джорджа Гордона Байрона и его жены Анны Изабеллы Байрон (Анабеллы). Анна Изабелла Байрон в лучшие дни своей семейной жизни за своё увлечение математикой получила от мужа прозвище «Королева Параллелограммов». В первый и последний раз Байрон видел свою дочь через месяц после рождения. 21 апреля 1816 года Байрон подписал официальный развод и навсегда покинул Англию.

Девочка получила первое имя Огаста (Августа). После развода её мать и родители матери никогда не называли её этим именем, а называли Адой. Более того, из семейной библиотеки были изъяты все книги её отца.

Мать новорождённой отдала ребёнка родителям и отправилась в оздоровительный круиз. Вернулась она уже тогда, когда ребёнка можно было начинать воспитывать. В различных биографиях высказываются различные утверждения относительно того, жила ли Ада со своей матерью: некоторые утверждают, что её мать занимала первое место в её жизни, даже в браке; по другим источникам, она никогда не знала ни одного родителя.

Миссис Байрон пригласила для Ады своего бывшего учителя -- шотландского математика Огастеса де Моргана и знаменитую Мэри Сомервилль, которая перевела в свое время с французского «Трактат о небесной механике» математика и астронома Пьера-Симона Лапласа. Именно Мэри стала для своей воспитанницы примером для подражания.

Когда Аде исполнилось семнадцать лет, она смогла выезжать в свет и была представлена королю и королеве. Имя Чарльза Бэббиджа юная мисс Байрон впервые услышала за обеденным столом от Мэри Сомервилль. Спустя несколько недель, 5 июня 1833 года, они впервые увиделись. Чарльз Бэббидж в момент их знакомства был профессором на кафедре математики Кэмбриджского университета. Позднее она познакомилась и с другими выдающимися личностями той эпохи: Майклом Фарадеем, Дэвидом Брюстером, Чарльзом Уитстоном, Чарльзом Диккенсом и другими.

2. Первое знакомство с разностной машиной

К 1834 году относится знакомство Ады с разностной машиной Бэббиджа. Ада посещает публичные лекции Д. Ларднера о машине. После первого посещения Ада стала часто бывать у Бэббиджа, иногда в сопровождении миссис де Морган.

Рис. 1. Машина Бэббиджа

В 1835 году Ада Байрон в возрасте девятнадцати лет вышла замуж за лорда Кинга, который впоследствии стал графом Лавлейс. Замужество Ады не отдалило её от Бэббиджа и их исследования. В начале знакомства Бэббиджа привлекли математические способности девушки. В дальнейшем он нашёл в ней человека, который поддерживал все его смелые начинания. Ада была почти ровесницей его рано умершей дочери. Всё это привело к тёплому и искреннему отношению к Аде на долгие годы.

В дополнении к частым личным встречам между Адой Лавлейс и Бэббиджем велась оживлённая переписка.

2. ПОКОРЕНИЕ ВЕРШИН МАТЕМАТИКИ

1. От светской и семейной жизни - к глубинам математики

У супругов Лавлейс в 1836 году родился сын, в 1838 - дочь и в 1839 - сын. Естественно, что это оторвало Аду на время от занятий математикой. Но вскоре после рождения третьего ребёнка она обращается к Бэббиджу с просьбой подыскать ей преподавателя математики. При этом она пишет, что имеет силы дойти так далеко в достижении своих целей, как она этого пожелает.

С начала 1841 года Лавлейс серьёзно занялась изучением машин Бэббиджа. В одном из писем к нему Ада пишет: "Вы должны сообщить мне основные сведения, касающиеся Вашей машины. У меня есть основательная причина желать этого". В письме от 12 января 1841 года она излагает свои планы: "…Некоторое время в будущем (может быть в течение 3-х или 4-х, а возможно, даже многих лет) моя голова может служить Вам для Ваших целей и планов…Именно по этому вопросу я хочу серьёзно поговорить с Вами". Это предложение было с признательностью принято Бэббиджем. С того времени их сотрудничество не прерывалось и дало блестящие результаты.

В октябре 1842 года была опубликована статья Менабреа, и Ада занялась её переводом. Впоследствии Бэббидж вспоминал, что, узнав о переводе, спросил Аду, почему она не написала самостоятельной статьи по этому вопросу, с которым была так хорошо знакома. На это леди Лавлейс ответила, что эта мысль не пришла ей в голову. Тогда Бэббидж предложил ей написать примечания к этой статье, и она приняла эту идею.

2. Совместный труд над работой жизни

План и структуру примечаний они вырабатывали совместно. Закончив очередное примечание, Ада отсылала его Бэббиджу, который редактировал его, делал различные замечания и отсылал. Работа была передана в типографию 6 июля 1843 года.

Несмотря на принципиальное согласие, иногда им приходилось нелегко, т.к. столкнулись две яркие индивидуальности со своими взглядами, привычками, манерой работы. Бэббидж мог перепутать отдельные страницы, иногда даже терял их, по нескольку раз правил одни и те же листы и не заглядывал в другие. Это раздражало аккуратную Лавлейс. В свою очередь Ада болезненно воспринимала некоторые замечания Бэббиджа. Но, несмотря на некоторые неувязки и порой даже резкий тон, они работали совместно, хорошо понимая друг друга.

Центральным моментом работы Лавлейс было составление программы (чисел) вычисления чисел Бернулли. Она пишет Бэббиджу: "Я хочу вставить в одно из моих примечаний кое-что о числах Бернулли в качестве примера того, как неявная функция может быть разрешимой с помощью машины без того, чтобы предварительно быть вычисленной с помощью головы и рук человека".

Бэббидж не только прислал необходимые данные, но и составил последовательность действий, лежащую в основе программы. Однако при этом он допустил ошибку, обнаруженную Адой. Об окончании составления программы она известила его 19 июля.

3. Рождение первенца и критическое перенапряжение

Августа Ада Лавлейс работает с большим напряжением. В письмах к Бэббиджу она неоднократно жалуется на утомление, болезни, плохое самочувствие. Наконец, 6 августа Бэббидж отсылает Аде свои последние замечания и просит передать всё в типографию. В конце августа 1843 года перевод статьи Менабреа с примечаниями Лавлейс вышел в свет.

Бэббидж был очень доволен и, отдавая дань обоим авторам, писал: "Эти работы (Менабреа и Лавлейс), взятые вместе, представляют для тех, кто способен понимать рассуждения, полную демонстрацию того, что все действия и операции анализа могут быть выполнены с помощью машин".

Менабреа был удивлён, обнаружив свою статью не только хорошо переведённой, но и снабжённой обширными и глубокими комментариями и замечаниями. Статья переведена неизвестным для Менабреа математиком, а каждое замечание было подписано инициалами A.A.L/(Ada Augusta Lovelace).

Каково же было восхищение Менабреа, когда после длительных выяснений он узнал, что за этими инициалами кроется 28-ми - летняя леди Лавлейс.

3. ОСНОВНЫЕ ИДЕИ РАБОТЫ АДЫ ЛАВЛЕЙС "ПРИМЕЧАНИЯ ПЕРЕВОДЧИКА"

Скромные по названию "Примечания переводчика" более чем вдвое превышают текст переведённой статьи (статья Менабреа занимает 20 страниц, а примечания - 50). Всего 8 примечаний, посвящённых, в основном, трём взаимосвязанным вопросам уточнения и пояснения для читателя некоторых принципов и особенностей работы аналитической машины; рассмотрение теоретических возможностей машины; программирование решения задач на этой машине.

В примечании А Лавлейс сравнивает две машины - разностную и аналитическую. Она отмечает, что вычислительная машина представляет собой совершенно иную область науки и техники и уделяет внимание выработке соответствующей терминологии. По определению Лавлейс, аналитическая машина представляет собой воплощение науки об операциях и сконструирована специально для действий над абстрактными числами как объектами этих операций.

По существу, она впервые в научном плане (и вполне обоснованно) ставит вопрос о возможности получения с помощью вычислительной машины результатов, аналогичных результатам, полученным в процессе художественного творчества. В основном же примечание Ады относятся к сравнительной оценке двух машин. Лавлейс пишет, что аналитическая машина по сравнению с разностной играет такую же роль, какую математический анализ по отношению к арифметике. Лавлейс делает принципиальный вывод об отсутствии ограничений для математических возможностей аналитической машины. В терминах 20 века можно было бы сказать об алгоритмической универсальности аналитической машины: любой алгоритм в принципе может быть реализован.

Лавлейс по достоинству оценила значение изобретений, лежащих в основе ткацкого станка Жаккара (перфокарт и соответствующих механизмов) и применённых Бэббиджем для управления аналитической машины. Она образно описала значение перфокарт: "Карты только указывают сущность операций, которые должны быть совершены, и адреса переменных, на которые эти действия направлены. Можно сказать достаточно точно, что аналитическая машина ткёт алгебраические удары, как ткацкий станок Жаккара - цветы и листья".

Также в примечаниях В Лавлейс рассматривает запоминающие устройства (склад) аналитической машины и покрывает возможность записи в любом регистре любого числа. Она поясняет читателю, что "склад" аналитической машины представляет собой (пользуясь современной терминологией) оперативное устройство (запоминающее), позволяющее записывать, стирать, хранить и извлекать любые числа, над которыми можно произвести любую последовательность арифметических операций, причём на всех этапах сохранять промежуточные результаты вычислений.

В примечании С Лавлейс объясняет читателю изобретённый Бэббиджем и упомянутый в статье Менабреа способ возврата одиночной перфокарты или группы перфокарт с целью их повторного использования любое число раз.

Повторное использование имеет существенное значение, т.к. при решении задач очень часто возникает необходимость в многократном повторении той или иной последовательности команд. Возможность такого повторения значительно упрощает составление программы.

Примечание D представляет существенный интерес для истории программирования. Здесь приведена программа машинного решения системы двух линейных уравнений с двумя неизвестными. Лавлейс впервые применяет термин "рабочая переменная", эквивалентный современному - "рабочая ячейка". Этот термин Лавлейс использует для обозначения трёх типов колонок памяти:

· С заранее установленными данными;

· Хранящими конечные результаты вычислений;

· Содержащие промежуточные результаты вычислений.

Эти виды рабочих ячеек выделяются и в современных руководствах по программированию. Лавлейс предлагает при выполнении операции сложения её результат записывать на ту же колонку памяти, где до этого хранилось одно из слагаемых (делается для экономии памяти). Для обозначения такой операции она пользуется двумя формами записи. Более краткая форма

аналогична той, которая применялась в одном из алгоритмических языков - Фортране.

В примечании Е Лавлейс уточняет и развивает соображения Менабреа о возможности расчёта на аналитической машине функций вида:

,

.

В этом же примечании Лавлейс впервые вводит понятие цикла операций, а также понятие цикла циклов.

В примечании F содержится, в частности, интересное замечание Лавлейс о возможностях аналитической машины получать решение такой задачи, которую из-за трудностей вычислений практически невозможно решить вручную. Здесь (устройство) машина рассматривается не как устройство, заменяющее человека, а как устройство, способное выполнять работу, превышающую практические возможности человека.

В заключительном примечании G дана программа вычисления чисел Бернулли, в которой Лавлейс продемонстрировала возможность программирования на аналитической машине.

Немалое значение для истории науки представляет вопрос: насколько точно и удачно Лавлейс реализовала свою идею - составление машинной программы для решения сравнительно сложной задачи? Проверить вручную подобную программу весьма затруднительно - желателен практический эксперимент на ЭВМ. Такой эксперимент был проведён в СССР в 1978 году на машине БЭСМ-6. Текст программы был закодирован на языке программирования Фортран , отладка программы выявила одну ошибку и одну опечатку. И это вполне понятно, так как написать подобную работу без проверки на компьютере и без ошибок невозможно. Ещё один важный пункт - программа Лавлейс требует минимального количества перфокарт и обеспечивает экономию памяти.

Примечание G интересно ещё и в другом отношении. Широкую известность получило высказанное Лавлейс мнение о принципиальных возможностях аналитической машины: ”Аналитическая машина не претендует на то, чтобы создавать что-то действительно новое. Машина может выполнить всё то, что мы умеем ей предписать. Она может следовать анализу. Но она не может предугадать какие-либо аналитические зависимости или истины. Функции машины заключаются в том, чтобы помочь нам получить то, с чем мы уже знакомы“.

Это высказывание сделано в конце девятнадцатого века, когда не было никаких компьютеров, но даже сегодня по этому вопросу мы остались на том же уровне: компьютеры выполняют написанные программы, но не создают ничего нового. Пока никто не смог создать ЭВМ и программное обеспечение для неё, которое обладало бы творческими возможностями. Однако широко распространились программы с "псевдоинтеллектом", но это результат лишь хорошо продуманного алгоритма.

4. ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ АДЫ ЛАВЛЕЙС

В этом реферате частично описан жизненный путь и научные исследования леди Августы Ады Лавлейс. Некоторые моменты в этой работе спорны, но это и неизбежно: прошло больше полутора веков с момента, описываемых событий. За это время мир коренным образом преобразился, изменились сами люди, их нравы, быт, традиции. Для примера: леди Лавлейс не могла ставить под примечаниями свои полные имя, фамилию, так как это считалось неприличным для девушек.

Несмотря на то, что машина Чарльза Бэббиджа так и не была построена, а программа Ады Лавлейс никогда не использовалась на практике, имена этих людей навсегда вписаны в историю развития вычислительной техники. Они сделали нечто более главное, - они заложили основы программирования и вычислительной техники, т.е. это были первые шаги человечества по этому пути.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Апокин, И.А., Майстров, Л.Е. История вычислительной техники/ И.А. Апокин, Л.Е. Майстров - М.: Наука, 1990.

2. Апокин, И.А., Майстров, Л.Е. Развитие вычислительных машин / И.А. Апокин, Л.Е. Майстров - М.: Наука, 1974.

3. Гутер, Р.С., Полунов, Ю.Л. От абака до компьютера/ Р.С. Гутер, Ю.Л. Полунов - М.: Знание, 1981.

Размещено на Allbest.ru