Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта - Сергей Сергеевич Марков
В 1819 г. Бэббидж впервые посетил Париж, где познакомился с несколькими ведущими членами Французской академии наук, в том числе с математиками Пьером-Симоном Лапласом и Жозефом Фурье, с которыми его связала крепкая дружба. По всей видимости, именно во время этого визита Бэббидж узнал о великом французском проекте по созданию логарифмических и тригонометрических таблиц, организованном бароном Гаспаром де Прони, и именно этот проект вдохновил Бэббиджа на дело всей его жизни.
Де Прони начал свой проект в 1790 г., вскоре после Французской революции. Новое правительство планировало реформировать многие из древних институтов Франции и, в частности, создать справедливую систему налогообложения имущества. Для этого были необходимы современные карты Франции, создание которых было поручено де Прони, назначенному главой Кадастрового бюро Франции. Его задача была усложнена тем, что правительство одновременно решило заменить старую королевскую систему мер и весов путём введения новой метрической системы. Это потребовало от Бюро создания полного набора тригонометрических и логарифмических таблиц для французского кадастра. На тот момент это был самый крупный проект по изготовлению таблиц, который когда-либо знал мир, и де Прони решил положить в его основу принципы фабричного производства. Он принял за основу самый известный экономический текст своего времени — «Богатство народов» Адама Смита, опубликованный в 1776 г. В нём Смит отстаивал принцип разделения труда, который проиллюстрировал на примере производства булавок. Смит демонстрировал, что создание булавки можно разделить на несколько отдельных операций: нарезку проволоки на части, формирование головки булавки, заточку, полировку, упаковку и так далее. Специализация каждого работника на какой-либо одной операции приводила к росту производительности труда по сравнению с ситуацией, когда один человек выполнял все операции сразу.
Де Прони решил применить тот же метод в стоящей перед ним задаче — то есть в некотором смысле организовать производство логарифмов на тех же принципах, на которых было основано производство булавок. Де Прони разделил свою «фабрику по производству таблиц» на три отдела: первый состоял из нескольких выдающихся математиков, в число которых входили Адриен Мари Лежандр и Лазар Карно. В задачи этого отдела входил выбор математических формул для расчётов. Им подчинялся небольшой второй отдел, включавший контролёров, своеобразных «менеджеров среднего звена», которые организовали вычисления и занимались сведением результатов, подготавливая их к печати. И наконец, третий и самый большой отдел состоял из 60–80 людей-вычислителей. Вычислители использовали в своей работе «метод разделённых разностей», основанный на выполнении всего лишь двух основных операций: сложения и вычитания, что не требовало от них ни специальных математических знаний, ни высокой квалификации. По большей мере вычислители были бывшими парикмахерами, потерявшими работу из-за того, что причёски аристократии стали одним из самых ненавистных символов старого режима[175].
Понять принцип метода разделённых разностей несложно, это вам не бином Ньютона… Хотя подождите, упс… На самом деле это он самый и есть, а точнее — это метод, при помощи которого можно находить коэффициенты ньютоновского интерполяционного полинома. Как самостоятельный подход метод разностей оформился в работах Брука Тейлора, но в его основе лежали ранее известные закономерности. Мы, впрочем, не будем здесь погружаться в пучины математики и даже спорить о том, кому в данном случае принадлежит приоритет в изобретении этого метода — Бруку Тейлору, Исааку Ньютону или Блезу Паскалю[176]. Ограничимся небольшим примером. Предположим, что мы хотим рассчитать последовательные значения функции y = x3. Давайте посмотрим, как начинается этот ряд: при x, начинающемся с нуля, y принимает последовательно следующие значения: 03 = 0, 13 = 1, 23 = = 8, 33 = 27, 43 = 64, 53 = 125 и так далее.
Теперь посчитаем разности между соседними числами в этой последовательности (так называемые разности первого порядка).
Теперь по аналогии рассчитаем разности второго порядка, находя разности между соседними числами в полученной нами на прошлом шаге последовательности разностей первого порядка.
Теперь вычислим разности третьего порядка.
Мы видим, что разности третьего порядка постоянны. Как бы долго мы ни продолжали исходную последовательность, в данном случае разности третьего порядка будут неизменно представлять собой шестёрки. Если бы исходный многочлен имел степень 4, например y = x4 или y = 2x4 + 3x2 + 5x + 1, то нам пришлось бы использовать уже четыре порядка разностей, и в четвёртом порядке мы снова получили бы неизменные значения. Используя эту закономерность, несложно теперь продолжить исходную последовательность. Поскольку четвёртой разностью третьего порядка у нас будет всё та же шестёрка, мы можем вычислить пятую разность второго порядка: 24 + 6 = 30. Теперь шестую разность первого порядка: 61 + 30 = 91 и, наконец, седьмой элемент исходной последовательности: 125 + 91 = 216. И действительно, 63 = 216.
Расчёты в рамках проекта де Прони заняли около десятилетия, в 1801 г. таблицы были готовы к печати, однако их изданию помешала череда финансовых и политических кризисов, в которую погрузилась Франция начала XIX в. Необходимая для печати сумма средств так никогда и не была найдена, и единственным результатом проекта, доступным Бэббиджу в 1819 г., стала рукописная версия таблиц, хранившаяся в библиотеке Французской академии наук.
2.4.2 Доработка таблиц «Морского альманаха». Первая модель разностной машины
В 1820 г., вернувшись в Англию, Бэббидж вместе с Джоном Гершелем становятся участниками собственного проекта, связанного с табличными расчётами. Только что основанное Астрономическое общество поручает им заняться улучшением астрономических таблиц «Морского альманаха» (The Nautical Almanac). Это издание вело свою историю с 1766 г., когда британское правительство поручило его ежегодный выпуск королевскому астроному Нэвилу Маскелайну. Маскелайн неслучайно стал руководителем одного из первых в мире постоянных проектов по подготовке математических таблиц[177] (первым подобным проектом был всё же
