Лъчезар П. Томов, гл. ас. д-р

Визионер за бъдещето на изчислителната техника

Ада Байрон, или графиня Лъвлейс, е една от най-известните жени в точните науки, с принос в компютърните науки и програмирането. Тя публикува първа компютърен алгоритъм за изчисление на числата на Бернули^[i] (преди нея Сър Чарлз Бабидж, създателят на Аналитичната машина, създава други алгоритми). Нейната значимост не се изчерпва само с това – тя е визионер за бъдещето на изчислителната техника. Създателят на „Mathematica“ – Стивън Волфрам, сам гений с огромен принос в компютърните науки, ѝ посвещава специална статия, за да разкрие нейната роля в първото съвременно изчислително устройство, т.нар. Диференциална или Аналитична машина на Сър Чарлз Бабидж^[ii].

Ролята на обучението – поезията на бащата и математиката на майката

Ада Лъвлейс е дъщеря на прочутия поет Джордж Байрон и Анна Изабела Милбанк, Лейди Байрон. Тя е единственото законно дете на поета, който е имал и извънбрачни деца. Байрон напуска семейството си, когато Ада е само на 8 месеца, за да се върне да живее в Средиземноморието и по-късно да срещне смъртта си в гръцката борба за национално освобождение. Лейди Байрон е разочарована от прекаления романтизъм и меланхолия на Байрон, и вижда в нея лудостта на поета, както е описана от Платон в „Държавата“. Самата тя е високообразована и силно религиозна жена, с характер, който е в рязък контраст с този на Байрон. Поради това тя се насочва към възпитание на Ада, в което доминират математиката и логиката, като противоотрова срещу лудостта на поета, въпреки, че всъщност математиците и поетите са изненадващо сходни^[iii]. Ада не споделя нейното мнение и по-късно кръщава синовете си Байрон и Джордж. Самата Ада е кръстена така по поетични причини от баща си, тъй като това име е „кратко, древно и напевно“^[iv] . Байрон нарича майката на Ада „Принцесата на паралелограмите“, заради нейния интерес към Евклидовата геометрия. Този интерес към точните науки тя предава на дъщеря си. Обучението ѝ включва широка палитра от различни предмети като история, литература, география, езици, музика, химия, шиене, дълги часове почти всеки ден, както и упражнения по самоконтрол. Въпреки това, Ада нарича по-късно нейния подход „поетична наука“ и се описва като „анализатор и метафизик“. В обучението на Ада Байрон през годините се включват пряко или косвено Чарлз Бабидж, Август Де Морган (законите на Де Морган от булевата алгебра), Чарлз Дикенс, Майкъл Фарадей. С Бабидж тя се среща за първи път през 1833-та година, когато е все още на 17 години, на възрастта на най-големия му син. В началото той я подценява, но нейната настоятелност да говори с него по различни теми свързани с неговите интереси като учени и нивото, което тя демонстрира, го спечелват.

Ада Лъвлейс, Чарлз Бабидж и Аналитичната машина

През 1835-а година 19 годишната Ада Байрон се омъжва за Лорд Уилям Кинг, който, поради заслугите си към короната придобива титлата граф^[v] Лъвлейс. През следващите години тя е заета с раждането и отглеждането на три деца, както и учение по различни предмети, вкл. сферична тригонометрия. Неин учител е Август Де Морган, осигурен ѝ от Чарлз Бабидж след нейна молба да ѝ намери инструктор. През 1842 година Чарлз Бабидж ѝ възлага да преведе статия от Луиджи Менабреа, която описва възможностите на неговата Аналитична машина – специализиран компютър за математически изчисления, в който тя вижда по-голям потенциал. Тя превежда статията с много бележки, които са с по-голям обем от самата статия^[vi], в които дава алгоритъм за изчисляване на числата на Бернули, нейна работа съвместно с Бабидж. Към него, в бележките има визионерски разсъждения за бъдещето на изчисленията, които според някои поставят основите на компютърните науки. Статията излиза в серията „Научни мемоари“ на Ричард Тейлър през 1843г. Този алгоритъм се смята за първата публикувана компютърна програма. Аналитичната машина така и не бива завършена и тя не е тествана.

Някои от визионерските представи на Ада Лъвлейс за ролята на изчислителните машини от типа на Аналитичната машина, можем да срещнем сред преведените по-долу цитати от нейните бележки:

Ада Лъвлейс с нейното влечение към дискретната математика и логика и поради факта, че неин учител е Август Де Морган (въпреки, че той ѝ преподава анализ) разбира добре възможностите на абстрактна природа на операциите, на които е способна Аналитичната машина, и че тя е нещо отделно от самата математика, на която служи:

From Note A, p. 693

„Желателно е да се обясни, че под думата операция имаме предвид всеки процес, който променя взаимното отношение на две или повече неща, каквото и да представлява това отношение. Това е най-общата дефиниция и би могла да включи всички теми във Вселената… Също така трябва да бъдем наясно, че основна причина отделната и ясно разграничена природа на науката на операциите да е слабо уловена и като цяло слабо се е разсъждавало върху нея, е променящото се значение на много от символите, които се използват в математическата нотация. Първо, символите на операцията са често също и символи на резултатите от операциите… Второ, числата, символите на числените размери, са често също така и символите на операциите, както когато те са индексите на степените (например 2 и 32). В аналитичната машина… когато числата означават операции, а не количества (като индексите на степените), те са изписани на всяка колона или набор от колони, тези колони незабавно действат по напълно различен и независим начин.“

Ада Лъвлейс е един от малкото хора преди 20-ти век, който е разбрал, че изчисленията от математическа природа, като намирането на коефициентите на полином, който е резултат на умноженията на два други полинома, или числата на Бернули и т.н. далеч не изчерпва практическите способности на изчислителната машина. За нас може би изглежда очевидно, че компютрите са способни на всичко – да контролират процеси, да показват видео, звук, да играем игри – и все пак всичко това е изчисление с двоична логика. Това е очевидност за съвременния човек, който е отраснал с изчислителната техника. Връзката между пресмятането със символи и логиката е разбрана първо от Лайбниц и после развита от Де Морган и Джордж Буул, но пълните възможности на изчислителните машини разбира най-добре Ада Лъвлейс:

Note A, p. 694:

„Отново, аналитичната машина може да действа върху други неща освен числа, стига да са обекти, чиито взаимни фундаментални отношения могат да бъдат изразени чрез тези на абстрактната наука на операциите, и които могат да бъдат податливи на адаптации към действието на действащата нотация и механизма на машината… Да предположим, например, че фундаменталните отношения на звуците в науката за хармонията и за музикалната композиция бяха податливи на такива изрази и адаптации, машината може да композира изтънчени и научни музикални изпълнения от произволна степен на сложност или размер.“

Note A, p. 696

„Отличителните характеристики на Аналитичната машина, и това, което я прави способна да даде механизъм с такива широки способности, които да направят тази машина изпълнителната дясна ръка на абстрактната алгебра, това е въведението ѝ в принципа, който Жакард е създал за управление, чрез перфокарти на най-сложните модели в производството на брокат. В това лежи разликата между двете машини. Нищо от този сорт не съществува в Диференциалната машина. Можем да кажем най-точно, че Аналитичната машина тъче алгебрични модели също както Жакардовият стан тъче цветя и листа.“

Нещо повече, тя разбира добре и ограниченията, които една изчислителна машина има и колко е далече тя от човешкия интелект:

From Note G, p. 722

„Желателно е да се защитим от възможността за преувеличени идеи, които могат да се появят за силите на Аналитичната машина. При разглеждането на всяка нова тема, често има тенденция, първо да надценим това, което намираме за вече интересно или значително; и, второ, чрез някакъв вид естествена реакция, да подценяваме истинското състояние на случая…“

---

Автор: д-р Лъчезар П. Томов, за „Институт за прогресивно образование“

[i] What Did Ada Lovelace’s Program Actually Do? | Two-Bit History
[ii] Untangling the Tale of Ada Lovelace—Stephen Wolfram Writings
[iii] Математикът като поет – Пеат некогаш
[iv] „Short, ancient and vocalic“
[v] Earl
[vi] Sketch of The Analytical Engine