No.429 「图灵奖得主巡礼」第3届图灵奖得主、汉明码发明者、差点被FBI当成间谍给判刑的理查德·韦斯利·汉明

理查德·韦斯利·汉明(Richard Wesley Hamming,1915 年 2 月 11 日-1998 年 1 月 7 日)是一位美国数学家,他的杰出工作对计算机工程和电信领域带来了深远的影响。他的贡献包括汉明码(利用汉明矩阵)、汉明窗、汉明数、球堆积(或称汉明界)、汉明图概念以及汉明距离。这些概念和方法不仅在数据通信和编码理论中起到了关键作用,而且在信息处理、数字信号处理以及计算机科学等领域都发挥了重要的作用,为现代通信和计算技术的发展打下了坚实的基础。

Hamming 码:他最著名的贡献是 Hamming 码,这种错误检测和纠正码对于确保数据的可靠传输和存储至关重要。Hamming 码能够在数据传输或存储过程中检测和纠正错误,为通信系统和计算机存储系统提供了强大的容错能力。

Hamming 距离:Hamming 距离是一种衡量两个等长字符串(或其他数据结构)之间差异的重要方法。在信息理论、计算机科学和生物信息学等多个领域,Hamming 距离都具有广泛的应用,用于比较序列、编码和模式识别等任务。

Hamming 窗:在信号处理领域,Hamming 窗作为一种窗函数被广泛应用于改善频谱分析的效果。通过减少频谱泄漏和窗口边缘效应,Hamming 窗能够有效地提升信号处理的精度和准确性。

数字滤波器和信号处理:Hamming 在数字滤波器和信号处理方面做出了重要的贡献,他的工作为数字信号处理领域的发展提供了重要的理论基础和实用技术。通过他的研究,数字滤波器的设计和优化得到了极大的改进,为数字信号处理技术的应用提供了坚实的支持。

汉明出生于芝加哥,曾就读于芝加哥大学、内布拉斯加大学和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校。在伊利诺伊大学时,他在导师 Waldemar Trjitzinsky(1901-1973)的指导下完成了他的数学博士论文。1945 年 4 月,他加入了洛斯阿拉莫斯实验室的曼哈顿计划,担任 IBM 计算机编程工作,致力于解决物理学家们提出的方程。随后于 1946 年转投贝尔电话实验室,成为该实验室的重要成员。在接下来的十五年里,他几乎参与了实验室所有最重要的成就。由于他的杰出工作,他于 1968 年获得了图灵奖,成为第三位获此殊荣的人。

汉明于 1915 年 2 月 11 日出生于伊利诺伊州芝加哥,是信贷经理理查德·J·汉明(Richard J. Hamming)和梅布尔·G·雷德菲尔德(Mabel G. Redfield)的儿子。他在芝加哥长大,就读于克瑞恩技术高中和克瑞恩初级学院。

最初,汉明有意学习工程学,但由于大萧条时期经济困难,他只得获得了一份来自芝加哥大学的唯一奖学金。然而,芝加哥大学并没有工程学院,因此他转而成为一名理科生,主攻数学,并于 1937 年获得理学学士学位。事后,他认为这是一次幸运的转折。“假如当初我学了工程,”他曾说,“可能我就只是一个在沙井里忙碌的工程师,而不是享受前沿研究工作的乐趣。”

1939 年,他获得了内布拉斯加大学的文学硕士学位后,进入了伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校,师从 Waldemar Trjitzinsky,撰写了博士论文《线性微分方程边值理论中的一些问题》。他的论文实际上是对特尔吉津斯基工作的延续,研究了格林函数,并且进一步改进了雅各布·塔马尔金的特征解方法。在攻读研究生期间,他还发现并阅读了乔治·布尔的《思想法则》。

1942 年,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校授予了汉明哲学博士学位,随后他成为了该校的数学讲师。1942 年 9 月 5 日,他与同学 Wanda Little 结了婚,她不久前获得了英国文学硕士学位。他们一直维持着这段婚姻,直到他去世,但他们没有孩子。1944 年,他成为了肯塔基州路易斯维尔大学 J.B. Speed 科学学院的助理教授。

由于二战仍在进行中,汉明于 1945 年 4 月离开了路易斯维尔,前往汉斯·贝特(Hans Bethe)领导的洛斯阿拉莫斯实验室(Los Alamos Laboratory),加入了曼哈顿计划。他的任务是为物理学家们提供的方程编写 IBM 计算机程序。他的妻子旺达(Wanda)也很快跟随他的脚步,加入了洛斯阿拉莫斯实验室。

汉明一直留在洛斯阿拉莫斯,直到 1946 年,他接受了贝尔电话实验室(BTL)的职位。为了去新泽西旅行,他买了克劳斯·福克斯的旧车。后来,在福克斯被揭穿为间谍之前几周,他卖掉了车,联邦调查局认为这个时机可疑,足以审问汉明。尽管汉明将他在洛斯阿拉莫斯的角色描述为“计算机管理员”,但他看到了在实验室不可能进行的实验的计算机模拟。并且,他在洛斯阿拉莫斯实验室工作期间,他对一些不寻常的计算问题的研究引起了怀疑。特别是在处理与原子弹设计相关的复杂计算时,他的行为引起了一些人的疑虑。由于他对一些看似敏感的问题进行了深入的研究,并且没有完全向其他科学家解释他的工作内容,因此他受到了怀疑。然而,最终他被证明是无辜的,他的研究仅仅是出于对科学的兴趣和责任感。

虽然被怀疑间谍,但是他仍然将大量时间花在计算机上。1947 年的一个星期五,在他回家之前,他让机器在周末执行一系列漫长而复杂的计算,却发现当他周一早上到达时,早些时候发生了错误。过程和计算出现错误。数字机器将信息处理为零和一的序列,图基将这些信息单位命名为“位”。如果序列中的单个位错误,则整个序列都会错误。为了检测这一点,使用奇偶校验位来验证每个序列的正确性。汉明推断:“如果计算机能够判断错误何时发生,那么肯定有一种方法可以判断错误所在,以便计算机能够自行纠正错误。”

汉明对如何解决这个问题产生了深厚的兴趣,并意识到这个问题将具有广泛的应用。他自己研究了3年,在 1950 年发表的一篇具有里程碑意义的论文中,他引入了两个码字不同的位置数量的概念,以及因此需要多少变化才能将一个码字转换为另一个码字,这就是今天所称的汉明距离。汉明由此创建了一系列数学纠错码,称为汉明码。这一创新不仅解决了电信和计算机科学中的一个重要问题,而且开辟了一个全新的研究领域。

在编程方面,他也非常有见地。在20世纪50年代,他参与了对最早的计算机之一 IBM 650 的编程,并与 Ruth A. Weiss 共同开发了 L2 编程语言,这是最早的计算机语言之一。外部用户通常将其称为 Bell 2。但随着1957年贝尔实验室的 IBM 650 被 IBM 704 取代,Fortran 取代了 L2。

汉明于 1958 年至 1960 年期间担任计算机协会主席。在1960年,他预测有一天贝尔实验室预算的一半将用于计算。尽管他的同事们对这个数字感到惊讶,但事实证明他的预测还远远低于实际情况。他的科学计算哲学在他的《科学家和工程师的数值方法》(1962 年)中被表达为:“计算的目的是洞察力,而不是数字。”这一观点强调了计算的真正目的,即为了洞察问题的本质,而不仅仅是为了生成数字结果。

在后来的生活中,汉明对教学产生了兴趣。在 1960 年至 1976 年离开贝尔实验室的期间,他在斯坦福大学、史蒂文斯理工学院、纽约城市学院、加州大学欧文分校和普林斯顿大学担任客座教授或兼职教授。作为一个年轻的科学家,汉明对年长的科学家感到不满,他认为他们浪费了宝贵的空间和资源,这些资源本可以更好地被年轻的科学家利用。他指出,在贝尔实验室的前半段职业生涯中,他几乎参与了所有列出的工作或与之有联系,但在后半段则没有。当时,汉明已经是贝尔实验室的年长科学家了,他觉得他呆在这个位置上,已经不可能产生对社会有益的贡献。不如,离开吧。因此,他决定放弃终身职位,在“享福”的黄金年龄激流勇退。我说的“享福”是加了引号,因为很多科学家,在获得了研究成果之后,就成了“学术混混”,利用自己的名声敛财。这一点,我是非常敬佩他的。

我觉得这个现象在很多国家都有,尤其是在等级森严的国家里,年长的老人占据着重要的位置,掌握着资源。而年轻的人,就算是条龙,他得憋着,熬着。而且,社会舆论也偏向于专打出头鸟。比如,最近有一个在网上跳舞的妹子,自称是律师。然后,就被网友喷完了,理由是律师代表着正义。律师只是360行中的一行,你不要附加太多的想法在一个职业上。如果你觉得律师代表正义,那你肯定是没经历过任何官司,比如,你跟公司没有劳动法上的纠纷。只要你有过那么一两次纠纷,请过律师,你就不仅对律师祛魅,而且会对法律祛魅。不要看一些地方,比如美国,喜欢讲公平,还会搞个天平出来,显示自己不偏不倚,公正不阿,那基本上都是骗鬼的。更不要说,有些地方远不如美国了,你讲法律,我就想笑。比如,这个跳舞的律师,就因为跳舞,被喷惨了,法律能保护她跳舞的权利么?当然不能了。

你只要打开直播网站,讲考驾照的可以展示自己的大长腿,搞美妆搞丰胸的更不要说,那些明星,哪个又不是呢?连教C++的都找一个C++的美女来讲……我是非常支持这样做的,我就问你,但凡精神正常,谁会去听C++的课程?又枯燥又无味,但是,如果有人C++的女生在讲C++,你是不是心情就好了很多啊?我之所以录podcast,并不是因为我正经,而是我没有条件穿个包臀扭来扭去,并且还能吸引到正经人。但凡我有一点颜值,谁会躲在话筒后面呢?吴彦祖录Podcast么?TFBoys录Podcast么?人家用不着!

作为一个程序员,我认识不少做软件的朋友,我曾问他们,能不能给我整个美颜软件,让我头发浓密一点,大约美颜成低配吴彦祖就行。我也想赚点擦边钱。我那朋友真诚的看着我,他说:栋哥,我真帮不了你。你不要怪我,怪就怪Nvidia,目前的算力无法做到把你美颜成低配吴彦祖的能力。我说,那再等几年呢?他说,这要看Nvidia的实力了,就看你苍老的速度与Nvidia算力提升的速度之间,谁更快了。所以,建议你还是继续录Podcast。

所以,继续录Podcat,汉明把资源让给年轻人之后。1976 年,他搬到加利福尼亚州蒙特雷的海军研究生院,担任计算机科学的兼职教授和高级讲师。他依旧不担任领导职位,专注于教学和写作。他指出:“目前的数学教学方式极其枯燥。在我们校园目前使用的微积分书中,我没有发现任何一个我认为学生会关心其答案的问题!但结果对生活没有任何意义。”他于 1997 年 12 月发表了最后一次演讲,就在几周后,他于 1998 年 1 月 7 日因心脏病去世。

最后,科学家以学术闻名,所以,还是得推荐他出名的演讲与书。他有一本书叫《The Art of Doing Science and Engineering: Learning to Learn》还有他比较出名的一次演讲是《You and Your research》有兴趣的,可以去YouTube上搜一下,这是他在去世前2年做的演讲。当然,在很多国家,并没有他这样的条件,如果你按照他说的那样去做,很可能连毕业证都拿不到。但是,我们总是要有些梦想么,就像走在一条黑暗的隧道里,像汉明这种人,就是隧道口那一点亮光。

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小码哥
6 天 前

哈哈,点赞。我要去让我的颜值发挥一点作用。

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