Mystic Horse: An Elegant Being分享 http://blog.sciencenet.cn/u/gl6866 中国社会科学院哲学研究所研究员

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莱布尼茨与统计学

已有 2955 次阅读 2022-1-8 09:17 |个人分类:科研备忘|系统分类:科研笔记

莱布尼茨与鲁尔相比,对宗教并不是那么感兴趣,他甚至没有进过教堂,以至于后人说他的姓氏Leibniz与“什么都不信”谐音。但与鲁尔相似的地方是对计算的痴迷。鲁尔曾提出用机器实现大脑的部分功能的理念,并付诸实践。


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雷蒙·鲁尔( Raimundus Lullus, 1232–1315)


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鲁尔的计算“器”


莱布尼茨并非第一个做出计算器的人,法国的帕斯卡(Blaise Pascal, 1623—1662)1643年左右便发明了机械计算器(Pascaline),可以做加减法演算。法国还专门颁给帕斯卡专利,让他专门生产。Pascaline有好几种规格,可以加减6位数、8位数、甚至10位数。但他的机器很精密,需要钟表匠参与制作,价格自然不菲。帕斯卡的父亲是税务官,对税务的计算感到心神疲惫,帕斯卡就设法发明了这款计算器帮助其父解决问题,同时还希望通过卖机器赚钱。不过那时法国的公务员1个月也赚不了多少钱,根本买不起他的计算器。所以在博物馆中我们还可以见到几种类型的帕斯卡的计算机。大概都是他没卖出去的库存吧。


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帕斯卡(Blaise Pascal, 1623—1662

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帕斯卡加减法计算器(Pascaline)


莱布尼茨并不满足帕斯卡已经发明过计算器。他在此基础上加上一个名为“莱布尼茨轮”(Leibniz wheel)的“步进器”(stepped rackoner),使其能做四则演算。


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莱布尼茨轮


据说 1673年到伦敦旅行时,他随身携带的一个木制计算器的模型引起了人们的极大兴趣,英国皇家学会吸收他为会员,也主要是因为这台计算器。他的这台机器是没有见到帕斯卡算术计算器的情况下独立发明的,他的新式机器在巴黎也同样受到热烈的赞扬。1674 年,莱布尼茨在法国物理学家马略特(Edme Mariotte, 16201684)的帮助下,制成了一架金属计算器,并将其呈交给巴黎科学院审查验收并当众演示。这就说明当时就是一种实用的机器,莱布尼茨是为实干家,那么他的计算器也就能够应用。


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莱布尼茨计算器


莱布尼茨充分认识到了计算器的重要性并指出,这是十分有价值的。把计算的工作交给机器去做,可以使优秀的人才从繁重的计算中解脱出来,为了制造计算器,他可没少操心费力,而且还花了不少的钱财。他花钱制作计算器的目的是要把“优秀的人才从繁重的计算中解脱出来”。这台机器也不止做了一台,2004年,德国莱布尼茨学会副主席,莱布尼茨学会学术委员会主席,德国柏林理工大学哲学系教授波塞尔(Hans Poser)在中国社会科学院哲学所做报告时,也将莱布尼茨的计算器的这一事实做了简要的回顾,他说莱布尼茨“在年轻时候曾有重要的想法,即用一种分等级的圆柱体(步进器)来解决四则运算问题。第一个是模型,使他成为英国皇家学会会员;后来又造出了三台不同尺寸的计算机,其中一台可能通过传教士送给了中国的皇帝,据说直到文革它都是有据可查的。”莱布尼茨计算器成为标准一直沿用到上个世纪中叶。直到 1948 年以前,机械计算机的制造中都还在采用此类步进器,如国际商用机器公司(IBM)所制造的手摇计算器。我曾见到上个世纪70年代天津产的手摇计算器,其原理和制造基本没有脱离莱布尼茨给出的设计框架 。


莱布尼茨出生在“三十年战争”结束不久,“威斯特伐利亚合约”签订了。战争始于波西米亚,但受创伤最重的地方却是德意志和西班牙。德意志那时只是个地理概念,是“神圣罗马帝国”的属地,被称为“帝国的沙漏颈”,说白了就是不毛之地。战后人口锐减,要想恢复元气,第一要务就是人口的生产。莱布尼茨20岁时受雇于汉诺威公爵后来职务拓展到布伦瑞克家族的编史官。他广交朋友并与之进行广泛通信,其中就包括与来华传教士白晋的多封通信。在与白晋探讨他发现二进算数时,白晋给他寄来的邵雍的先天易图,并嘱他说中国人早就发明过了,让他谨慎处理此项发明。白晋还寄给莱布尼茨一本《康熙大帝转》,后者莱布尼茨作为附录刊于《中国近事》的第二版。


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为了选帝侯的未来,他对恢复人口非常关心。他在通信中常常对不同地区提出与当地人口相关的资料。并将其分为 56 个类目,就像图书馆编目那样,涉及到人口的数量的方方面面。1694 年,他又雇了一个工匠做了一台计算器,这台机器是台能够进行12 位数字乘法运算的机器。随身戴在身边自己用,他不仅改进了自己的马车座椅,可以在路上边走边工作,这个计算器就成了他的好帮手同时,莱布尼茨还有个特点,就是能连续工作数月而不离开自己的研究课题,这一点是其他人无法望其项背。莱布尼茨式的计算机一直用到上个世纪80年代的样子。我国的原子弹的数据就是算盘加手摇计算器计算出了的。


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手摇计算器(苏联、中国、意大利、德国各一台)


终于他于 1700 年 8 月 17 日,莱布尼茨将他的“田野调查报告”写成了一份备忘录。因为,普鲁士的菲特烈亲王(Frederick I, 16571713,在位期 17011713)希望成为勃兰登堡和普鲁士联合王国的国王,也就是说,亲王想当国王了。而莱布尼茨则提出他自己的政策主张,即一个王国必须是一个有生存能力的单元,而王国的心脏地带必须是最有力量的部分。真正的力量在于人口的多寡,因为只要有了人,就有维系人口并使其繁衍的资源。这场政策辩论异常激烈,肯定有反对派,亲王的反对派则主张,普鲁士只能为拟议中的勃兰登堡-普鲁士联合王国提供一小部分力量。因而,统治者不应该是普鲁士人。莱布尼茨则坚定地站在亲王一边,他反驳到,说你们那是一个错误,紧接着为了支持自己的合理性,他非常巧妙的算了一笔“政治帐”,击败了他的政敌,他根据始于1683 年普鲁士的出生记录,在整个地区每年出生 65000 人,其中普鲁士为 22680 人。因此,普鲁士是生机勃勃的。莱布尼茨为了赢得辩论不知为什么把这个总数乘以 30,得出勃兰登堡-普鲁士联合王国的居民为 1962000 人,或大约 200 万。说实在的,莱布尼茨这话说的有点过头了,就连那时人口那时众多的英国,也只有 550 万居民。反对派无言以对,于是,莱布尼茨就根据这些数字进言建国,于是勃兰登堡—普鲁士联合王国于 1701 就成立了。国家是成立了,但正如后来的普鲁士统计史学家所言有皇室,无国家。莱布尼茨的那些数字并不那么可靠!可是当时那些反对派则哑口无言,他们手里没有数据,莱布尼茨之前做了功课,即我们现在所谓的“田野调查”,真是“事实胜于雄辩”啊。据此“王国”诞生,“亲王”变“国王”。莱布尼茨的档案材料在他去世后被封存,就连第二次世界大战期间,其档案馆前亦部署一辆虎式坦克。


莱布尼茨根本就没有康德说得那么独断,是个非常实际的人,我们见到的莱布尼茨只是个影子,冰山的一角而已。不论怎样,通过莱布尼茨的雄辩,勃兰登堡-普鲁士联合王国还是由亲王拍板决定建了起来,哪有一步到位的事情!先建国再说!从无到有。这个勃兰登堡-普鲁士联合王国就是今天的德国首都柏林地区,现在德国人为什么把柏林当成首都,勃兰登堡门则作为象征,成为德国的龙兴之地。


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以后则是威廉一世(Friedrich Wilhelm I, 1688—1740,在位期 17131740)开始的进行人口登记的。他们打着的旗号都是莱布尼茨的提出的口号:确定国力。那时莱布尼茨已经去世了。他虽然没有看到德国最后的建立,也没有看到的荣克化结果。但是他在德国建国史上起到了不可或缺作用,这个功绩是不可抹煞的。这就是以后为什么德国一定要从波恩迁都柏林的原因所在。以后我们还会继续就其统计过程反思,看在荣克化过程之前还有哪些地方值得我们借鉴和反思的。但有一点我以为是值得肯定的,就是莱布尼茨的实干精神,这一点再怎么强调也不过分。


到了20世纪,库塔(Curta)计算器问世,可以说是机械式计算器的巅峰和绝唱,流行于上世纪50年代到70年代。只有手心那么大,非常好用。从库塔问世后,再也没有任何一种有影响力的机械计算器出现了。库塔计算器,在当时可以算是工程师的随身宝器了,能在野外的工程现场提供比计算尺更为精确的计算。计算尺的计算存在大量的误读,而机械计算器的计算是没有误差的。


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库塔计算器的是库特(Curt Herzstark,1902—1998)在奥斯维辛集中营发明的。之所以叫Curta,是把他的名字Curt和姓里-tark这个发音连起来,就成了Curta。库特是位犹太人,生于奥地利维也纳。他的父亲是工程师,对库特的人生及事业影响最大,后来促成他发明库塔的人,也是他父亲。他父亲于1905年在维也纳成立的奥地利计算机器制造公司老板!从此将年幼的库塔带入了机械世界。但库塔的原理基本还是莱布尼茨计算器式的。一共生产了15万台。现在库塔非常稀少鲜见,就像徕卡、蔡司、爱能展等老镜头一样,成为Vintage级别的收藏品了。在eBay上成色好的要1.5万美金的样子。

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而且还有了玩儿库塔计算器的专业团体。真是不容易第一台能够用一只手拿着的精确计算器是机械式的,而不是电子的。它可以进行加减乘除运算,而且能够帮助计算平方根。与功能类似的计算尺不同,其计算结果至少可以精确的11位。



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