艾达·洛夫莱斯的尾注预示了计算的未来

许多科学领域都有奠基性文献：例如，艾萨克·牛顿的《自然哲学的数学原理》奠定了经典力学的物理学基础，查尔斯·达尔文的《物种起源》奠定了进化生物学基础。但只有计算机科学可以声称其基础隐藏在尾注中。

奥古斯塔·艾达·金，洛夫莱斯伯爵夫人，更广为人知的名字是艾达·洛夫莱斯，于1842年受委托翻译一篇关于世界首台通用计算机的论文。她在论文后附加了自己的注释，这些注释的篇幅是原文的三倍，并且在技术含量和哲学见解方面完全超越了原文。它们所反映出的令人印象深刻的远见卓识，使她成为最早预见到我们今天认为理所当然的计算机通用能力的人。

洛夫莱斯的父亲现在为世界各地的人们所熟知，但她从未亲自认识他。以英国浪漫主义诗歌闻名的拜伦勋爵，在所有人的描述中都是一个糟糕的丈夫和缺席的父亲。（在1812年第一次见到拜伦勋爵后，贵族卡罗琳·兰姆夫人显然称他为“疯狂、坏和危险的人物”。）洛夫莱斯的父母短暂而动荡的婚姻以拜伦夫人（原名安娜贝拉·米尔班克）指控她的丈夫虐待和不忠而告终，而这距离她女儿出生仅仅五周。尽管他们再也没有见过面，但拜伦勋爵至少对他的女儿产生了两个持久的影响。首先，她对他和他的作品保持着好奇心，并通过诗意的视角感知了她后来的大部分科学世界观。其次，拜伦夫人试图通过引导她远离文学研究，转而培养她对科学和数学的兴趣，从而保护洛夫莱斯免受她父亲反复无常的性格的影响。

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洛夫莱斯智力生涯中最重要的合作关系是与博学家查尔斯·巴贝奇的合作，她在17岁时遇到了他。1833年，他们相遇的那一年，巴贝奇已经开始设计第一台通用机械计算机，称为分析机。这个想法深深吸引了洛夫莱斯，两人成为了亲密的朋友和合作者。

如果巴贝奇成功地建造了它，他的分析机将是一项令人惊叹的奇迹。草图和规格表描绘了一个错综复杂的野兽，摇晃的齿轮柱高达15英尺，杠杆面板同步运转，数千个运动部件像蒸汽朋克管弦乐队一样一起搅动。尽管无法识别为您的笔记本电脑的祖先，但该设备非常包含了现代计算机体系结构中的大部分相同组件。它有一个中央处理单元，称为“磨坊”，用于执行算术运算、内存存储、用于读取数据和程序的输入功能，甚至还有一台打印机。

请记住，这个时代早于电子时代，因此蒸汽将为所有这些功能提供动力。每个齿轮柱堆叠了40个齿轮，每个齿轮有10个齿，标记为0到9。齿轮位置对应于一个40位数字，很像组合锁中的拨盘。磨坊可以通过涉及齿轮旋转和交换的复杂程序来处理这些数字。但将分析机与其前身区分开来的秘诀在于它是可编程的。

该设计灵感来自提花织布机，它连接到织布机上，通过穿孔卡片技术实现编织自动化，从而颠覆了19世纪的纺织工业。与提花织布机一样，分析机本可以读取穿孔卡片形式的指令。巴贝奇曾为一种早期的设备建造了一个原型，称为差分机（目前在伦敦科学博物馆展出），它可以机械地计算一组预设的操作，例如某些对数和三角函数。他放弃了它，因为他看到了机器在可编程以执行任意计算方面的更大潜力。

可编程性将机器从单纯的计算器提升为计算机。分析机本可以根据先前计算的结果来选择要遵循的指令——这种技能称为条件分支。这种能力本可以使机器能够使用诸如当今编程语言中看到的“if-else”语句和循环之类的东西来执行高级指令。尽管巴贝奇理解可编程性的力量，但他仍然将分析机视为纯粹的数学设备。只有洛夫莱斯预见到了计算机的真正潜力。

在洛夫莱斯第一次了解到分析机十年后，她受委托翻译一篇关于该主题的论文，该论文由数学家兼工程师路易吉·费德里科·梅纳布雷亚（他后来成为意大利第七任总理）撰写。洛夫莱斯拥有比梅纳布雷亚更详细的关于该引擎的知识，她纠正了他的错误，并添加了七个尾注，仅这些尾注就构成了计算史上具有里程碑意义的文件。

许多回顾都关注“注释G”，因为它包含第一个已发布的计算机程序。洛夫莱斯的程序计算伯努利数，它在称为分析的数学分支中起着关键作用。她的计算方法使用了比必要更多的计算步骤，但她故意选择这种方法来炫耀机器的功能和灵活性。尽管许多人认为她是第一位计算机程序员，但一些历史学家认为未发表的程序早于她的注释，并且从技术上讲，注释G包含的不是我们今天命名的程序，而是一个执行跟踪——程序执行期间执行的每个操作的记录。我认为这种争论毫无意义，因为我认为“第一位计算机程序员”的称号低估了她的其余注释中所蕴含的智慧。

巴贝奇将分析机视为数学设备。毕竟，它主要存储和操作数字。但洛夫莱斯认识到，如果数字代表其他事物，那么一台旨在处理数字的机器可以做更多的事情。例如，她在尾注中写道：“假设，例如，和声科学和音乐创作中音调的基本关系能够进行这种表达和调整，那么该引擎可能会创作出任何复杂程度或范围的精巧而科学的音乐作品。”现在，大约180年后，生成式人工智能工具，如Suno和Udio，可以根据基于文本的提示创作音乐。

洛夫莱斯的洞察力标志着一个深刻的概念飞跃，直到一个世纪后艾伦·图灵的工作才将其形式化：从根本上说，计算涉及根据规则操纵符号。这些符号可以代表什么没有限制。这个想法内置于图灵的计算数学模型中，它起源于洛夫莱斯。我们今天认为理所当然的是，相同的0和1比特编码每种类型的媒体——文本、图像、音频、视频——但很难想象这个未来是在第一台计算机甚至还没有建成之前就被预见的。

洛夫莱斯还明确讨论了人工智能，开启了一场定义现代的辩论。她在尾注中得出结论，分析机不会是智能的，因为它不会创造任何东西，她认为“它可以做我们知道如何命令它执行的任何事情”。图灵在他的关于“思维机器”的开创性论文中点名挑战了洛夫莱斯。尽管他承认计算机仅仅做它们被告知要做的事情，但图灵暗示它们仍然有能力让我们感到惊讶。他承认洛夫莱斯从未有机会与计算机互动，因此缺乏亲身体验这种惊喜的优势。在今天的人工智能领域，许多人现在相信机器可以表现出智能（尽管来自洛夫莱斯阵营的顽固分子并不难找到）。洛夫莱斯甚至考虑过仅仅在纸上草绘的一堆叮当作响的齿轮是否会是智能的问题，这表明她有多么超前于时代。

最终，巴贝奇与英国政府的争议关系意味着他从未获得足够的资金来将分析机变为现实。将洛夫莱斯关于计算机潜力的预言性言论与英国当时的首相罗伯特·皮尔的一句话进行对比很有趣：“我们该怎么做才能摆脱巴贝奇先生和他的计算机器？如果完成，就科学而言，它肯定毫无价值？”