[精品]计算科学与计算机发展.doc

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1、摘要：本文通过回顾对计算工具的发展历史和人类对计算本质认识的历史，提出量子计算系统的发展和成熟会为最终解开量子世界的“神谕”提供工具和思考方法。并且提出了人类认识未知世界的规律：“计算工具不断发展——整体思维能力的不断增强——公理系统的不断扩大旧的神谕被解决——新的神谕不断产生”不断循环。关键词：计算工具；图灵模型；量子计算；哥德尔不完备定理；神谕计算机的发展(取自百度)1引言在人类社会的早期时代，加减乘除的概念就被人们所认识到。随着人类文明的发展和技术的进步，对求方程的解，求函数的微分和积分等概念也纳入了计

2、算的范畴。伴随人类生产活动的不断增加，人们对计算的要求也越来越大，计算丁具也再不断的改进。2计算的本质在人类文明的早期，人们就认识到“加减”这些计算活动，以及它们的重要性。随着，计算工具的不断改进，人们的“计算”木身的也不断的加深了解。到后来开方、求方稈的解、求微分求积分也被纳入进计算的范畴。“什么是计算？”问题一直到20世纪30年，才由哥徳尔(K.Godel,1906-1978),丘奇(A.Church,1903-1995),图灵(A.M.TUI-ing,1912-1954)等数学家的工作,人们才弄清楚什么

3、是计算的本质,以及什么是可计算的，什么是不可计算的等根木性问题［1］。抽象地说，所谓计算，就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说，从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2,而符号串g是2x,从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此，令f表示一组公理和推导规则，令g是一个定理，那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看，文字翻译也是计算，如f代表一个英文句子，而g为含意相同的屮文句子，那么从f到g就是把英文翻译成屮文。这些变换问有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为

4、它们都是从己知符号(串)开始，一步一步地改变符号（串），经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号（串）的变换过程。从类型上讲，计算主要有两大类：数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幕运算、开方运算、方稈的求解等。符号推导包括代数与备种函数的恒等式、不等式的证明，几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导，它们在木质上是等价的、一致的，即二者是密切关联的，可以相互转化，具有共同的计算本质。随着数学的不断发展，还可能出现新的计算类型。随着计算机日益广泛而深刻的运用，计算这个原木专门的数学

5、概念已经泛化到了人类的桀个知识领域，并上升为一种极为普适的科学概念和哲学概念，成为人们认识事物、研究问题的一种新视角、新观念和新方法十、“计算主义”的兴起随着计算工具的发展，一些哲学家和科学家开始从计算的视角审视世界，科学家们不仅发现大脑和生命系统可被视作计算系统，而且发现整个批界事实上就是一个计算系统。当康韦证明细胞自动机与图灵机等价时，就有人开始把整个宇宙看作是计算机。因为特定配置的细胞自动机原则上能模拟任何真实的过程。如果真是这样，那么，我们便可以设想一种细胞自动机，它能模拟整个宇宙。实际上，我们完全可

6、以把宇宙看作是一个三维的细胞H动机。基木粒了或其它什么层次的物质实体可以看作是这个细胞fl动机格点上的物质状态，支配它们运动变化的规律可以看作是它们的行为规则。在这些规则的作用下基木粒了发生各种变化，从而导致宇宙的演化。总之，计算或算法的观念在当今已经渗透到宇宙学、物理学、生物学乃至经济学和社会科学等诸多领域。计算已不仅成为人们认识自然、生命、思维和社会的一种普适的观念和方法，而且成为一种新的世界观。一些学者认为：生命和思维的木质是计算。3远古的计算工具人们从开始产生计算ZU,便不断寻求能方便进行和加速计算的

7、工具。因此，计算和计算T具是息息相关的。早在公元前5世纪，屮国人已开始用算筹作为计算工具，并在公元前3世纪得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后来，人们发明了算盘（如图1所示），并在15世纪得到普遍采用，取代了算筹。它是在算筹基础上发明的，比算筹更加方便实用，同时还把算法口诀化，从而加快了计算速度。图1古代算盘（取白百度）4近代计算系统近代的科学发展促进了计算工具的发展：在1614年，对数被发明以后，乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年，冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。185

8、0年，曼南在计算尺上装上光标，因此而受到当时科学工作者，特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的，是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年，莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器（如图2,3,4所示），是长1米的大盒了。自此以后，经过人们在这方面多年的研究，特别是经过托马斯、奥徳内尔等人的改良后，出现了多种多样的手摇计算器，并风靡全批界。图2