第一传奇：控制论的开山鼻祖Norbert Wiener

寂静回声

在第一传奇：John McCarthy列传
http://11.jixietop.site/forum.ph ... 105&fromuid=779
一文中，曾提到John McCarthy在召开达特茅斯会议之前，想给会议起个名，McCarthy后来回忆，他特意避开了"控制论"。
那是Norbert Wiener的领地，而Wiener本人脾气古怪，在1946年至1953年间于美国纽约举行的非正式跨学科交流的梅西会议上与Warren McCulloch和Walter Pitts决裂，现在一般认定人工智能的最早工作是 Warren McCulloch和 Walter Pitts在1943年完成的。
谁曾想到Norbert Wiener的脾气这么大，吓的年轻时候的John McCarthy都远避三舍。

1894 年 11 月，诺伯特·维纳（Norbert Wiener）生于密苏里州哥伦比亚（Columbia, Missouri）。父亲利奥·维纳（Leo Wiener）出生于沙皇俄国时期的犹太人隔离区（ghetto）。十三岁时，他便开始自食其力。尽管面临反犹太人的法律和社会习俗的限制，他仍设法从一所华沙中学毕业。移民美国后，他在工厂和农场做工。他从未接受过大学教育，但后来成为斯拉夫语言教授，先后在密苏里大学和哈佛大学任教。，一个意志极强的语言学家。利奥决定，要把儿子培养成神童。

诺伯特三岁能读，七岁读但丁与达尔文，九岁进高中，十一岁进塔夫茨大学（Tufts College），十四岁本科毕业，十八岁在哈佛拿到数理逻辑博士。
论文题目是关于罗素与怀特海《数学原理》（Principia Mathematica）的。父亲在公开场合宣称："我儿子的成就完全归功于我的教育方法。"
、维纳一生都未能从这句话中走出来。

他后来在两本自传——《前神童》（Ex-Prodigy, 1953）与《我是数学家》（I Am a Mathematician, 1956）里反复处理这个伤口：他承认父亲让他走得很快，也承认父亲让他终生自卑、笨拙、与人难以相处。

虽然身在数学系，但维纳在大学期间的兴趣愈加广泛，物理、化学、生物学、哲学、心理学都让他兴致勃勃。用3年时间读完大学课程，维纳又想起了自己童年时代的梦想——成为一名博物学家。
于是他选择进入哈佛大学攻读生物学博士学位，但很不幸的是，他的实验工作失败了。较差的动手能力成为他最大的障碍，而他又缺乏从事细致工作所必需的技巧和耐心，深度近视更是平添不少麻烦。
在父亲的安排下，维纳先是转到康奈尔大学去学哲学，翌年又回到哈佛研读数理逻辑。在哈佛的最后一年，维纳向学校申请了旅行奖学金并获得了批准，他登陆欧洲，在那里遇到了对其未来学术发展产生深刻影响的罗素、哈代、希尔伯特等著名数学家，在他们的指导下研究逻辑和数学。



在这些良师益友中，罗素的影响最为深远。
他建议维纳阅读爱因斯坦于1905年发表的三篇著名论文，学习卢瑟福的电子理论和波尔的学说，尽管维纳的物理学基础让他在学习这些理论时感到颇为困难，但罗素始终鼓励他坚持下去。后来，维纳选择了数学和物理学、工程学相结合的研究方向，与罗素的启迪恐怕密不可分。

1913年，19岁的维纳在《剑桥哲学学会会刊》上发表了一篇关于集合论的论文。这是一篇将“关系的理论”简化为“类的理论”的论文，在数理逻辑的发展中占据有一席之地。维纳从此步入学术生涯。
1919年，美国辛辛那提大学的年轻数学家巴纳特对维纳作了一次拜访。维纳请他推荐一个合适的研究课题。巴纳特建议维纳注意函数空间中的积分问题，这对维纳此后的数学研究产生了重大影响，他开始被函数分析所吸引，决心为此贡献一生。
也是这一年，二十四岁的维纳进入麻省理工学院数学系任教，一个当时学术地位远不如哈佛的工科学校。


整个 1920 与 30 年代，维纳在纯数学领域做出了第一流的工作：

1920年，维纳将法国数学家Fréchet关于极限和微分的广义理论推广到向量空间（维纳称之为“微分空间”），并给出了一套完整的公理。
维纳的研究成果与几周后波兰数学家Stefan Banac发表的一篇论文不谋而合，这两部本质上相同的作品后来分别被称为巴拿赫空间理论和维纳空间理论，维纳的工作为约翰·冯·诺依曼在1927年提出的希尔伯特空间中算子公理方法奠定了基础。
维纳是第一位从数学角度对随机布朗运动进行深入研究并做出深刻阐释的数学家，1921年，他发表了一篇关于布朗运动的重要论文，从函数空间的测度论出发进行研究。
1923年，他给出了随机函数的第一个严格定义，并指出这是布朗运动的理论模型。此后，在数学文献中，描述连续函数空间中定义的布朗运动的测度被称为维纳测度（Wiener measure），相应的随机过程被称为维纳过程（Wiener process），而基于该测度的积分则被称为维纳积分（Wiener integral）。后来，日本数学家Kiyosi Itô在此基础上发展了随机积分理论。
从1923年到1925年，维纳对数学位势理论做出了重要贡献。他针对给定的连续边界值函数，获得了狄利克雷问题（Dirichlet problem）的精确广义解，并为一般紧集定义了容量的概念，同时提出了著名的正则性准则。由此，维纳极大地扩展了经典位势理论。
1926年，维纳再次以古根海姆学者（Guggenheim Fellow）的身份前往德国哥廷根和英国剑桥。
在接下来的几年里，他在谐波分析研究中取得了重大突破。维纳借用物理学中的各种函数作为谐波分析的工具，将其写成傅里叶变换的形式，随后将其与通信理论联系起来，从而获得了现代谱分布。维纳在该领域的研究成果后来成为Banac代数理论的基石，并由此衍生出数论中的Tauber's theorem等结果。在此期间，维纳被数学物理深深吸引，并与Max Born一起学习了量子理论。


1926年，在父母的安排下，维纳与一名德国移民朱尼亚塔学院（Juniata College，成立于1876年）的现代语言助理教授Margaret Engemann结婚；他们育有两个女儿。
维纳的妹妹Constance（1898–1973）嫁给了数学家Philip Franklin，他俩的女儿Janet即维纳的侄女，嫁给了数学家Václav E. Beneš。
维纳的另一位妹妹Bertha（1902–1995）则嫁给了植物学家Carroll William Dodge。



1929年，维纳从欧洲返回麻省理工学院（MIT），并被提升为副教授。此时距离他获得博士学位已过去17年，在MIT担任讲师也已整整10年。
当时，学术界并未对这位天才数学家给予特别关注。
也许正是这种无意的忽视，让年轻的维纳没有因早期的成就而沾沾自喜，这类悲剧在学术界并不罕见。
二战前，维纳加入了中国援助协会（China Aid Society）和“流亡德国学者紧急援助委员会”（Emergency Committee in Aid of Displaced German Scholars），他对安置那些失去职位的学者如李毓炯和Antoni Zygmund等人表现出浓厚兴趣。
1929年，维纳指导了麻省理工学院的博士生李毓炯（当时在贝尔电话公司实习），共同开发了“李-维纳网络”并获得了专利。
1932年，维纳与天文学家Eberhard Hopf合作，将霍普夫关于辐射平衡的研究推广到一类在半无限区间上定义的、具有差核的奇异积分方程。这类方程后来被称为维纳-霍普夫方程（Wiener-Hopf equations）。
1932年，维纳晋升为正教授。
次年，他因在Tauber's theorem方面的杰出工作，与Samuel F. B. Morse共同分享了美国数学学会每五年评选一次的Bôcher Prize，并当选为国家科学院院士。


但他始终不是一个安分的纯数学家，MIT 是工程师的学校，电气工程师们的实际问题，比如滤波、信号、噪声总在他眼前晃，维纳渐渐把数学的剃刀伸到了工程的世界里。


1935年至1936年间，维纳采纳了已完成学业并回国在清华大学电机系任教的李郁荣的建议和推荐，受时任清华大学校长梅贻琦及数学系主任熊庆来邀请，出任清华大学数学系和电机系的客座教授。在此期间，他与李郁荣在数学系合作研究傅里叶变换数学滤波器，这后来促成了维纳滤波器的诞生。这项研究也使他获得了一项发明专利。维纳滤波器是当时线性滤波和预测理论中最重要的科学成就，成为通信理论及其工程应用发展的关键。

此外，维纳与李郁荣以及另一位麻省理工学院归国博士、工程学院院长顾毓琇（这家伙是个六边形战士，文理皆通）合作，共同研究了模拟计算机的数字化问题。维纳非常珍视他在清华大学的这段经历。在1954年出版的《我是一个数学家》一书中，他表示更愿意将1935年（即他在清华大学担任客座教授期间）视为后来创立控制理论的起点

在清华大学期间，维纳还与华罗庚结为好友。
1936年，华罗庚获得了中国文化和教育基金会每年1,200美元的B类资助，得以作为访问学者前往剑桥大学深造，维纳写信向哈代（G.H. Hardy）推荐了华罗庚。

1936年，维纳与清华大学电机系工作人员合影：左起第二位是李郁荣，第三位是顾毓琇，第四位是维纳。
当维纳返回美国后，他鼓励普林斯顿大学的冯·诺依曼访问清华大学。
冯·诺依曼及其夫人当时对此很感兴趣，于是维纳正式致信梅贻琦、熊庆来和李郁荣，为他们撰写推荐信。
遗憾的是，两个月后抗日战争爆发，整个计划最终化为泡影。



他的古怪在 MIT 早已成传，维纳是个胖胖的近视眼，留一撮山羊胡，走路像鸭子。他喜欢在走廊上拦住正在赶路的研究生，问："我刚才是从食堂往这边走，还是从这边往食堂走？"。他真的是在问，因为他记不得了，需要根据答案推断自己饿不饿。
他在听讲座时常打瞌睡，醒来后能精确指出主讲人哪一步证明出了错。他给学生写推荐信时，把自己夸得比学生还多。
这是天才的懒散，也是不安的补偿。

他自卑，他骄傲，他需要被承认，他一旦被冒犯就把对方从生活中彻底删除。这一性格特质后来将给他带来一场灾难性的友谊断裂。


1940 年，二战已起。维纳找到 MIT 副校长Vannevar Bush（国家国防研究委员会主席），主动请缨参与战时科研。
维纳基于他与李郁荣和顾毓琇在清华大学合作研究的成果，给富兰克林·罗斯福总统的科学顾问Vannevar Bush写了一封长信，提出了设计新型电子计算机的几项原则：
使用数字程序而非模拟程序；
使用电子元件而非机械元件；
采用二进制而非十进制；
将数据和处理表存储在机载内存中等。
Bush曾在麻省理工学院工作，也是李郁荣的博士导师。
作为国家科学顾问以及曼哈顿计划背后的关键人物，Bush当然理解并赞同维纳的观点。
然而，Bush并未向维纳提供相应的研究资金，因为他认为在这个庞大的项目上，无法在第二次世界大战结束前完成。
在二战期间，维纳与俄国数学家A. N. Kolmogorov同时且独立地发展了平稳时间序列估计理论。
维纳对通信理论的研究涉及数学、物理学、工程学、神经生理学等多个学科。为了促进这些跨学科领域的紧密交流与合作，他积极参与哈佛大学定期举办的科学研讨会。该研讨会汇聚了许多物理学家、计算机科学家、神经生理学家、心理学家和社会科学家，例如控制论和人工智能先驱Arturo Rosenblueth、博弈论创始人及二进制电子计算机奠基人冯·诺依曼、电子计算机设计的早期参与者Julian H. Bigelow，以及神经控制论和人工智能创始人Warren S. McCulloch和Walter Pitts，这群年轻人后来在“各种既定学科之间被忽视的无人区”（维纳语）取得了非凡成就。

维纳被分配的战时任务是：研究高射炮的预测火控（anti-aircraft fire control）。

问题表面简单：飞机以每小时数百公里掠过天空，高射炮弹要飞数秒才能到达目标位置。炮手必须预测飞机几秒后在哪儿。但飞行员是会做规避动作的人，他的轨迹不是确定函数，而是一个随机过程。
维纳与他的助手Julian Bigelow合作，把这个问题转化为一个统计预测问题：用过去的轨迹数据，给出未来位置的最优线性估计。这就是后来著名的"维纳滤波"（Wiener filter）。
但更深远的影响不是滤波本身，而是维纳在过程中悟出的一件事。
任何控制系统，无论是高射炮、神经反射还是恒温器，都建立在一个共同的闭环上：测量、误差、修正、再测量。
这个闭环，他给它取了个希腊语名字：κυβερνητική，意为"舵手之术"。

他与当时在电子学研究实验室工作、后来出任麻省理工学院院长的J. Wiesner博士合作，着手制造一台演示装置。

该装置设有两套反馈系统，分别模拟目的性行为和姿势维持功能，并能再现生理学家已知的两种震颤类型。

在H. Singleton的协助下，他们制造的这台装置是一辆小型三轮小车。车头装有两个光敏电池，左右各一。光敏电池的输出信号经放大后，传输至控制前轮转向的舵柄。根据输出电压的方向，小车会被引导朝向或背离光线更强的区域，从而表现出类似“飞蛾”或“臭虫”的行为模式。无论哪种情况，它都像一个具有目的性的机制，表现出趋光性或避光性。

其中涉及的反馈回路，无论是从光源到光敏电池，再到舵柄，最后回到光源。这些属于自主性反馈，因为“自主行为本质上是在各种趋向性之间做出的选择”。然而，当放大倍数提高时，反馈便会过强，导致小车动作过度，进而引发振荡，这类似于人类的意向性震颤或目的性震颤。
此外，小车的舵柄上还集成了第二套反馈系统，其设计使得即便光敏电池输出极弱甚至无输出，该系统也能进入过载状态。在无光环境下，这套反馈会变得过强，导致舵柄开始振荡。这第二套反馈系统起到了姿势维持的作用，而其产生的第二种震颤则模拟了帕金森氏症的症状。


1948 年他把κυβερνητική译成英文 Cybernetics。

二战结束后，1948 年是个奇迹之年。香农在贝尔实验室出版《通信的数学理论》。
同一年秋天，维纳出版《控制论：或关于动物与机器中的控制与通信》（Cybernetics: or Control and Communication in the Animal and the Machine）。
值得一提的是，控制论的问世与维纳早年对生物学的兴趣不无关联，这是他通过长期艰苦努力，并且与生理学家罗森勃吕特等人多方面合作而产生的伟大成果。

《控制论》不是一本容易读懂的书，维纳一向写得繁复芜杂，又夹杂法语德语原文。
但它在思想史上的地位如同一道分水岭，它告诉读者：神经系统中的反射、电路中的反馈、机器中的恒温器、社会中的政府治理，从抽象层面上看，都是同一种东西。反馈（feedback）从一个工程术语，一夜之间变成了横跨生物学、心理学、社会学、人工智能的元概念。
这本书在战后的知识界引起了爆炸性反响，连续多次再版，被翻译成几十种语言。

更不寻常的是它的写作时机，1948 年距数字计算机的诞生不过两三年，距人工智能这个名字的出现还有八年。
维纳在书中已经预见了一切：自动机器将取代人类的部分劳动，自适应学习将催生新形态的"机器智能"，社会必须思考如何应对这种新力量。
1950 年，他把这些社会层面的思考扩展为一本通俗著作《人有人的用处：控制论与社会》（The Human Use of Human Beings），书名本身就是一句质问：当机器能做"人的事"时，人还有什么用？这本书是 AI 伦理学最早的奠基文献之一。

战后最初几年，维纳是控制论圈子的精神核心。
从 1946 年到 1953 年，纽约梅西基金会（Macy Foundation）赞助了一系列小型跨学科会议，史称梅西会议。
医生、数学家、心理学家、人类学家围坐一桌，讨论"反馈系统"。
Warren McCulloch、Walter Pitts、冯·诺伊曼、Margaret Mead（美国人类学家，美国现代人类学成形过程中最重要的学者之一）都是常客。
维纳是会议的灵魂人物，但维纳也是出了名的多疑、易怒。
1952 年，他与Warren McCulloch和Walter Pitts之间发生了一场决裂。
事情的导火索在历史学家中至今争议不一：
一种说法是维纳的妻子Margaret对McCulloch怀有强烈敌意，并向维纳谎称McCulloch小组的年轻人"带坏"了他们的女儿，她厌恶McCulloch那种波西米亚式的生活方式（是一种以流浪与自由为特征的文化术语，19世纪巴黎蒙马特区成为其文化现象发源地，亨利·缪尔热、库尔贝、波德莱尔等艺术家通过反叛传统、追求艺术自由的方式确立其精神内核。 该生活方式主张脱离固定居所限制，反对资本主义享乐，强调精神独立与自然主义。 ）；

另一种说法是Patrick D. Wall推测，《控制论》出版后，维纳曾向McCulloch询问一些关于大脑的生理事实，以便在此基础上进行理论构建。
McCulloch告诉他“其中混杂着已知为真的事实以及McCulloch认为应当为真的内容”，维纳据此进行了理论推导，并在一次生理学大会上展示，结果遭到猛烈抨击，维纳坚信这是McCulloch故意设下的圈套。
无论原因如何，结局是确定的：维纳从此再不与Warren McCulloch和Walter Pitts说一句话，再不参加梅西会议，再不踏进他亲手参与组建的那个圈子。


这场决裂对Walter Pitts的打击是毁灭性的，他当年是十五岁给罗素写信、二十岁便与McCulloch合作写下神经元数学模型论文的天才，一直视维纳为父亲一般的存在。被维纳无端切断联系后，Pitts陷入抑郁与酗酒，烧毁了未完成的博士论文，逐步从学术界消失，1969 年在贫病中孤独死去。
控制论运动也因此失去了凝聚力，后来当达特茅斯会议（Dartmouth Workshop, 1956）以"人工智能"为名重新集结这一领域的研究者时，维纳的名字已不在邀请之列。McCarthy晚年回忆这一节时直言：他刻意避开了"控制论"这个词，因为那个圈子已经"无法共事"。一代术语就此交替。
cybernetics 退场，artificial intelligence 登场。


1946 年之后的维纳，越来越像一个先知，也越来越像一个流亡者。他公开拒绝接受任何军事项目的资助；
1947年他在《大西洋月刊》（The Atlantic）上发表《一个科学家的反抗》（"A Scientist Rebels"），公开质疑科学家是否有权将研究成果交给军方；
他写自传、写小说、四处演讲，警告自动化会摧毁中产阶级。
1964 年 3 月 18 日，维纳在斯德哥尔摩访问时心脏病发作去世，享年六十九岁。
同年早些时候，约翰逊总统刚刚授予他美国国家科学奖章（National Medal of Science）。
在白宫颁奖仪式上，他几乎说不出话，激动得像个小学生。
这位一生孤傲的数学家，终究还是在乎被认可的。

他的悲剧在于：他一生研究反馈，懂得任何控制系统稳定的关键是误差信号能被正确接收。
可他自己接收人际反馈的能力极其糟糕，他与父亲的反馈是单向的命令，与朋友的反馈是过敏的猜疑，与时代的反馈是孤独的预言。
控制论的奠基人，在自己的人生回路里失了控。


Owen Holland’s original paper "Legacy…." , he gives a description of Grey’s first impression of him …
  "Walter’s own view of Wiener can be seen in a letter to Professor Adrian in 1947: We had a visit yesterday from a Professor Wiener, from Boston. I met him over there last winter and find his views somewhat difficult to absorb, but he represents quite a large group in the States, including McCulloch and Rosenblueth. These people are thinking on very much the same lines as Kenneth Craik did, but with much less sparkle and humour."  Walter, W. G. 1947 Letter from Grey Walter to Professor Adrian, 12 June 1947. BNI Papers, Science Museum.   
Unfortunately you are left with that as a lasting impression, and nothing could be further from the truth. They ended up being great friends, and I’ll publish some of Grey’s comments about him here:
PROGRESS IN NEUROCYBERNETICS 1972 As a friend of the late and deeply lamented Professor Norbert Wiener I feel some personal reminiscences may be helpful to those who knew his work but had not the advantage of his friendship. He and I were born in the same State (Missouri, the "Show Me" State) but 16 years apart. His two volumes of Autobiography are worth reading carefully still, for he was a truely great man. …..

SOME REMINISCENCES When I first met Norbert Wiener in 1946 in Boston we immediately found a field of common interest frequency analysis. His concern was, of course, on the highest academic plane whereas mine was on the level of empirical application to the study of electric brain activity. It was only a little later that he published his famous work "Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine", followed by the extension of his ideas in "The Human Use of Human beings" with the sub-title "Cybernetics and Society". It is a privilege to participate in this meeting dedicated to the honour of that man. He was not only one of the great mathematicians but also a dedicated Humanist in the best sense. He re-vitalised the term Cybernetics, used first in 1834 by Ampere to embrace the Means of Government, and those two words are cognate, deriving from the Greek for "Steersmanship". So guidance is the key-word, and one principle is central; that the laws of guidance are similar – or even identical – in systems that seem as different as mice, men, machines and human communities. ………. Returning to my experiences with Norbert Wiener, one of his characteristics that embarrassed me when I experienced it first was his habit of sleeping at lectures – sometimes even when he was on the platform. I thought it was a sort of affectation, since he seemed to be attending to the proceedings all the time.
I got to know him pretty well and when he was staying with me in Bristol I had the privilege of recording his brain electrical activity—EEG. Needless to say, this was perfectly normal—but he did go to sleep quite objectively during the recording. His EEG became that of a person deeply asleep. I tested his alertness and found that if I murmured "Norbert" or asked "What is the differential Coefficient of 3×2[3xsquared]?" he would awaken instantly and give a perfectly reasonable answer. So he was "asleep" but attentive at the same time and this paradox may have been one of the factors accounting for his unique mental energy and versatility – that he was able to rest his brain tranquilly while retaining his selective sensitivity to significant events. Another bond between Norbert Wiener and myself is that we were both born in the same State Missouri.
He saw the light in Columbia, where his father was Professor of Modern Languages, while I breathed first in Kansas City where my father was on the "Star". The pet-name of Missouri is The "Show me" State, and Wiener and I certainly shared an insatiable curiosity about a wide diversity of events and appearances. In a subtle way, and without realising it of course, I may have benefited from Wiener’s father, who "left his mark" on the Kansas City School system. It is really worth re-reading the two volumes of his Autobiography (the second is "I am a Mathematician", 1956) and as well as his scholarly and personal works he wrote a Novel: "The Tempter" (1959). Also, Norbert was a world-traveller and linguist; I do sincerely consider him one of the greatest[in italics] men I have ever met. Years ago, when he was coming to stay with me in Bristol, I had an Italian Cook who was a "White Witch" (Strega bianca) that is told fortunes with Tarot Cards and worked spells for good. She had never heard of Norbert and happened to see him getting out of the taxi in the drive. Immediately she said to’ me in Italian, "That man has much to do with the future". He was a bit of a play-actor too – after a seminar or lecture he would ask me "How did I do Grey? Did I hold the audience?" Well, he did have much to do with the future and he did hold the audiences."