代号Hippo
要确定氢弹的可行性,有必要对触发裂变炸弹爆炸时发生的场景拍照。此前,人们将三种推动核爆炸行为的现象(中子倍增、辐射输运和流体力学)分开处理,但冯·诺依曼本人早就建议,需要把这些现象当作相关现象同时进行处理,罗伯特·里克特迈耶后来沿用了这种处理方法。
“1947年9月,我向约翰尼·冯·诺依曼提出了一个相当宏伟的、关于计算机模拟裂变炸弹爆炸的计划,”里克特迈耶解释道,“冯·诺依曼喜欢这个主意,所以我搬到普林斯顿去解决这个问题。阿黛尔·戈德斯坦和克拉拉·冯·诺依曼也加入进来,她们和我共用办公室。”该项目历时三年。“我有一个习惯,喜欢将必须做的事情用暗语写在黑板右上角的纸条上,”里克特迈耶说,“有一次,我离开了10天左右,当我回来时,发现黑板上贴了另外一张纸条,上面模仿我的笔迹写着:‘河马(hippo)的淡水。’结果,‘Hippo’成了我们的项目代号。”
Hippo在IBM的选择顺序控制计算机(SSEC)上运行。这台机器创建于1948年,安放在位于纽约第五十七街和第五大道交叉口的、IBM世界总部的一个窗口陈列室里。约翰尼曾向克拉拉描述过SSEC,称它“介于ENIAC和‘不存在’的机器之间”。SSEC在80轨道的纸带上存储了大约2万个20位数,通过3个穿孔单元和66个读写头访问。“这个项目历时近一年,”里克特迈耶说,“然后,我们接手了SSEC,一天24小时、一周7天没日没夜地工作。在几个月内,我们完成了三四次炸弹计算。”SSEC由4万个继电器组成,访问纸带存储器只需要1秒。SSEC很快就被淘汰,不过Hippo代码被洛斯阿拉莫斯国家实验室继续使用了很多年。
那些早期武器计算运行一次就是数周,从事这些工作的人必须监督这些计算的进展,解译物理学问题和算法,并且全程进行调整。“从芝加哥回来后,我就开始更贴近地关注数值转换装置的可用空间,还在约翰尼的帮助下,为玛丽亚尝试中子反射器的计划设置了一张流程图,”1949年4月,克拉拉写给哈利斯·迈耶的信中说道,“一方面,如果我们将所有问题集中在外部的一个区域,数值转换装置上就会有大量的空间。我提及这些事实,只是想让你在选择方法时无拘无束。如果你觉得使用矩阵更适合,那就加以考虑。”有人认为,如克拉拉这样的早期编码员,在做运算时对物理学知识没有丝毫理解,这种观点是错误的。
伴随着蒙特卡洛法的成功,突然出现了大量对可靠随机数的需求;而随机数却严重短缺。计算机可以根据需要生成伪随机数,但冯·诺依曼警告说:“任何考虑用算术方法产生随机数的人,可以肯定都在犯错误。”冯·诺依曼在圣莫尼卡为美国空军项目RAND(兰德公司的前身)担任顾问。1947年4月,这个项目组自行建造了一个电子轮盘赌并编制了100万个随机数,这些随机数最初应用在穿孔卡片上,后来经扩充并出版成书。编辑们解释说:“鉴于这些表格的性质,似乎没有必要为了找到随机误差,而校对书稿的每一页。”
1949年6月29日至7月1日,由兰德公司、美国橡树岭国家实验室和美国国家标准局数值分析研究所(National Bureau of Standards Institute for Numerical Analysis)共同发起的、关于蒙特卡洛法的会议在加利福尼亚大学洛杉矶分校举行。“事情的重点是,”克拉拉给斯坦·乌拉姆写信说,“因为我从事这项工作已经有一段时间了,所以我非常想去。”虽然主办方强烈要求克拉拉参加会议,但她未能出席。5月末和6月的大部分时间,她都在阿伯丁试验场的ENIAC上运行一次大型计算,尽管约翰尼恳求她让别人去做这项工作,但是她坚持做完才休息。她带着疲惫回到了普林斯顿,洛杉矶之旅只得作罢。
“我终于回到了普林斯顿,”6月28日,她告诉身在洛斯阿拉莫斯的卡森·马克,“我们对问题2进行了6次普查,于星期五下午结束了工作。出来的结果都超出临界,持续趋近临界水平……IBM的卡片装在10个大箱子里,而所有问题的清单(两个小箱子)正从阿伯丁试验场邮寄过来。据我所知,是通过铁路快运,采取货到付款的形式。我把我们在阿伯丁的所有秘密文件都随身带到了普林斯顿。”
60年间,应用到蒙特卡洛法的问题范围不断扩大,涉及从物理学到生物学再到金融学的各个领域。这种能力不仅跟随了分支而且创造了分支,其不断发展的过程赋予了编码近乎神秘的力量。“在一个蒙特卡洛问题中,实验者对他的抽样程序拥有完全控制权,”1954年,兰德公司的数学家和热核分析师赫尔曼·卡恩(Herman Kahn)解释说,“例如,如果他想要一只绿眼、卷发和拥有6个脚趾的猪,这个事件有一个非零概率,那么与农学家不同,蒙特卡洛实验者可以立即生产出这种动物。”本质上,生物进化是适应度景观的一种蒙特卡洛搜索,不管进化演变的下一阶段是什么,计算机辅助的蒙特卡洛法都会先一步到达。
蒙特卡洛法能够为异常困难的问题找到切实可行的解决方案,原因在于对未映射范围最有效的搜索表现为随机游走的形式。今天的搜索引擎传承自ENIAC时代的祖先,仍然留有蒙特卡洛起源的印记:从统计学角度解释随机搜索路径,为的是积累越来越精确的结果。蒙特卡洛及其后续搜索引擎的天赋,就在于认识到了意义更多地存在于干预路径而非端点数据,能在铺天盖地的信息面前,提取有意义的解决方案。






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