Барон Гаспар де Прони, или 220 лет научной организации вычислений

Александр Нитусов

Многие ли помнят о парижском инженере и математике, профессоре бароне Гаспаре де Прони, впервые проведшем научную организацию массовых вычислений. Благодаря созданной им иерархической структуре 220 лет назад огромные расчеты были блестяще выполнены за фантастически короткий для того времени срок.

Де Прони осознанно подошел к тому, что мы называем программированием. Еще при его жизни младший современник, знаменитый британский математик Чарльз Беббидж, засвидетельствовал это своим созданием первого в мире программируемого компьютера (механического).

Массовые вычисления невыполнимы без организации и планирования даже в наш век компьютеров — автоматов, остающихся лишь ”игрушками”, если у них нет алгоритмов и программ.

Гаспар де Прони (1755—1839) — был истинным сыном своей эпохи — начала промышленной революции. Энергичный, прирожденный практик, уверенный, что математика — наука прикладная, решающая конкретные задачи, он в 1779 г. стал лучшим выпускником парижской Национальной школы мостов и дорог (École des Ponts et Chaussés), а потом ее профессором и ректором.

В 1792 г. по запросу Национального Собрания (правительства) Франции он приступил к фундаментальной проблеме — составлению новых уточненных таблиц логарифмов и тригонометрических функций для французского Кадастра.

Это была научная подготовка к введению метрической системы мер и весов во Франции, правительство которой после Великой французской революции приводило к единому стандарту множество мер, измерений и местных стандартов, параллельно функционировавших в стране.

Таблицы были огромны, их разработка -- еще масштабнее. Значения рассчитываемых величин занимали от 14 до 29 десятичных разрядов. Расчеты начинались с решения математических задач в общем виде, что могли делать лишь ведущие ученые, а заканчивались множеством однообразных простых ручных вычислений, чего конечно же не стал бы делать ни один квалифицированный математик.

А если бы один человек (даже квалифицированный) и взялся выполнить каждый расчет сам от начала до конца, то это потребовало бы нескольких десятилетий кропотливого труда сотен математиков (сколько, наверное, не было во всей Европе).

Предприятие казалось сомнительным, но… молодой (в ту пору ему было 36 лет) и энергичный де Прони, воодушевленный фундаментальным “Исследованием о природе и причинах богатства народов” знаменитого шотландца Адама Смита — одного из пионеров экономической науки, впервые в истории математики великолепным образом провел научную организацию труда, сведя аналитическую работу к “иерархии” элементарных операций. Похваставшись при этом, что теперь “…может производить логарифмы с такой же легкостью, как иной мастер булавки”.

Charles Babbage 1791-1871.

Верхнюю часть его иерархической организационной пирамиды занимали наиболее известные математики, решавшие задачи в общем виде и выводившие основные формулы. Это были маститые ученые, такие как военный инженер и математик Лазарь Карно, первым предложивший понятие “комплексного числа” (знаменитый “цикл Карно” в термодинамике описал его сын — Сади Карно), академик Адриен Лежандр и другие знаменитости.

Ступенькой ниже располагалась гораздо бóльшая вторая группа, состоявшая из «рядовых» математиков и студентов старших курсов (математиков и инженеров). Они разделяли общие решения и формулы, выполненные первой группой, на отдельные прикладные задачи и составляли методы цифровых расчетов и рабочие задания, превращая формулы общего вида в последовательности простых “конкретных”, удобных для калькуляции.

Третья, самая многочисленная группа состояла не обязательно из математиков и занималась собственно технической работой — “простыми” вычислениями. Каждый получал “методичку” (перечень формул для расчетов) и огромные таблицы чисел, которые подставлял в эти формулы, считал и вел записи полученных значений. Разумеется, существовали методы контроля и работа тщательно проверялась.

Численность третьей группы (как их называли, “счетчиков” или “вычислителей”) составляла от 70 до 90 человек.

Работу выполнили за девять лет, к 1801 г. Учитывая невероятный по тем временам объем, такая производительность была более чем впечатляющей. Каждый окончательный экземпляр таблиц состоял из 18 томов форматом в пол-листа (печатного), плюс 19-й том с описанием математических процедур.

Не удивительно, что де Прони в 1798 г. был произведён в ректоры Школы мостов и дорог.

Нельзя забывать и о поддержке всего предприятия самим Наполеоном, свято верившим, что “…без развития науки могут обходиться разве что варвары”.

Charles Babbage 1791-1871.

Но, к сожалению, даже просто напечатать таблицы, пусть малым тиражом, стало для правительства непосильной задачей (из-за войн, инфляции бумажных денег и т. д.).

Переговоры с издателем длились до 1809 г.; он сам писал: “Наше поколение никогда бы не увидело окончания этой монументальной работы, если бы мсье де Прони не имел счастливой идеи применить эффективный метод разделения труда, придумав способы сведения длинного трудоемкого составления таблиц к простым сложениям и вычитаниям”.

Были даже напечатаны какие-то пробные фрагменты, сами же таблицы впервые издали только в 1891 г. (!), да и то лишь выборку.

Труд, однако, не пропал даром, став отправным пунктом вычислительной техники (в современном её понимании). Наибольшее влияние на создание Чарльзом Беббиджем первого программируемого компьютера оказали именно работы де Прони по “организации людей для вычислений”, с которыми Беббидж познакомился, находясь во Франции.

Они-то и навели его на мысль о возможности заменить третью группу вычислителей “дифференциальной машиной”. Он утверждал, что это “намного снизит рабочее время и затраты и сделает расчеты абсолютно точными”.

Гаспар де Прони скончался в 1839 г. в Париже, вознагражденный тем, что вычислительная машина Беббиджа и первые программы появились еще при его жизни.

Его система логична и естественна, можно сказать, что он ее “открыл”, а не “изобрел”. При массовых вычислениях она всегда идет в ход и в человеческом коллективе, и в машинной архитектуре.

А его имя внесено в Почетный список на Эйфелевой башне.

В 2008 г. академик Г. Г. Рябов, директор знаменитого Института точной механики и вычислительной техники — ИТМиВТ, рассказал, как в специальном бюро, обслуживавшем программу государственной важности, группа ведущих ученых, физиков и математиков решала задачи и разрабатывала формулы для вычислений, затем значительно бóльшая группа младших специалистов превращала эти формулы в индивидуальные рабочие задания, а очень большая группа девушек подставляла цифры в готовые простые формулы и (днями и ночами) обсчитывала их на... арифмометрах.

Это был секретный вычислительный центр, выполнявший расчеты для создания первых советских атомных бомб в конце 1940-х.

Электронные компьютеры появились чуть позже, чтобы, как сказал Беббидж, заменить работников нижнего уровня вычислительной пирамиды (созданной бароном де Прони).

Статья публиковалась в еженедельнике itWeek 16.01.2012
Помещена в музей с разрешения автора 29 мая 2020