Ada Lovelace – autorka pierwszego algorytmu, poetka, wizjonerka XIX w

Wczesne lata

Ada Lovelace, urodzona jako Augusta Ada Byron 10 grudnia 1815 roku, była jedynym prawowitym dzieckiem słynnego poety Lorda George’a Gordona Byrona. Małżeństwo Lorda Byrona z matką Lovelace, Lady Anne Isabella Milbanke Byron, nie było szczęśliwe. Lady Byron rozstała się z mężem zaledwie kilka tygodni po narodzinach córki. Kilka miesięcy później Lord Byron opuścił Anglię, a Lovelace nigdy więcej nie zobaczyła swojego ojca. Zmarł w Grecji, gdy Ada miała 8 lat.

Obejrzyjcie krótki film o fascynującej Adzie!

Ada Lovelace nigdy nie miała szansy na nudne życie – nie z ojcem takim jak jej. Lord Byron był odpowiednikiem gwiazdy rocka w stylu regencji, pełnym romansów, skandali i plotek. Urodzona 10 grudnia 1815 roku Augusta „Ada” Byron była jedynym prawowitym dzieckiem swojego ojca. Co drugi jego potomek był wynikiem romansu – ale małżeństwo nie uchroniło biednej Ady przed tragicznym dzieciństwem.

Chociaż Ada Lovelace była córką angielskiego poety Lorda George’a Gordona Byrona, jego jedynym prawowitym dzieckiem, nie był on  wzorowym ojcem. Pierwsze słowa, które powiedział do swojej nowo narodzonej córki, brzmiały: „Och! Cóż za narzędzie tortur nabyłem w tobie! ” Małżeństwo niekonsekwentnego, obelżywego i kobieciarza- poety z matką Lovelace, Lady Anne Isabella Milbanke Byron, było krótkie i nieszczęśliwe. 

Według nowej książki Julii Markus „Lady Byron and Her Daughters”, niecały miesiąc po urodzeniu córki, Lord Byron poinformował żonę o zamiarze kontynuowania romansu z aktorką teatralną, a trzy dni później napisał: Lady Byron mówiąc jej, żeby znalazła dogodny dzień na opuszczenie domu. „Dziecko oczywiście będzie wam towarzyszyło” – dodał. Wkrótce poeta opuścił Anglię i nigdy więcej nie zobaczył swojej córki. Zmarł, gdy Lovelace miał 8 lat.

Chociaż Lovelace nie znała Lorda Byrona, przez całe życie fascynowała się nim i jego twórczością. Po jej śmierci została pochowana na jej prośbę w rodzinnym grobowcu Byronów wewnątrz kościoła św. Marii Magdaleny w małym angielskim mieście Hucknall. Jej trumna została umieszczona obok trumny jej ojca, który również zmarł w wieku 36 lat.

Niezwykłe dzieciństwo i edukacja

Lovelace miała niezwykłe wychowanie jak na arystokratkę w połowie XIX wieku. Pod naciskiem matki nauczyciele uczyli ją matematyki i przedmiotów ścisłych. W tamtych czasach takie trudne tematy nie były standardem dla kobiet, ale jej matka uważała, że angażowanie się w rygorystyczne studia zapobiegnie rozwinięciu przez Lovelace nastrojowego i nieprzewidywalnego temperamentu ojca. Lovelace była również zmuszona leżeć nieruchomo przez dłuższy czas, ponieważ jej matka wierzyła, że pomoże jej to rozwinąć samokontrolę.Obawiając się, że Lovelace pójdzie w ślady ojca, Lady Byron zanurzyła ją w matematyce – przeciwieństwie poezji i artystycznego życia. 

Lady Byron, sama matematycznie utalentowana,  zwana przez Lorda Byrona „Księżniczką Równoległoboków”, wierzyła, że rygorystyczny przebieg studiów oparty na logice i rozsądku pozwoli jej córce uniknąć romantycznych ideałów i kapryśnej natury jej ojca. Od 4 roku życia Lovelace pobierała lekcje matematyki i nauk ścisłych, co jest niezwykłym kierunkiem studiów dla kobiety w XIX-wiecznej Anglii.

Edukacja Lovelace była inna niż innych arystokratek w połowie XIX wieku. Matka Lovelace była zdecydowana, że ​​jej córka będzie uczyć przedmiotów ścisłych i matematycznych, pomimo faktu, że kobiety rzadko uczą się tych przedmiotów.

Matka Lovelace wierzyła, że ​​gdyby jej córka została poddana trudnym i rygorystycznym badaniom, nie rozwinęłaby nieprzewidywalnego zachowania ojca. Lovelace została również zmuszona do leżenia nieruchomo przez długi czas, ponieważ jej matka uważała, że ​​pomoże to Adzie rozwinąć samokontrolę.

Ada wykazała się też  talentem do języków i liczb. Lekcji udzielał  jej rodzinny lekarz William Lovelace, a także szkocki matematyk i astronom Mary Somerville. Reformator społeczny William Frend również udzielił Adzie instrukcji. Pierwszy program komputerowy

12-latka i jej wynalazki

Po przestudiowaniu anatomii ptaków i przydatności różnych materiałów, młoda dziewczyna zilustrowała plany budowy skrzydlatego aparatu latającego, zanim przejdzie do myślenia o locie z napędem. „Mam plan”, pisała do matki, „żeby zrobić coś w postaci konia z silnikiem parowym w środku, tak skonstruowane, że porusza ogromną parą skrzydeł umocowanych na zewnątrz konia, w taki sposób, aby unieść go w powietrze, podczas gdy osoba siedzi na jego plecach ”.

Młoda, genialna arystokratka 

Lovelace zebrała swoje badania w niezwykle szczegółowej książce zatytułowanej Flyology – Lataniologia.Nie tylko uwzględniła w tej pracy wszystkie swoje intensywne badania, ale posunęła się nawet do wyjaśnienia, w jaki sposób określiłć  optymalne trasy lotów do nawigacji po Anglii. Jjej parowa maszyna latająca nigdy nie wyniosła się ponad strony jej książki, ale każdy, kto czyta Flyology, szybko zorientuje się, że młoda dziewczyna, która ją stworzyła, była przeznaczona do wielkich rzeczy.

Ojciec komputerów – nowy mentor Ady 

W wieku 17 lat na jednym z bali  Lovelace spotkała wynalazcę i matematyka Charlesa Babbage’a. Na tym balu niewątpliwie byłoby wielu śmiałych i żądnych przygód mężczyzn – a Charles Babbage do nich nie należał. Miał czterdziestkę i był bezrobotny. Związał koniec z końcem, wygłaszając publiczne wykłady, publikując raczej nie wyróżniające się prace naukowe ii zanurzając się w pokaźne sumy, które otrzymał po śmierci ojca i żony. Niewiele osób uważało Charlesa Babbage’a za szczególnie interesującego, ale Lovelace od razu dostrzegł w nim to, kim był: wizjonerem, którego pomysły ostatecznie zmieniły świat.

Chwytając się tematów, Babbage zaczął narzekać, że rząd nie zapewnia mu wystarczających funduszy na jego silnik różnicowy – skomplikowaną maszynę, która mogłaby wykonywać skomplikowane obliczenia. To zwróciło uwagę Ady. Obaj dyskutowali o maszynie przez całą noc. Stanowiliby dziwną parę: młoda dama i wykładowca w średnim wieku, podekscytowani rozmawiający o matematyce i mechanice.

 Ada obserwowała na przyjęciu, jak demonstruje zebranym modelową część swojego silnika różnicowego, ogromnej matematycznej maszyny liczącej, dzięki której został nazwany „ojcem komputera”. 

Po tym, jak została protegowaną Babbage’a, przetłumaczyła na angielski artykuł napisany przez inżyniera wojskowego – i przyszłego premiera Włoch – Luigiego Menabreę o teoretycznym silniku analitycznym Babbage’a. Lovelace uzupełniła tłumaczenie własnymi notatkami o mechanizmie analitycznym, które były trzy razy dłuższe od oryginału i opublikowano w angielskim czasopiśmie w 1843 r. Tylko z jej inicjałami „A.A.L.” W przypisie do swojego obszernego artykułu Lovelace napisała o tym, jak można zaprogramować maszynę za pomocą kodu do obliczania liczb Bernoulliego, który niektórzy uważają za pierwszy algorytm wykonywany przez maszynę, a tym samym pierwszy program komputerowy

Wreszcie Babbage zaprosił Lovelace do swojego domu i obejrzenia jego prototypowego mechanizmu różnicowego. W ten sposób narodził się definiujący związek ich życia.

Czarodziejka Liczb

Jeśli Charles Babbage nie myślał wiele o Adzie Lovelace, kiedy po raz pierwszy ją ujrzał, to prawie natychmiast się to zmieniło. Kiedy Lovelace zobaczyła jego maszynę różnic, wpadła w obsesję, odwiedzała go tak często, jak mogła, aby dyskutować o tym przełomowym wynalazku.

 Babbage szybko zorientował się, że Lovelace ma niesamowity talent do matematyki. Nazwał ją swoją „Czarodziejką Liczb” i oboje zawarli partnerstwo na całe życie.

Spędzili wiele godzin, dyskutując z Babbage’em o analityce, Lovelace była wciąż młodą kobietą u szczytu swojego życia, a urok londyńskiego wyższego społeczeństwa wciąż przywoływał. Na szczęście mąż Ady wspierał jej pasję.

Ada Lovelace poślubiła Williama, ósmego króla barona, 8 lipca 1835 r. To dało jej tytuł hrabiny Lovelace, a jej mąż został hrabią Lovelace. Para miała razem troje dzieci, a mąż Ady wspierał jej akademickie aspiracje. Byli w stanie spotkać się z wieloma czołowymi umysłami swoich czasów, w tym z pisarzem Charlesem Dickensem i naukowcem Michaelem Faradayem.

We wczesnych latach małżeństwa Lovelace była zbyt zajęta, by myśleć o matematyce i maszynie Babbage’a – ale po urodzeniu trzeciego dziecka Ada stała się niespokojna. Urok liczb oddzwonił do niej i chciała pomóc Babbageowi w jego pracy. Jednak coś takiego było niespotykane dla tak wspaniałej arystokratki jak Ada, więc starała się zachować swoje interesy w tajemnicy. Lovelace napisała do Babbage’a, prosząc go, by pomógł jej znaleźć nauczyciela matematyki, ale błagała go, by nigdy nie wymieniał jej imienia, żeby żadna z plotek nie mogła się dowiedzieć, co zamierza.

W 1840 roku Charles Babbage miał możliwość poprowadzenia seminarium na Uniwersytecie w Turynie. Tematem miałby być jego silnik analityczny. Wielu uznało seminarium za inspirujące, a później zostało przetłumaczone na język francuski przez młodego włoskiego inżyniera imieniem Luigi Menabrea. Zapis wykładu został opublikowany przez Bibliothèque Universelle de Genève. Charles Wheatstone był przyjacielem Charlesa Babbage’a i zlecił Adzie przetłumaczenie artykułu napisanego po francusku przez Menabreę na angielski.

Tłumaczenie zajęło Adzie około roku. Uzupełniła również swoje tłumaczenie artykułu notatkami, które były bardziej szczegółowe niż artykuł napisany przez Menabreę. We wrześniu 1843 r. Przekład Ady został opublikowany w wydaniu Pamiętników naukowych Taylora. Jej notatki zostały oznaczone alfabetycznie i opisała algorytm dla komputera analitycznego Babbage’a, który umożliwiłby obliczenie liczb Bernoulliego.

Notatki Ady są uważane za pierwszy algorytm, jaki kiedykolwiek został opublikowany i zaprojektowany specjalnie do użytku z komputerem. Silnik analityczny nigdy nie został jednak ukończony, więc niestety program Ady nigdy nie został oficjalnie ukończony.

Sukces Ady w edukacji i działalności społecznej umożliwił jej spotkanie z kilkoma wybitnymi naukowcami swoich czasów. Należą do nich Sir David Brewster, Charles Wheatstone, Andrew Cross i Charles Babbage – udało jej się poznać Babbage’a dzięki Mary Sommerville, która była jedną z jej prywatnych korepetytorów.

Ada opisywałaby się ludziom jako metafizyk i analityk. Jako nastolatka jej imponujące umiejętności matematyczne umożliwiły jej nawiązanie przyjaźni z Charlesem Babbage. Ada poznała Babbage’a po raz pierwszy w czerwcu 1833 roku, gdy miała 17 lat i zainteresowała się silnikiem analitycznym, nad którym pracował.

Silnik analityczny

W swoich notatkach Ada jasno przedstawia swoje poglądy na temat znaczącej różnicy między poprzednimi maszynami liczącymi a silnikiem analitycznym, który wykorzystywał karty perforowane do wykonywania obliczeń. Umiejętność rozwiązywania problemów o dowolnym poziomie złożoności była tym, co odróżniało silnik analityczny od innych podobnych maszyn obliczeniowych w tamtym czasie.

Ada stwierdziła, że ​​może wykonywać więcej zadań niż tylko te, które dotyczą liczb. Mógłby również zdefiniować wzajemne relacje w obszarach operacyjnych, naukowych i nie tylko. Silnik analityczny byłby w stanie manipulować symbolami, umożliwiając fundamentalne przejście od zwykłych obliczeń do rzeczywistych obliczeń.

Babbage często powtarzał Adzie, że powinna opublikować artykuł, ale zawsze się wahała. Być może obawiała się, że społeczność naukowa odrzuci pracę kobiety, może myślała, że londyńska socjeta na myśl, że hrabina robi matematykę wywoła falę nienawiści w świecie, gdzie miejsce kobiet było w domu, przy dzieciach. Tak czy inaczej, za każdym razem odmawiała Babbage’owi, ale Babbage wiedział, że świat potrzebuje zobaczyć, do czego zdolna jest Lovelace, więc wymyślił nową perspektywę. 

Małżeństwo Ady Lovelace miało niewiele ognia, jakiego można by się spodziewać po córce Lorda Byrona, ale ich związek był co najmniej ciepły i wspierający. William nawet pomagał Adzie w jej pracy: zapisywała swoje formuły ołówkiem, a on pisał dla niej tuszem. Nie do końca to, co było na stronach z plotkami, ale po jej dramatycznym dzieciństwie może właśnie tego potrzebowała Ada.

Lovelace w końcu znalazła nauczyciela i od razu zanurkowała. Dla większości z nas długie, żmudne problemy z rachunkiem różniczkowym byłyby koszmarem, ale dla Ady było to bardziej zabawne niż noc na mieście. Pożerała tę pracę z zachwytem – ale nie mogła się powstrzymać od wyobrażenia sobie, w jaki sposób tę złożoną matematykę można zastosować w prawdziwym świecie. W liście do Babbage zastanawiała się, czy można by użyć wzoru matematycznego do gry w karty, na przykład pasjansa.

Tego rodzaju myślenie było niespotykane w tamtych czasach, ale był to dokładnie ten rodzaj pomysłu, który zapewnił Lovelace jej miejsce w podręcznikach historii.

Wizjonerka

Była wizjonerką, która przewidziała, że komputery mogą zrobić coś więcej niż tylko przeliczanie prostych działań na liczbach.

Lovelace przewidziała wielofunkcyjność nowoczesnego komputera. Chociaż Babbage uważał, że użycie jego maszyn ogranicza się do obliczeń numerycznych, ona pomyślała, że każdy element treści – w tym muzyka, tekst, obrazy i dźwięki – można przetłumaczyć na postać cyfrową i zmanipulować maszynowo. Lovelace napisała, że silnik analityczny „mógłby oddziaływać na inne rzeczy poza liczbą, gdyby znaleziono obiekty, których wzajemne podstawowe relacje można by wyrazić za pomocą abstrakcyjnej nauki o operacjach… Przypuśćmy na przykład, że podstawowe relacje dźwięków tonowych w nauce o operacjach harmonia i kompozycja muzyczna były podatne na [matematyczną] ekspresję i adaptacje, silnik mógł komponować wyszukane i naukowe utwory muzyczne o dowolnym stopniu złożoności. ”

Hazardzistka

 Począwszy od lat czterdziestych XIX wieku Lovelace zaczęła uprawiać hazard, co przyczyniło się do jej kurczących się finansów i zmusiło ją do potajemnego zastawienia diamentów rodziny Lovelace. Według „Lady Byron and Her Daughters”, Lovelace przegrała kiedyś w Epsom Derby zakładając 3200 £ na niewłaściwego konia. „Ada, zachęcana przez oszustów, zwróciłaby swoje niezwykłe talenty w stronę hazardu i programowania wyników wyścigów konnych” – napisał Markus, który dodał, że tajemnicza „książka”, która przechodziła między Lovelace i Babbage raz w tygodniu, prawdopodobnie zawierała program zaprojektowany w celu przewidywać wyników wyścigów konnych. 

Dziedzictwo

Jej wkład w informatykę został uznany dopiero sto lat po jej śmierci.

Pomysły Lovelace na temat komputerów tak daleko wyprzedziły swoje czasy, że technologia potrzebowała prawie wieku, by nadrobić zaległości. Podczas gdy notatki Lovelace na temat silnika analitycznego Babbage’a nie przyciągały uwagi w czasie, gdy zostały pierwotnie opublikowane w 1843 r., znalazły znacznie szerszą publiczność po ponownym opublikowaniu w książce B.V. Bowdena z 1953 r. „Szybsze niż myśli: sympozjum o cyfrowych maszynach obliczeniowych”. Wraz z pojawieniem się dziedziny informatyki w latach pięćdziesiątych, Lovelace zyskał nowych zwolenników w erze cyfrowej

W latach siedemdziesiątych Departament Obrony Stanów Zjednoczonych opracował wysokiej klasy język programowania komputerowego, który zastąpił setki różnych języków używanych wówczas przez wojsko. Kiedy dowódca marynarki wojennej USA Jack Cooper zasugerował nazwanie nowego języka „Ada” na cześć Lovelace w 1979 r., Propozycja została jednogłośnie przyjęta. Ada jest nadal używana na całym świecie do dziś w działaniu systemów czasu rzeczywistego w lotnictwie, służbie zdrowia, transporcie, finansach, infrastrukturze i przemyśle kosmicznym.

Śmierć

Ada Lovelace zmarła 27 listopada 1852 r. Uważa się, że zmarła na raka macicy. Po zakończeniu pracy nad silnikiem analitycznym jej stan zdrowia zaczął się pogarszać, a ona cierpiała w tym czasie na kilka dolegliwości. Ada cierpiała przez wiele lat i ostatecznie mówi się, że wybaczyła ojcu, że porzucił ją jako małe dziecko. Na własną prośbę została pochowana w Nottingham przy kościele św. Marii Magdaleny obok Lorda Byrona. Jej nagrobek można zobaczyć do dziś.

Liczby Bernoulliego

Liczby Bernoulliego to nieskończony ciąg liczb wymiernych oznaczanych jako  B k , {\displaystyle {B_{k}},} gdzie  k k jest numerem porządkowym liczby,  k = 0 , 1 , 2… , k=0,1,2…, wprowadzony w roku 1631 przez Johanna Faulhabera w celu ułatwienia obliczania sum ustalonych potęg kolejnych liczb naturalnych. Takie ich zastosowania i niektóre ich własności opisał szczegółowo Jakob Bernoulli w książce Ars Conjectandi (wydanej po śmierci autora w roku 1713). Stwierdza tam między innymi, że potrafi, wykorzystując wzór Faulhabera (patrz niżej) obliczyć sumę:  1 10 + 2 10 + 3 10 + . . . + 1000 10 1^{{10}}+2^{{10}}+3^{{10}}+…+1000^{{10}} „w pół kwadransa”.  Liczby Bernoulliego znalazły zastosowanie w analizie (rozwinięcia funkcji w szereg Taylora) i w teorii liczb.