数学史 · 中文镜像

数学家传记

乔治·伯纳德·丹齐格George Bernard Dantzig

出生
1914年11月8日 美国俄勒冈州波特兰
逝世
2005年5月13日 美国加利福尼亚州帕洛阿尔托

乔治·伯纳德·丹齐格是一位美国数学科学家,研究运筹学、计算机科学、经济学和统计学。他最著名的是发明了线性规划的单纯形算法。

完整传记

乔治·伯纳德·丹齐格的父母是Tobias Dantzig和Anja Ourisson。Tobias出生于俄罗斯,但去了法国,在巴黎学习数学,师从儒勒·昂利·庞加莱。此时Tobias遇到了Anja,她当时也在索邦大学学习数学。他们结婚后移民到美国,定居在俄勒冈州。Tobias认为他浓重的俄罗斯口音会使他除了当劳工之外无法找到其他工作,起初他的工作包括伐木工、筑路工和油漆工。丹齐格就出生在这个非常贫穷的家庭中。

Tobias和Anja为他们的孩子选择名字,希望这些名字能影响他们未来的职业。丹齐格被命名为“丹齐格 丹齐格”,以丹齐格 丹齐格 Shaw命名,因为他的父母希望他们的第一个孩子成为作家。同样,丹齐格的弟弟以儒勒·昂利·庞加莱命名为Henry,他确实成为了一名数学家。Tobias有幸获得在印第安纳大学攻读数学博士学位的机会,而Anja获得了法语硕士学位,成为华盛顿特区国会图书馆的语言学家。

这个家庭现在住在华盛顿特区,在那里丹齐格就读于鲍威尔初级中学,起初他的数学进步相当差。在父亲的鼓励下,并决心在数学和科学上取得好成绩,他很快开始在数学上获得最高分。这种情况在中央高中继续,在那里他对几何学产生了浓厚兴趣。此时,他得到了三个人的大力支持:高中一位杰出的数学老师、一位后来成为乔治·伯克利数学教授的学校朋友,以及他的父亲。丹齐格后来写道,他的父亲:-

……在我还在高中时,给了我数千个几何问题。……解决它们所需的心智锻炼是我父亲给我的伟大礼物。在我高中时代——我的大脑正在成长的时候——解决数千个问题,比任何其他事情都更能发展我的分析能力。

Tobias在20世纪20年代末正致力于他最著名的著作Number: the language of science,丹齐格帮助了他。他后来写道:-

十几岁时,我准备了书中出现的一些图。

这本书于1930年出版,在20世纪70年代重印时,一位评论者写道:-

自近半个世纪前首次问世以来,这本书已经经历了多次印刷,并理所当然地保持了其受欢迎程度。

高中毕业后,丹齐格决定在马里兰大学学习数学,此时他的父亲已是该校数学系的教员。尽管家庭地位有所改善,丹齐格的父母仍然相当贫穷,无力资助他们的儿子上一所更有声望的大学。他于1936年在马里兰大学获得数学和物理学学士学位,并于当年夏天与Anne Shmuner结婚。这对新婚夫妇搬到了安娜堡,丹齐格作为Horace Rackham学者在密歇根大学开始了研究生学习。1937年,丹齐格在T H Hildebrandt、R L Wilder和G Y Rainer的指导下获得了数学硕士学位。

由于对抽象数学不满,他唯一喜欢的课程是统计学,丹齐格决定放弃研究生学业。他搬到华盛顿,从1937年到1939年在美国劳工统计局担任初级统计员,参与了一个名为“城市消费者购买研究”的项目。在阅读了耶日·奈曼的统计学论文后,丹齐格于1939年写信给他,询问是否有可能在伯克利获得助教职位,以便他能在耶日·奈曼的指导下完成博士学业。耶日·奈曼花了一些时间才安排好助教职位,但他设法做到了,丹齐格第二次开始攻读研究生。我们引用丹齐格自己关于这段时间的一个经常被重复的故事[3](另见[2]):-

在伯克利的第一年,有一天我迟到了耶日·奈曼的一节课。黑板上有两道题,我以为是为家庭作业布置的。我把它们抄了下来。几天后,我向耶日·奈曼道歉,说做作业花了这么长时间——这些题似乎比平时难做一点。我问他是否还想要这份作业。他让我把它扔到他桌上。我不情愿地照做了,因为他的桌子上堆满了那么多纸张,我担心我的作业会永远丢失在那里。

大约六周后,一个星期天早上八点左右,安妮和我被有人猛敲前门吵醒。是耶日·奈曼。他手里拿着论文冲进来,非常兴奋:“我刚为你的一篇论文写了引言。读一下,这样我就可以马上寄出去发表。”有一分钟我完全不知道他在说什么。长话短说,黑板上我以为是作业而解出的那两个问题,实际上是统计学中两个著名的未解决问题。那是我第一次隐约意识到它们有什么特别之处。

1941年美国参加第二次世界大战时,丹齐格第二次暂停了他的研究生学业,尽管此时他已经完成了课程并写好了博士学位论文。他去了华盛顿,作为文职人员加入了空军。从1941年到1946年,他担任美国空军总部统计控制战斗分析处处长。1944年,他被授予战争部杰出文职服务奖章。他这样写到他在那里的时光:-

我的办公室收集关于出动架次、投下炸弹、损失飞机等的数据……我还帮助空军参谋部的其他部门准备称为“计划”的方案。……一切都计划得极为详细:所有螺母和螺栓、飞机的采购、一切物品的详细制造。有数十万种不同的物资,也许有五万种专业人才。我的办公室收集关于空战的数据,例如出动架次、投下炸弹吨数、损耗率。我也成了一名熟练的专家,擅长用人工技术做规划。

1946年,在中断五年之后,丹齐格回到伯克利一个学期,从加利福尼亚大学获得数学博士学位。伯克利向他提供了一个学术职位,但他拒绝了这一提议:-

伯克利向我提出了一个提议,但我不喜欢,因为它太小了。或者更准确地说,我妻子不喜欢。那是一千四百美元年薪的丰厚薪水。她看不出我们带着孩子弗洛伦斯·南丁格尔·大卫怎么能靠这个生活。

到1946年6月,他已在华盛顿考虑若干不同的可能职位。五角大楼的同事请他承担规划过程机械化的工作。这似乎与他的兴趣完全契合,因此那年他被任命为国防部数学顾问来承担这项任务。

1947年,丹齐格做出了他最著名的数学贡献,即优化的单纯形法。它源于他与美国空军的工作,在那里他成为用台式计算机求解规划方法的专家。事实上,这被称为“programming”,一个军事术语,当时指的是训练、后勤供应或人员部署的计划或日程。丹齐格通过引入“线性结构中的programming”使规划过程机械化,其中“programming”具有上述军事含义。“线性规划”这一术语是由特亚林·科普曼斯在丹齐格1948年访问兰德公司讨论他的想法时提出的。发现他的算法后,丹齐格早期将其应用于以最低成本获得充足饮食的问题。他在其著作Linear programming and extensions(1963年)中描述了这一点:-

单纯形算法最早的应用之一是确定成本最低的充足饮食。1947年秋,国家标准局数学表格项目的Jack Laderman作为对新提出的单纯形法的检验,承担了该领域的首次大规模计算。这是一个包含77个未知数的9个方程的系统。使用手动台式计算机,大约需要120人日才能获得一个解。……所解决的具体问题正是丹齐格 Stigler(后来成为诺贝尔奖得主)早先研究过的一个问题,他提出了一种基于用其他食物替代某些食物以提供每美元更多营养的解决方案。然后他检查了所选食物可能的510种组合方式中的“一小把”。他并未声称该解是最便宜的,但给出了他相信每年成本无法再降低超过几美元的理由。事实上,结果表明Stigler的解(以1945年美元表示)仅比真正的最小值每年39.69美元高出24美分。

在[11]中,丹齐格写道(另见[9]、[10]和[12]):-

线性规划被视为一项革命性发展,使人类能够陈述总体目标,并通过单纯形法为一大类极其复杂的实际决策问题找到最优政策决策。在现实世界中,由于许多特殊利益集团及其多重目标,规划往往是临时性的。

但他也谦逊地写道:-

单纯形法的巨大威力始终令我惊讶。

1980年,拉兹洛·洛瓦兹描述了线性规划方法的重要性,他写道:-

如果统计一下世界上哪个数学问题消耗的计算机时间最多,那么……答案很可能是线性规划。

同样在1980年,Eugene Lawler写道:-

[线性规划]被用于分配资源、规划生产、安排工人、规划投资组合以及制定营销(和军事)策略。线性规划在当今工业世界中的多功能性和经济影响确实令人惊叹。

Balinski [4]写道:-

数学规划有幸得到了至少两位极具创造力的天才的参与:丹齐格和列昂尼德·坎托罗维奇

他接着说道,列昂尼德·坎托罗维奇因其贡献获得了诺贝尔奖,并对丹齐格未能获奖表示“愤慨”。特亚林·科普曼斯也分享了这一诺贝尔奖。

丹齐格于1952年成为兰德公司的研究数学家,在此期间领导了在计算机上实现线性规划的工作。Orchard-Hays在[14]中写道:-

线性规划实用计算方法的系统性开发始于1952年,在圣莫尼卡的兰德公司进行,由丹齐格 B 丹齐格指导。作者在那里 intensive 地从事这一项目直到1956年末,那时在第一代计算机上已取得了巨大进展。

然而,由于感到兰德公司无法为他提供新思想的来源,他于1960年接受了伯克利的教授职位,并被任命为运筹学中心主任。在那里期间,他撰写了Linear programming and extensions(1963年)。一位评论者写道:-

这是一本令人印象深刻的书,工作非常完整,科学水平高,读起来令人愉快。

1966年,他被任命为斯坦福大学运筹学与计算机科学教授,此后一直在那里工作直至职业生涯结束。

多年来,他在与优化和运筹学相关的广泛主题上的工作具有重大意义。然而,丹齐格在1991年写道:-

……有趣的是,最初引发我研究的问题至今仍未解决——即随时间动态规划或调度的问题,特别是在不确定性下的动态规划。如果这样的问题能够成功解决,它最终可能通过更好的规划为世界的福祉和稳定做出贡献。

丹齐格获得过许多荣誉,包括1975年的冯·诺伊曼理论奖运筹学;1976年由美国总统颁发的国家科学奖章;1977年的国家科学院应用数学与数值分析奖;1985年以色列理工学院的哈维科学与技术奖;1986年英国运筹学会的银奖;1989年弗吉尼亚州颁发的阿道夫·库尔斯美国独创性奖表彰证书;以及1994年数学规划学会的特别表彰奖。

科学奖章的引文指出,授予该奖章是为了:-

发明线性规划并发现导致大规模科学和技术应用的方法,应用于物流、调度和网络优化中的重要问题,以及利用计算机有效运用数学理论。

哈维奖的引文如下:-

表彰他通过数学规划的开创性工作以及单纯形法的开发,对工程和科学做出的杰出贡献。他的工作使许多先前棘手的问题得以求解,并使线性规划成为现代应用数学中最常用的技术之一。

斯坦福大学对他的工作总结如下:-

作为美国国家工程院院士、National Academy of ScienceAmerican Academy of Arts and Sciences以及国家科学奖章获得者和八个荣誉学位的获得者,丹齐格教授的开创性工作为系统工程领域的许多方面奠定了基础,并广泛应用于计算机、机械和电气工程中的网络设计和组件设计。

参考文献

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