بیوگرافی ایدا لاولیس؛ اولین برنامه‌نویس تاریخ

ایدا لاولیس در عصر ویکتوریایی زندگی کرد؛ زمانه‌ای که اگر رؤیاپردازان از ماشین صحبت می‌کردند، به تمسخر گرفته می‌شدند و فناوری‌هایی نظیر کامپیوتر حتی در ذهن نوابغ زمانه نیز جایی نداشت؛ دهه‌ها پیش از اختراع ماشین‌تحریر و تلفن، در جامعه‌ای که زنان از حق رأی محروم بودند و نقش آن‌ها فقط در امور خانه‌داری تعریف می‌شد.

بسیاری از هم‌عصران لاولیس دستاوردهای او را به‌صرف جنسیتش جدی نمی‌گرفتند. اما او مصمم بود همه‌ی مرزهای نادیده و به زبان نیامده را بشکند: او با همکاری چارلز ببیج، استاد و مخترع مشهور، مفهومی را خلق کرد که عملاً یک قرن بعد به‌کار گرفته شد: برنامه‌نویسی.

ایدا نه‌تنها الگوریتمی برای محاسبه اعداد برنولی نوشت، بلکه پتانسیل ماشین تحلیلی ببیج را فراتر از محاسبات ساده‌ی ریاضی دید. او حتی پیش‌بینی کرد که روزی این ماشین می‌تواند موسیقی بسازد، آثار گرافیکی تولید کند و کاربردهای متنوعی در علم داشته باشد. او در یادداشت‌های خود نوشته بود:

ماشین تحلیلی می‌تواند معادلات و بیان‌های تحلیلی را همان‌طور که در ریاضیات با حروف و نمادها سروکار داریم، پردازش کند. در واقع می‌توان گفت که این ماشین، شعر محاسباتی می‌سراید.

زندگی لاولیس، روایتی واقعی از قدرت شکستن کلیشه‌ها، غلبه بر موانع اجتماعی و مهم‌تر از همه، ذهن‌های ناآرام و مشتاق است. او هیچ ایده‌ای ازاینکه روزی اولین برنامه‌نویس جهان لقب می‌گیرد، نداشت. بااین‌حال در تمام عمر کوتاه خود برای آنچه فکرش را متلاطم می‌کرد، در حال عصیان و تلاش بود.

ایدا در عین نبوغ ریاضیاتی، همیشه روحیه‌ای شاعرانه داشت و دستاوردهای خود را ترکیبی از علم و شعر می‌دانست. او به‌واسطه‌ی فعالیت‌های پیشرو و گسترده‌‌اش موفق شد ارتباطات اجتماعی خود را گسترش دهد و افکار و نظریه‌های خود را با متفکران مطرح آن دوران، مانند اندرو کراس، دیوید بروستر، چارلز ویتستون، مایکل فارادی و حتی چارلز دیکنز به‌اشتراک بگذارد.

با ما همراه باشید تا در ادامه زندگی این پیش‌گام بزرگ را که آرزو داشت راه را برای حضور پررنگ زنان در عرصه‌های علمی و فناوری هموار کند، با هم مرور کنیم.

ایدا لاولیس (Ada Lovelace)، ۱۰ دسامبر ۱۸۱۵ در خانواده‌ای به دنیا آمد که هیچ تجانسی در آن دیده نمی‌شد. پدرش لرد بایرون شاعر مشهور رمانتیک، غالباً با روحیه‌ی احساساتی و لاقیدی‌اش شناخته می‌شد، اما مادرش ایزابل میلبانکه بایرون ریاضی‌دانی عمل‌گرا بود که رفتارها و تصمیمات منطقی را به همه‌چیز اولویت می‌داد.

لرد بایرون که در آرزوی فرزند پسر بود، یک ماه پس از تولد ایدا همسر و فرزندش را ترک کرد و سه ماه بعد نیز کاملاً از کشور انگلیس خارج شد. ایزابل که نگران بود روحیه‌ی عیاش و خیال‌پرداز پدر بر زندگی ایدا سایه افکند، تمام تلاشش را به کار بست تا دخترش را از دنیای شاعرانه دور نگه دارد. به همین دلیل از کودکی او را به یادگیری مفاهیم پیچیده‌ی علمی و ریاضیاتی تشویق کرد.

ایزابل بایرون چندین مدرس خصوصی حرفه‌ای استخدام کرد تا به دخترش تاریخ، ادبیات، زبان فرانسه، جغرافیا، موسیقی، شیمی، خیاطی، تندنویسی و ریاضیات را آموزش دهند.

وقتی ایدا به یازده‌سالگی رسید، با مادرش به تور اروپا رفت تا با وضعیت پیشرفت علم و فناوری در کشورهای دیگر آشنا شود.

در بازگشت از سفر، لاولیس عاشق ایده‌ی ماشین‌های پرنده شده بود و طرح‌های زیادی از ماشین‌هایی کشید که با نیروی بخار حرکت پرندگان را تقلید می‌کردند. او حتی می‌خواست تحقیقاتش را در کتابی با نام Flyology منتشر کند، اما لیدی بایرون از تصور اینکه دخترش با خیال‌پردازی به سرنوشت پدر دچار شود، احساس خطر کرد.

در اوایل قرن نوزدهم، هنوز هیچ «دانشمند» حرفه‌ای وجود نداشت (در واقع واژه‌ی دانشمند برای اولین‌بار در سال ۱۸۳۶ توسط ویلیام ویول ابداع شد) و هرچند محل سکونت جدید جایگاه طبقه‌ی نبخگان جامعه محسوب می‌شد، هنوز هم مشارکت زنان «نجیب» در فعالیت‌های فکری، امری نکوهیده بود.

ایدا در ۱۴ سالگی به سرخک (یا طبق برخی روایت‌ها آنسفالیت) مبتلا شد و سه سال تمام در بستر بیماری ماند. او در همین دوران هم از مطالعه و یادگیری دست نکشید، چنان‌که در یکی از یادداشت‌های خود نوشته بود:

ریاضیات نه‌تنها ابزاری برای حل مسائل دنیوی است، بلکه می‌تواند دریچه‌ای به سوی ناشناخته‌ها باز کند، جایی که تخیل و خلاقیت انسان به چالش کشیده می‌شود.

ایدا با مرور آثار اسحاق نیوتن و اویلر، به درک جدیدی از مفاهیم علمی فیزیک، مکانیک و شیمی رسید و توانایی‌های تحلیلی خود را به شکلی پیشرفته‌تر ارتقا داد.

ایدا پس از بهبود از بیماری در ۱۷ سالگی برای شروع مجدد معاشرت‌های اجتماعی، در میهمانی‌های درباری لندن حضور یافت و با پادشاه انگلستان نیز ملاقات کرد. در یکی از همین میهمانی‌ها، با چارلز ببیج ۴۱ ساله که بزرگ‌ترین پسرش هم‌سن ایدا بود، آشنا شد.

ببیج استاد ریاضیات لوکاسی در دانشگاه کمبریج بود و خیلی زود مجذوب استعداد و علاقه‌ی لاولیس به ریاضیات شد. به همین دلیل از او و مادرش دعوت کرد برای دیدن موتور محاسباتی که به‌تازگی ساخته بود، دیدار مجددی داشته باشند: دستگاهی با میل‌لنگ دستی به ارتفاع ۰٫۶ متر با ۲ هزار قطعه‌ی برنجی، که در حال حاضر در موزه‌ی علوم لندن نگهداری می‌شود.

چارلز ببیج از سال‌ها پیش به این موضوع فکر می‌کرد که شاید روزی ماشین متفاوتی بسازد. دستگاهی که بتواند انواع چند جمله‌ای‌ها را با توان‌های مشخص، به شیوه‌های مختلف پردازش کند و پس از دریافت مقادیر ورودی به‌صورت خودکار نتایج را نمایش دهد. به‌زعم او این دستگاه انسان‌ها را از اشتباهات رایج در «حلقه‌های ریاضی» خلاص می‌کرد.

ببیج به‌خاطر نمونه‌های اولیه‌ی موتور محاسباتی که ارائه داد، مدال افتخار دریافت کرد و از دولت بریتانیا بودجه‌ای گرفت تا دستگاه مورد نظر خود را بسازد. او طی سال‌های ۱۸۲۲ تا ۱۸۲۷ روی چنین ایده‌هایی کار کرد و سپس جدول لگاریتم‌های دست‌نویس خود را به دانشگاه ارائه داد. این جدول به مدت صدسال تجدید چاپ شد.

در این دوران او همسرش را از دست داد و برای رهایی از افسردگی به اطراف اروپا سفر کرد. پس از بازگشت به انگلیس کتابی به‌نام «تأملاتی در مورد زوال علم در انگلستان» نوشت که به‌عنوان سخنی علیه انجمن سلطنتی تعبیر شد و دردسرهایی برای او ایجاد کرد.

بااین‌حال او همچنان روی ایده‌ی ماشین محاسبات متمرکز ماند و سرانجام در سال ۱۸۳۳ نمونه‌ی کوچکی از این ماشین را ساخت که البته هنوز پرینتر نداشت. این همان دستگاهی بود که ایدا لاولیس در خانه‌ی او دید.

ایدا که به معاشرت با مری سامرویل ادامه می‌داد، اشتیاقش به دستگاه نوآورانه‌ی ببیج را با او در میان گذاشت و هر دو مدت‌ها در مورد آن با هم صحبت و تبادل نظر کردند. لاولیس با تشویق سامرویل به مطالعه‌ی هندسه اقلیدسی روی آورد. اما هم‌زمان طی نامه‌ای از ببیج تقاضا کرد نقشه‌های طراحی این ماشین را برایش ارسال کند تا درک بهتری از طرز کار آن به‌دست آورد.

این جریان اولین جرقه‌ی ضرورت توانمندسازی زنان را در ذهن ایدا روشن کرد، به همین دلیل تصمیم گرفت تدریس به دوست جدیدش و سایر دختران را حتی از راه دور و از طریق نامه ادامه دهد. او در نامه‌های خود یادداشت‌هایی نیز برای روشن‌کردن ذهن دانش‌آموزانش می‌نوشت، مثل «وقتی می‌شود چیزی را به‌صورت مستقیم اثبات کرد، هرگز به سراغ اثبات غیرمستقیم نروید.»

از طرف دیگر، به‌نظر می‌رسید چارلز ببیج ابتدا ایدا را دست‌کم گرفته بود و صرفاً می‌خواست جوانی مشتاق و بااستعداد را در میهمانی‌های علمی در کنار خودش نگه دارد. اما لاولیس سرسخت‌تر و کنجکاوتر از همیشه نظریات او را تحلیل می‌کرد. مدتی نگذشته بود که ببیج تفکرات دانشگاهی، ایده‌های محاسباتی و حتی مشکلاتی را که با دولت داشت، با او در میان گذاشت.

بهار ۱۸۳۵، ایدای ۱۹ ساله با ویلیام کینگ که یکی از دوستان فرزند سامرویل بود، ازدواج کرد. کینگ در کمبریج درس‌خوانده بود و شغلی دولتی داشت.

طی چند سال بعد، آن‌ها صاحب سه فرزند شدند، اما ایدا هم‌زمان با مدیریت خانواده، به مطالعه‌ی مثلثات پیشرفته نیز مشغول بود. فعالیت‌های موفق ویلیام این مدت باعث شد به مقام ارل ارتقا پیدا کند و نام خانوادگی آن‌ها از این تاریخ به لاولیس تغییر کرد.

ایدا پس از تولد سومین فرزندش تصمیم گرفت به حوزه‌ی ریاضی برگردد و برای اجتناب از شایعه‌پردازی‌های رایج جامعه، از چارلز ببیج خواست استاد مجربی برای او بیابد. این استاد جدید آگوستوس دی مورگان بود: اولین استاد ریاضیات کالج لندن، منطق‌دان مشهور و نویسنده چندین کتاب دانشگاهی.

لاولیس در مکاتبات خود با ببیج علاقه‌اش به ریاضیات گسسته را بیان می‌کرد و برای مثال تعریف می‌کرد که چگونه برای بازی Solitaire فرمولی یافته است. اما دی مورگان طبق روال سنتی آموزش ریاضیات، کار خود را با حساب دیفرانسیل و انتگرال شروع کرد.

ببیج تا این تاریخ مقالات متعددی نوشت و چندین‌بار در ساخت موتور نهایی محاسباتی که آن را Difference Engine می‌نامید، شکست‌خورده بود. او سرانجام به ایده‌ی جدیدی رسید: شاید بهتر بود به‌جای ماشینی که فقط «تفاوت‌ها» را محاسبه می‌کرد، موتوری تحلیلی می‌ساخت که از انواع عملیات ریاضی پشتیبانی می‌کرد.

ماشین تحلیلی ببیج بخش‌هایی همچون منطق ریاضی، جریان کنترلی با استفاده از لوپ‌ها، برنچینگ دستور‌العمل و هم‌چنین حافظه‌ی مجزا داشت. نکته‌ی جالب این که تمامی این بخش‌ها با نیروی بخار یا دست و با قطعات مکانیکی کار می‌کردند.

مهدی زارع سریزدی

بیوگرافی چارلز ببیج، ریاضی‌دان انگلیسی و پدر علم محاسبات

مطالعه '13

تحقیقات و ایده‌های ببیج در انگلستان چندان مورد استقبال قرار نگرفت، اما در سایر کشورهای اروپایی سروصدای زیادی به‌پا کرد. او حتی به تورین دعوت شد تا درباره‌ی موتور تحلیلی سخنرانی کند و مورد تجلیل دولت ایتالیا قرار گرفت.

ببیج هرگز در مورد موتور دیفرانسیل یا موتور تحلیلی مقاله‌ای منتشر نکرده بود، اما اکتبر ۱۸۴۲ و بعدازاین سخنرانی مهندسی به‌نام لوئیجی منابرا مقاله‌ای بر اساس گفته‌هایش نوشت. ایدا پس از مطالعه‌ی مقاله تصمیم گرفت آن را به انگلیسی ترجمه کند و به نشریات بریتانیایی بدهد.

ببیج پس از مرور ترجمه‌ی مقاله، به ایدا پیشنهاد داد روایت خودش را از موتور تحلیلی بنویسد، زیرا به توانایی و دانش ایدا ایمان داشت. فوریه ۱۸۴۳ لاولیس تصمیم گرفت همان مقاله را به‌طور کامل‌تر و مرتب‌تری ترجمه کند و یادداشت‌های گسترده‌ی خودش را نیز به آن بیفزاید.

ببیج نیز یکی از سخت‌ترین معادلات (اعداد برنولی) را برای ایدا ارسال کرد تا آن را به تحقیقات خود اضافه کند. نکته‌ی مهم این که ایدا اشکالاتی در معادلات ببیج پیدا کرد که شخص ببیج بعدا آن‌ها را به‌عنوان اشتباهات جدی نام برد. لاولیس ضمن مکاتبه‌ی مداوم با ببیج، ماه‌ها به‌دقت روی نوشته‌هایش کار کرد.

لاولیس در این مقاله الگوریتمی برای محاسبه‌ی اعداد برنولی طراحی کرد که به مهم‌ترین دستاورد او تبدیل شد و سال‌ها بعد نامش را به‌عنوان اولین برنامه‌نویس جهان ثبت کرد.

الگوریتم لاولیس براساس یک سری دستورالعمل‌های منطقی و گام‌به‌گام تنظیم شده بود: او به‌تفصیل نحوه‌ی ورود داده‌ها به ماشین تحلیلی، پردازش آن‌ها و نهایتاً تولید خروجی را توضیح داد و تأکید کرد که ماشین می‌تواند به‌صورت خودکار از طریق دستورالعمل‌های دقیق عمل کند و فراتر از یک موتور محاسبات ساده باشد.

به عبارتی لاولیس در این الگوریتم نشان داد که ماشین تحلیلی می‌تواند براساس ورودی‌های خاصی (مثلاً مقدار اولیه یا مقادیر قبلی از سری برنولی)، مقادیر بعدی را به دست آورد. این فرایند به‌گونه‌ای بود که ماشین به طور پیوسته عملیات را تا رسیدن به نتیجه‌ی نهایی ادامه می‌داد.

بدین ترتیب، این لاولیس بود که ثابت کرد دستگاه ببیج می‌تواند به‌عنوان یک «ماشین برنامه‌پذیر» عمل کند.

از طرف دیگر ایدا مشخصاً دیدگاه سنتی برنامه‌نویسی را درک کرده بود: اینکه ما برنامه‌ها را برای اجرای تسک‌هایی می‌نویسیم که نحوه‌ی اجرای آن‌ها را می‌دانیم. او توضیح داد که ماشین تحلیلی به‌تنهایی نمی‌تواند فکر یا چیزی را پردازش کند.

او همچنین یادآوری کرده بود که وقتی «حقایق و فرمول‌های تحلیلی» را به قالبی ترجمه می‌کنیم که ماشین بتواند پردازش کند، دیدگاه‌های تازه‌ای در مورد بسیاری از موضوعات آن زمینه به دست می‌آوریم. این دیدگاه‌ها باعث می‌شود مسائل را عمیق‌تر بررسی کنیم.

به‌طور خلاصه الگوریتم لاولیس سه ویژگی مهم داشت:

• خودکارسازی محاسبات
• تکرارپذیری که امروزه با عنوان لوپ (loop) در برنامه‌نویسی شناخته می‌شود.
• شرط‌ها و تصمیم‌گیری که امروز در ساختارهای «اگر، آنگاه» (if-then) در برنامه‌ها رایج است.

بانوی ریاضی‌دان انگلیسی در مطالعات خود، ایرادات ماشین تحلیلی ببیج را نیز توضیح داد. این کشف ایرادات به‌عنوان اولین فرآیند دیباگ تاریخ شناخته می‌شوند. مطالعات لاولیس در سال‌های بعدی عمیق‌تر شد و او تلاش کرد تا از ریاضیات برای کدگشایی فرآیند عصبی در پس‌زمینه‌ی احساسات استفاده کند.

ایدا با مقاله‌ی خود دورانی جدید در علوم کامپیوتر پدید آورد. او مفهومی جدید را به ماشین‌‌ها اضافه کرد و ظرفیت آن‌ها را بیشتر از انجام محاسبات ساده‌ی ریاضی نشان داد. اقدام او اولین قدم در مسیر درک کامپیوترهای مدرن، فراتر از ماشین‌حساب بود.

اولین برنامه‌نویس تاریخ معتقد بود هرچیزی که قابلیت تبدیل شدن به اعداد داشته باشد، مانند موسیقی، الفبا یا تصاویر، توانایی محاسبه شدن و تغییر کردن توسط کامپیوترها را دارد. به بیان دیگر ماشین تحلیلی می‌توانست نحوه‌ی کار در تمامی بخش‌های جهان و نه تنها ریاضی را منقلب کند.

طرز تفکر و عقاید ایدا نشان می‌داد که او فراتر از روش‌های سخت‌گیرانه‌ی مادر، تفکر خود را پرورش داده است. او رویکردی تخیلی و بصری را در مطالعات خود لحاظ کرده بود. با وجود این که عموم مطالعات این دانشمند، بر پایه‌ی ریاضی بوده‌اند، ذهن او فراتر از معادلات و الگوریتم‌ها حرکت کرد تا احتمالات جدید را بررسی کند. به‌همین دلیل ببیج در توصیف این بانو از عبارت «جادوگر اعداد» استفاده می‌کرد.

به‌هرحال مطالعات ایدا و تحقیقات ببیج هیچ‌گاه عملی نشدند. ببیج نتوانست ساخت ماشین خود را به پایان برساند اما در سال ۱۹۹۱ نمونه‌ای از ماشین او با اصلاحیات جزئی ساخته شد و عملکردی کامل داشت. اتفاق بعدی سال‌ها بعد و با ظهور آلن تورینگ افتاد.

مهدی زارع سریزدی

بیوگرافی آلن تورینگ، پدر هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر مدرن

مطالعه '12

تورینگ به تحقیقات ایدا علاقه‌مند شد، اما درمورد هوش مصنوعی با این دانشمند مخالف بود. ایدا باور داشت هوش مصنوعی به‌وجود نخواهد آمد و ماشین‌ها تنها دستور‌العمل‌ها را اجرا می‌کنند. تورینگ نظریه‌ای مخالف داشت و در نهایت نیز آن را ثابت کرد.

ارتباط لاولیس و ببیج در برهه‌ای از تاریخ با مشاجره‌ای کوچک نیز همراه بود: ببیج قصد داشت در ابتدای کتاب لاولیس مقدمه‌ای ناشناس در انتقاد از دولت در مورد پشتیبانی از طرح ماشینش بنویسد.

البته قوانین انتشار اجازه‌ی چنین کاری را نمی‌داد و ببیج نیز از لاولیس خواست که مقدمه را حذف کند. لاولیس این درخواست را نپذیرفت و همین اقدام، بهانه‌ای برای مشاجره‌ی کوتاه‌مدت آن‌ها شد. البته رابطه‌ی این دو در سال‌های بعد بهبود یافت تا این که حتی لاولیس در سال‌های پایانی از ببیج خواست که او را از شر سرطان راحت کند.

پس از انتشار مقاله، ایدا لاولیس مدت‌ها در بستر بیماری بود؛ اما با مایکل فارادی که او را «ستاره‌ای نوظهور در دنیای علوم» می‌نامید، همچنان تعامل داشت. او تصمیم گرفته بود نشریه‌ای جدید راه‌اندازی کند و از همین رو با دانشمندان مختلفی مکاتبه و تبادل نظر می‌کرد.

واقعیت این بود که ایدا به‌خاطر معاشرت با همکاران مرد و دوستان پدرش، همیشه زیر طوفان  سرزنش‌ها قرار داشت و تلاش او برای تدریس به زنان و دختران نیز با استقبال جامعه‌ مواجه نمی‌شد.

طی سال‌های ۱۸۵۱ تا ۱۸۵۲، حال ایدا لاولیس رو به وخامت گذاشت تا جایی که او از چارلز دیکنز، دوست ببیج خواست به دیدارش برود و یکی از کتاب‌هایش را با روایتی از مرگ او، برایش بخواند.

لاولیس، چارلز ببیج را به‌عنوان مجری وصیت خود انتخاب کرد تا او را در کنار لرد بایرون، پدرش (که او هم مرگ زودهنگامی داشت) دفن کنند. سرانجام ۲۷ نوامبر ۱۸۵۲ لاولیس درحالی‌که درد شدید و طولانی‌مدتی را تجربه کرده بود، در سن ۳۶ سالگی درگذشت.

یکی از یادگارهای بزرگی که خاطره‌ی این ریاضی‌دان پیشرو را زنده نگه می‌دارد، زبان برنامه‌نویسی Ada است که از طرف وزارت دفاع آمریکا تدوین شد و در سال ۱۹۸۰ در استاندارد نظامی این کشور به ثبت رسید. همچنین انجمن کامپیوتر بریتانیا نیز از سال ۱۹۹۸ هر ساله «مدال لاولیس» را به افردی که دستاوردهای قابل‌توجهی در حوزه‌ی مهندسی نرم‌افزار دارند، اعطا می‌کند.

به پاس یک عمر تلاش اولین برنامه‌نویس تاریخ، مراسم روز ایدا لاولیس در دومین سه‌شنبه‌ی ماه اکتبر با هدف افزایش نقش زنان در علوم، فناوری و مهندسی برگزار می‌شود.

دستاوردهای ایدا لاولیس فراتر از زمان خودش بود. او نه‌تنها اولین الگوریتم قابل‌اجرا توسط ماشین را نوشت، بلکه پتانسیل‌ بی‌پایان کامپیوترها را نیز پیش‌بینی کرد. مفاهیمی چون حلقه در برنامه‌نویسی و تمایز بین داده و پردازش که امروزه از اصول بدیهی علوم کامپیوتر محسوب می‌شوند، ریشه در اندیشه‌های نوآورانه‌ی او دارند.

اگرچه کار ایدا لاولیس در طول زندگی‌اش هرگز به رسمیت شناخته نشد و برخی از ایده‌های او تا چند قرن بعد ناشناخته ماندند، با گذشت زمان، نام او به الگوی پشتکار و پیشرفت و یکی از نمادهای اصلی جنبش‌های ترویج حضور زنان در STEM تبدیل شد.

او در یادداشت‌های خود نوشته بود: «محدودیت‌های ما تنها در ذهنمان وجود دارند. هیچ مانعی وجود ندارد که زنان نتوانند از آن عبور کنند. آن‌ها فقط باید به خودشان باور داشته باشند.»