奇思妙想II：16位天才揭祕未來的計算

LOUIS QUALLS

把發展放在設計團隊

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第二次世界大戰期間，在田納西州的山巒中祕密誕生了一個城鎮。作為曼哈頓工程的一部分，橡樹嶺國家實驗室授權為原子彈製造以及提純鈽元素。實驗室主要從事能源、系統生物學以及材料科學研究。在核能以及工程學領域，它一直處在世界領導地位。即使是在預算短缺時期，實驗室的科學家仍能得到美國能源部鉅額財政支援進行大規模能源實驗研究。

Lou Qualls，作為一名橡樹嶺國家實驗室的高階研究員以及核能工程師，把他自己比喻為系統合成器。他的工作就是將許多子系統組合成一個系統，以便實現複雜的功能，用於保證核反應系統的正常工作。系統涉及了心理學和工程學領域，需要勸說各個子系統的專家們去修改他們認為的理想方案，以便於適應整個系統的結構框架。藝術家會逐漸陷入對他們作品的迷戀，系統設計師同樣會如此，進化計算能幫助工程師們克服對他們的設計的著迷。

Qualls生於1963年，在田納西州的孟菲斯長大。他的媽媽來自田納西州西部的一個農場家庭，她的祖父是一個有創造力的萬事通——集焊接工、技工、機械工於一身。“今天我做的大多數事是類似的”，Qualls記道，“通過拆解，我知道了這些東西是怎麼工作的，但願我還能把它們組裝回去。” Qualls的父親是一名銷售員，他也時常把工作的理念灌輸給他的兒子。“他說90%的成功來源於準時上班、穿著適當以及努力工作。”，Qualls回憶道，他對他父親的告誡牢記在心。

Qualls起初就讀於孟菲斯的公立中學，之後轉學到哈丁學校——一所專門的基督教教會學校。Qualls描述他那時是一個“水平中等”的學生。他逐漸對包含建築學、工程學以及物理學系統知識的工業藝術著了迷。1981年，在諾克斯維爾的田納西大學，Qualls開始了他的技術累計。他很快發現他的繪畫並不好，於是對建築的結構設計，而不是其外在風格，更感興趣。他深思熟慮後想選取一個工程學角度，但問題是什麼方面——機械學的、電子學的、民用的、航空的，存在有多種可能性。Qualls決定去詢問每個部門的負責人。在核工程希，系主任Pete Pasqua與他交談，並說服他選擇核工程方向。“他向我傳授了核工程相當重要，值得在自己的生命中為之付出的理念。”，Qualls回憶說。核工程學的諸多限制使得有更少的人在該領域。其他工程專業每年至少有兩百或者三百名畢業生，而核工程專業只有二十名。Qualls覺得如果他到Pasqua所在的院系，至少會有一個人去關注他是否會成功。

核工程涉及到的知識範圍很廣泛，有數學、計算機、工程學、熱工水力學、機械學、電磁輻射以及渦輪機系統等等。他在第一學年計算機課上對一道簡單謎題提出的解決方法可能也是對他當前設計技能的一個很好的預示。課堂上給他分配的任務是編寫一個程式來解決木釘謎題，這種謎題常常能在南方Cracker Barrel餐廳的餐桌上見到。如下圖所示板上有十五個洞和十四個木釘，因此有一個洞是空閒的。玩家每次移動木釘需跳過其相鄰的木釘到對面的空洞中，被跳過的木釘會被取走。最後只有一個木釘剩下同時該木釘位於最初的空洞處時則表示謎題已解決。

謎題中每次跳躍會使被跳過的木釘移除

根據任務分配，Qualls用Prolog這種包含有回朔機制的語言編寫了一個處理程式。“那是一個最純粹的事情。雖然計算機不會真正的智慧化，但是它不會放棄。只要你能設定使之按系統方式持續工作，它最終還是會找到解決方法。” Qualls回憶道。他承認解決方案並不完美，但是有些事情並不一定能完美解決。他認定的事實就是隻要你指出正確的途徑，計算機最終能“擠出”解決方案。

在1984年，也就是在三裡島核事故發生的五年後，Qualls撰寫了他的碩士論文，該文探討了核反應堆的訊號確認問題——如何確定感測器之間通訊的不同以及哪些感測器反饋的資訊值得相信。在三裡島核事故中，一個反應堆的核心部件已經部分熔解，只有未損壞的反應堆和防洩漏系統阻止了大範圍的核輻射。專家分析事故後表示操作人員由於過於依賴感測器的讀數，而這些資料中有些並不是正確的，從而進行了錯誤的處理引發了事故。

如果在你控制皮膚上的兩個感測器顯示的讀數相互矛盾你該相信哪個？Qualls開發了一套訊號確認系統作為核電廠操作人員操作的輔助手段，該系統在後臺不間斷執行，如果溫度或者壓力升高會及時提示操作人員。Qualls 說到：“這是一個告警提示程式，可以告訴操作者哪些資訊被他們忽視了以及哪些讀數很可能是正確的，從而幫助他們做出正確的處理。”

為了能通知告警程式，Qualls在設計程式時運用了很多工程學法則。例如，如果感測器是由同一家廠生產的並且由同一個工程師進行調校，那麼這些感測器的讀數基本上就會近似。如果不是，則這些中讀數與其他大部分不同的很可能就是壞的。歷史同樣也能有所幫助。如果使用同樣的壓力泵，容器A的用壓力感應器得到的數值總是比容器B要高，則很可能是壓力泵的問題。

• 原文名Natural Computing: DNA, Quantum Bits, and the Future of Smart Machines

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• 原作者：Dennis Elliott Shasha

• 譯者 段炎