العلم هو ما نفهمه بشكل جيد بما يكفي لشرحه لحاسوب؛ الفن هو كل شيء آخر.
Donald Ervin Knuth عالم حاسوب وعالم رياضيات أمريكي وأستاذ فخري في جامعة Stanford. وهو حائز جائزة ACM Turing عام 1974، والتي تعتبر بشكل غير رسمي جائزة نوبل لعلوم الحاسوب. لقد أطلق على Knuth لقب "مؤسس تحليل الخوارزميات".
وهو مؤلف العمل متعدد المجلدات The Art of Computer Programming. ساهم في تطوير التحليل الصارم للتعقيد الحسابي للخوارزميات وقام بتنظيم التقنيات الرياضية الشكلية له. وفي هذه العملية قام أيضاً بنشر الترميز التقاربي. بالإضافة إلى المساهمات الأساسية في عدة فروع من علوم الحاسوب النظرية، Knuth هو مبتكر نظام TeX لتنضيد النصوص بالحاسوب، ولغة METAFONT المرتبطة به لتعريف الخطوط وعرضها، وعائلة Computer Modern من الخطوط.
كمؤلف وعالم، ابتكر Knuth أنظمة البرمجة WEB و CWEB المصممة لتشجيع وتسهيل البرمجة الأدبية، وصمم معماريات مجموعات التعليمات MIX/MMIX. يعترض Knuth بشدة على منح براءات اختراع البرمجيات، حيث أعرب عن رأيه لمكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي والمنظمة الأوروبية للملكية الفكرية.
السيرة الذاتية
الحياة المبكرة
وُلد Knuth في Milwaukee, Wisconsin، لوالدين أمريكيين من أصول ألمانية Ervin Henry Knuth و Louise Marie Bohning. كان والده يمتلك مطبعة صغيرة وعلّم الحسابات. كان Donald طالباً في Milwaukee Lutheran High School، وفكر في طرق ذكية لحل المسائل. على سبيل المثال، في الصف الثامن، دخل مسابقة للعثور على عدد الكلمات التي يمكن إعادة ترتيب أحرف "Ziegler's Giant Bar" لتكوينها؛ حيث حدد الحكام 2,500 كلمة من هذا القبيل. باستخدام الوقت الذي اكتسبه بغياب عن المدرسة بسبب وجع معدة مفتعل، وحل المسألة من الطريق الآخر، استخدم Knuth قاموساً شاملاً وحدد ما إذا كان كل إدخال في القاموس يمكن تكوينه باستخدام أحرف العبارة. باستخدام هذه الخوارزمية، حدد أكثر من 4,500 كلمة، مما أدى إلى فوزه بالمسابقة. كجوائز، استقبلت المدرسة تلفازاً جديداً وعدداً كافياً من بعض قطع الحلوى ليتمكن جميع زملائه في المدرسة من تناولها.
التعليم
تلقى Knuth منحة دراسية في الفيزياء في Case Institute of Technology وهي الآن جزء من Case Western Reserve University في Cleveland, Ohio، حيث التحق بها عام 1956. كما انضم إلى Beta Nu Chapter من نادي الأخوية Theta Chi. أثناء دراسة الفيزياء في Case، تعرف Knuth على IBM 650، وهو حاسوب تجاري مبكر. بعد قراءة دليل الحاسوب، قرر Knuth إعادة كتابة كود التجميع والمترجم للآلة المستخدمة في مدرسته، لأنه كان يعتقد أنه يستطيع فعل ذلك بشكل أفضل.
في عام 1958، أنشأ Knuth برنامجاً لمساعدة فريق كرة السلة في مدرسته على الفوز بمبارياتهم. أسند "قيماً" للاعبين من أجل قياس احتمالية حصولهم على نقاط، وهو نهج جديد أبلغت عنه لاحقاً Newsweek و CBS Evening News.
كان Knuth أحد المحررين المؤسسين لمجلة Case Institute's Engineering and Science Review، التي فازت بجائزة وطنية كأفضل مجلة تقنية عام 1959. ثم انتقل من الفيزياء إلى الرياضيات، وتلقى درجتين من Case عام 1960: درجة البكالوريوس في العلوم، وفي نفس الوقت درجة الماجستير في العلوم بموجب جائزة خاصة من هيئة التدريس، الذين اعتبروا عمله متميزاً بشكل استثنائي.
في عام 1963، مع عالم الرياضيات Marshall Hall كمستشار له، حصل على درجة الدكتوراه في الرياضيات من California Institute of Technology.
العمل المبكر
بعد حصوله على درجة الدكتوراه، انضم Knuth إلى هيئة التدريس في Caltech كأستاذ مساعد.
قبل تكليفاً بكتابة كتاب عن مترجمات لغات البرمجة. أثناء العمل على هذا المشروع، قرر Knuth أنه لا يمكنه معالجة الموضوع بشكل كافٍ دون تطوير نظرية أساسية أولاً حول البرمجة بالحاسوب، الأمر الذي أصبح The Art of Computer Programming. خطط في الأصل لنشر هذا كتاب واحد. عندما طور Knuth مخططه للكتاب، توصل إلى أنه يحتاج إلى ستة مجلدات، ثم سبعة، لتغطية الموضوع بشكل شامل. نشر المجلد الأول عام 1968.
قبل نشر المجلد الأول من The Art of Computer Programming مباشرة، ترك Knuth Caltech للعمل مع قسم أبحاث الاتصالات في Institute for Defense Analyses، الذي كان يقع حينها في حرم جامعة Princeton، والذي كان يجري أبحاثاً رياضية في التشفير لدعم National Security Agency.
في عام 1967 حضر Knuth مؤتمر Society for Industrial and Applied Mathematics وسأله شخص ما عما يفعله. كان علم الحاسوب في ذلك الوقت مقسماً إلى التحليل العددي والذكاء الاصطناعي ولغات البرمجة. بناءً على دراسته وكتاب The Art of Computer Programming، قرر Knuth أنه المرة القادمة التي يسأله فيها شخص ما، سيقول: "تحليل الخوارزميات."
ثم ترك Knuth هذا المنصب للانضمام إلى هيئة التدريس في Stanford University عام 1969، حيث أصبح الآن أستاذ Fletcher Jones في علوم الحاسوب بصفة فخرية.
الكتابات
Knuth مؤلف بالإضافة إلى كونه عالم حاسوب.
The Art of Computer Programming TAOCP
في السبعينيات، وصف Knuth علوم الحاسوب بأنها "حقل جديد تماماً بدون هوية حقيقية. والمعيار الذي كانت عليه المنشورات المتاحة ليس عالياً جداً. الكثير من الأوراق التي كانت تصدر كانت خاطئة ببساطة. ... لذلك أحد دوافعي كان تصحيح قصة تم سردها بشكل سيء جداً." بحلول عام 2011، تم نشر المجلدات الثلاثة الأولى والجزء الأول من المجلد الرابع من سلسلته. تم أيضاً نشر Concrete Mathematics: A Foundation for Computer Science 2nd ed.، التي نشأت من توسع قسم المقدمات الرياضية من المجلد 1 من TAoCP. في أبريل 2020، قال Knuth إنه يعمل بجد على الجزء B من المجلد 4، وهو يتوقع أن يحتوي الكتاب على ما لا يقل عن الأجزاء A إلى F.
أعمال أخرى
Knuth هو أيضاً مؤلف Surreal Numbers، وهي رواية رياضية قصيرة عن بناء نظرية المجموعات لـ John Conway لنظام بديل من الأرقام. بدلاً من مجرد شرح الموضوع، يسعى الكتاب إلى إظهار تطور الرياضيات. أراد Knuth أن يحضر الكتاب الطلاب للقيام ببحث أصلي وإبداعي.
في عام 1995، كتب Knuth المقدمة لكتاب A=B بقلم Marko Petkovšek و Herbert Wilf و Doron Zeilberger. Knuth هو أيضاً مساهم عرضي بألغاز لغوية في Word Ways: The Journal of Recreational Linguistics.
قام Knuth أيضاً بالخوض في الرياضيات الترفيهية. ساهم بمقالات في Journal of Recreational Mathematics ابتداءً من الستينيات، وتم الاعتراف به كمساهم رئيسي في Mathematics on Vacation لـ Joseph Madachy.
ظهر Knuth أيضاً في عدد من مقاطع Numberphile و Computerphile على YouTube حيث ناقش موضوعات تتراوح من كتابة Surreal Numbers إلى سبب عدم استخدامه للبريد الإلكتروني.
أعمال تتعلق بمعتقدات Knuth الدينية
بالإضافة إلى كتاباته حول علوم الحاسوب، Knuth، وهو لوثري، هو أيضاً مؤلف 3:16 Bible Texts Illuminated، حيث يفحص الكتاب المقدس من خلال عملية أخذ عينات منهجية، أي تحليل الإصحاح 3، الآية 16 من كل كتاب. يرافق كل آية عرض في الفن الخطي، أسهمت به مجموعة من الخطاطين تحت قيادة Hermann Zapf. بعد ذلك، تم دعوته لإلقاء سلسلة من المحاضرات في MIT حول آرائه بشأن الدين وعلوم الحاسوب خلف مشروعه 3:16، مما أسفر عن كتاب آخر، Things a Computer Scientist Rarely Talks About، حيث نشر المحاضرات "God and Computer Science".
الرأي حول براءات اختراع البرمجيات
كعضو في المجتمع الأكاديمي والعلمي، يعترض Knuth بقوة على سياسة منح براءات اختراع البرمجيات للحلول التافهة التي يجب أن تكون واضحة، لكنه أعرب عن آراء أكثر دقة للحلول غير التافهة مثل طريقة النقطة الداخلية للبرمجة الخطية. لقد أعرب عن عدم موافقته مباشرة إلى كل من مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي والمنظمة الأوروبية للملكية الفكرية.
Computer Musings
يلقي Knuth محاضرات غير رسمية عدة مرات في السنة في Stanford University، أطلق عليها عنوان "Computer Musings". كان أستاذاً زائراً في قسم علوم الحاسوب بجامعة Oxford في المملكة المتحدة حتى عام 2017 وزميلاً فخرياً في Magdalen College.
البرمجة
التنضيد الرقمي
في السبعينيات، تخلى ناشرو TAOCP عن Monotype لصالح التصوير الفوتوغرافي. أصبح Knuth محبطاً جداً من عدم قدرة النظام الأخير على الاقتراب من جودة المجلدات السابقة، التي تم تنضيدها باستخدام النظام الأقدم، لدرجة أنه تفرغ للعمل على التنضيد الرقمي وقام بإنشاء TeX و Metafont.
البرمجة الأدبية
أثناء تطوير TeX، ابتكر Knuth منهجية برمجة جديدة، أطلق عليها البرمجة الأدبية، لأنه كان يعتقد أن المبرمجين يجب أن يفكروا في البرامج كأعمال أدبية. "بدلاً من تخيل أن مهمتنا الرئيسية هي إرشاد حاسوب حول ما يجب أن يفعله، دعونا نركز بدلاً من ذلك على شرح للبشر ما نريد من الحاسوب أن يفعله."
ألّف Knuth فكرة البرمجة الأدبية في نظام WEB. يتم استخدام نفس مصدر WEB لنسج ملف TeX، وللتشابك مع ملف مصدر Pascal. وهذه بدورها تنتج وصفاً قابلاً للقراءة للبرنامج وملف تنفيذي قابل للتشغيل على التوالي. التكرار اللاحق للنظام، CWEB، يستبدل Pascal بـ C.
استخدم Knuth WEB لبرمجة TeX و METAFONT، ونشر كلا البرنامجين كتباً: The TeXbook، الذي نُشر في الأصل عام 1984، و The METAFONTbook، الذي نُشر في الأصل عام 1986. في نفس الوقت تقريباً، تم تطوير LaTeX، حزمة الماكروس المعتمدة على نطاق واسع الآن والمبنية على TeX، لأول مرة من قبل Leslie Lamport، الذي نشر لاحقاً دليل المستخدم الأول لها عام 1986.
الموسيقى
Knuth عازف أرغن ومؤلف. في عام 2016 أكمل قطعة موسيقية للأرغن بعنوان Fantasia Apocalyptica، يصفها بأنها "ترجمة النص اليوناني من رؤيا القديس يوحنا الإلهية إلى الموسيقى". تم عزفها لأول مرة في السويد في 10 يناير 2018.
الحياة الشخصية
تزوج Donald Knuth من Nancy Jill Carter في 24 يونيو 1961، بينما كان طالب دراسات عليا في California Institute of Technology. لديهما طفلان: John Martin Knuth و Jennifer Sierra Knuth.
الاسم الصيني
الاسم الصيني لـ Knuth هو Gao Dena. في عام 1977، أُعطي هذا الاسم من قبل Frances Yao، قبل وقت قصير من رحلة استغرقت 3 أسابيع إلى الصين. في مجلده الصادر عام 1980 من The Art of Computer Programming، يشرح Knuth أنه تقبل اسمه الصيني لأنه أراد أن يكون معروفاً من قبل الأعداد المتزايدة من مبرمجي الحاسوب في الصين في ذلك الوقت. في عام 1989، تم وضع اسمه الصيني في رأس مجلة Journal of Computer Science and Technology، مما يقول Knuth "يجعلني أشعر بالقرب من جميع الشعب الصيني على الرغم من أنني لا أستطيع التحدث بلغتك".
المخاوف الصحية
في عام 2006، تم تشخيص إصابة Knuth بسرطان البروستاتا. خضع لعملية جراحية في ديسمبر من ذلك العام وأعرب عن أن "قليل من العلاج الإشعاعي ... كإجراء احتياطي لكن التشخيص يبدو جيداً جداً"، كما أبلغ عنه في سيرته الذاتية بالفيديو.
الفكاهة
اعتاد Knuth أن يدفع رسوم عثور قدرها 2.56 دولار لأي أخطاء إملائية أو أخطاء اكتشفت في كتبه، لأن "256 فلساً هو دولار سادس عشري"، و0.32 دولار عن "اقتراحات قيمة". وفقاً لمقال في مجلة Massachusetts Institute of Technology's Technology Review، فإن شيكات جائزة Knuth هذه تعتبر "من بين أكثر الجوائز المرغوبة في عالم الحاسوب". اضطر Knuth إلى إيقاف إرسال الشيكات الحقيقية في عام 2008 بسبب احتيال بنكي، وبدلاً من ذلك يعطي الآن كل مكتشف للخطأ "شهادة إيداع" من رصيد مدرج علنياً في "مصرفه الخيالي San Serriffe".
قارن مع العظماء
أطفال معجزة
Arisa TrewFirst woman to land a 720, then Olympic park gold at age 14
Monica SelesTeenage world No. 1 who won eight Grand Slam titles before…
Erik DemaineEntered university at twelve and became MIT's youngest-ever…
Tanishq AbrahamThree Associate Degrees by 11 — Med School at 14, MD-Candidate…