جون هوبكروفت: الكتاب الدراسي الذي درّب مجالاً كاملاً

لم يقرأ ملايين طلاب علوم الحاسوب كلمة واحدة كتبها جون هوبكروفت في مجلة بحثية، ومع ذلك فقد تعلموا جميعاً منه تقريباً - من خلال كتب نظرية الأوتوماتا والخوارزميات التي تحمل اسمه إلى جانب جيفري أولمان وألفريد أهو، وهي كتب تم اعتمادها كمنهج دراسي قياسي لدرجة أنها شكلت الطريقة التي يُدرّس بها هذا التخصص نفسه.

من ابن بواب إلى ستانفورد

وُلد جون إدوارد هوبكروفت في 7 أكتوبر 1939 في سياتل، واشنطن، لعائلة من الطبقة العاملة؛ كان والده، وهو محارب بريطاني قديم في الحرب العالمية الأولى، يعمل بواباً، ولم يكمل أي من والديه المدرسة الثانوية. كما كان حفيد جاكوب نيست، مؤسس شركة سياتل-تاكوما للصناديق. على الرغم من محدودية تعليمهم، شجع والداه فضوله الفكري، وحصل على درجة البكالوريوس في الهندسة الكهربائية من جامعة سياتل في عام 1961، تليها درجة الماجستير في عام 1962 والدكتوراه في عام 1964، وكلاهما في الهندسة الكهربائية، من جامعة ستانفورد. هذا التدريب الهندسي، بدلاً من خلفية في الرياضيات البحتة أو علوم الحاسوب، شكل غريزته اللاحقة للخوارزميات التي لم تكن أنيقة نظرياً فحسب، بل كانت فعالة حقاً في التشغيل.

بناء الكتب الدراسية للتخصص

بدأ هوبكروفت مسيرته الأكاديمية في جامعة برينستون كأستاذ مساعد قبل الانتقال إلى جامعة كورنيل، حيث قضى الجزء الأكبر من مسيرته المهنية، وشغل في النهاية لقب أستاذ آي بي إم للهندسة والرياضيات التطبيقية وشغل أدواراً قيادية بما في ذلك رئيس القسم وعميد الهندسة. في كورنيل شارك في تأليف سلسلة من الكتب الدراسية مع جيفري أولمان ولاحقاً ألفريد أهو حول اللغات الرسمية ونظرية الأوتوماتا وتصميم الخوارزميات التي أصبحت نصوص التدريس الافتراضية لأجيال من طلاب علوم الحاسوب في جميع أنحاء العالم. لم تكتفِ هذه الكتب بتلخيص المعرفة الموجودة فحسب، بل قامت بتدوين تحليل التعقيد المقارب ونظرية اللغات الرسمية في الشكل الذي لا يزال يُدرّس في دورات النظرية التمهيدية اليوم، مما منح المجال مفردات مشتركة قبل أن توجد تلك المفردات بالكامل في أماكن أخرى.

خوارزميات لا تزال تعمل اليوم

بعيداً عن الكتب الدراسية، أنتجت أبحاث هوبكروفت الخاصة أدوات لا تزال قيد الاستخدام النشط. خوارزمية هوبكروفت-كارم، التي تم تطويرها مع ريتشارد كارب، تجد المطابقات القصوى في الرسوم البيانية ثنائية الأجزاء بشكل أسرع من أي طريقة سبقتها، وتظل تقنية قياسية في مشاكل تدفق الشبكة والتخصيص. كما طور خوارزمية فعالة لتقليل الأوتوماتا المحدودة الحتمية، وهي أداة أساسية في تصميم المترجمات والتحقق الرسمي. ومع ذلك، كانت نتيجته الأكثر شهرة هي عمل مشترك مع روبرت تارجان: أول خوارزمية زمن خطي لاختبار ما إذا كان الرسم البياني مستوياً - أي ما إذا كان يمكن رسمه على سطح مستوٍ دون تقاطع الحواف - والتي نُشرت في عام 1974. بنى الاثنان الخوارزمية حول استخدام منهجي للبحث في العمق، مما حول ما كان مشكلة بطيئة ومخصصة إلى مشكلة قابلة للحل في وقت يتناسب مع حجم الرسم البياني نفسه.

جائزة تورينج وطبيعتها المشتركة

في عام 1986، حصل هوبكروفت وتارجان بشكل مشترك على جائزة ACM A.M. Turing، وهي أعلى وسام في الحوسبة، "لإنجازات أساسية في تصميم وتحليل الخوارزميات وهياكل البيانات". تذكر الجائزة كلا الرجلين معاً وتنسب الفضل إلى مجموعة من الأعمال التعاونية والمتوازية بدلاً من اختراق فردي واحد - خوارزمية التسطيح هي الأهم من بين الإنجازات التي كانت الجائزة تضعها في الاعتبار، إلى جانب مساهمات كل رجل المستقلة في المجال الأوسع لتصميم الخوارزميات.

مسيرة مهنية ثانية في الصين

في العقود التي تلت حصوله على جائزة تورينج، وجه هوبكروفت الكثير من طاقته نحو تعزيز تعليم علوم الحاسوب خارج الولايات المتحدة، وخاصة في الصين. أصبح مديراً مشاركاً لمركز حدود دراسات الحوسبة في جامعة بكين ويقود مراكز تحمل اسمه في جامعة شنغهاي جياو تونغ وجامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا، حيث يقوم بتوجيه الطلاب والمساعدة في بناء برامج بحثية في الخوارزميات ومؤخراً في التعلم العميق. منحت الصين جائزة الصداقة له في عام 2016، وهو تقدير مخصص للخبراء الأجانب الذين قدموا مساهمات بارزة في تنمية البلاد - وهو فصل ثانٍ غير عادي لحائز على جائزة تورينج كان قد تجاوز بالفعل بعقود العمل الذي أكسبه الجائزة.

التقدير

تم انتخاب هوبكروفت للأكاديمية الوطنية للهندسة في عام 1989، وأصبح زميلاً في ACM في عام 1994، وحصل على ميدالية IEEE John von Neumann في عام 2010 لإنجازاته البارزة في علوم الحاسوب والهندسة، بالإضافة إلى جائزة تورينج لعام 1986 وجائزة الصداقة الصينية لعام 2016.

لماذا يُدعى جون بالعبقري

لا تعتمد قضية عبقرية هوبكروفت على دليل واحد مبهر، بل على مزيج أكثر ندرة: مساهمات بحثية جوهرية بما يكفي للفوز بأعلى جائزة في المجال، مقترنة بموهبة لا مثيل لها في تقطير أسس ذلك المجال في شكل قابل للتدريس. خوارزمية التسطيح وخوارزمية مطابقة هوبكروفت-كارم هي نوع النتائج التي يشير إليها علماء الحاسوب النظريون على أنها ذكية حقاً - حيث تقلل المشاكل التي بدت وكأنها تتطلب بحثاً بالقوة الغاشمة إلى زمن خطي أو شبه خطي من خلال البصيرة الهيكلية. لكن الإطار الصادق، الذي تجعله جائزة تورينج نفسها صريحاً، هو أن أشهر نتائجه تنتمي بشكل مشترك إليه وإلى روبرت تارجان؛ لا تقف جائزة أي من الرجلين بمفردها، وكانت الجائزة لمجموعة مشتركة من الإنجازات، وليس لاختراق فردي. ما هو أقل مشاركة، وأقل احتفالاً به كـ "عبقرية"، هو موهبته الثانية: ثلاثة كتب دراسية منفصلة شارك في تأليفها ومبنية بشكل جيد لدرجة أنها أصبحت الطريقة الافتراضية التي يُدرّس بها تخصص كامل أسسه الخاصة، وهو شكل من أشكال المساهمة الفكرية أقرب إلى التدريس المتقن منه إلى الاختراع الفردي.

الإرث

يسير إرث هوبكروفت على مسارين متوازيين نادراً ما يتزامنان في مسيرة مهنية واحدة - سجل بحثي حائز على جائزة تورينج في الخوارزميات، وفصل ثانٍ استمر لعقود في بناء البنية التحتية لتعليم علوم الحاسوب في الصين. قلة من الشخصيات في تاريخ هذا المجال شكلت طريقة تدريسه بشكل مباشر، أو لفترة طويلة، مثل مؤلف أكثر كتبه الدراسية استخداماً. إن حقيقة أن الرجل الذي ساعد في إضفاء الطابع الرسمي على نظرية الحوسبة في الستينيات والسبعينيات كان، بحلول العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، يوجه طلاباً في التعلم العميق في جامعة بكين يقول شيئاً عن الطول والنطاق غير العاديين لحياته العملية: مسيرة مهنية بدأت في عصر الهندسة الكهربائية المجاورة للصمامات المفرغة واستمرت في عصر الشبكات العصبية، دون أن تفقد أبداً خيطها الرابط المتمثل في تعليم الجيل القادم الهيكل الأساسي للمجال.