2017年3月21日火曜日

How Aristotle Created the Computer

How Aristotle Created the Computer

 
e history of computers is often told as a history of objects, from the abacus to the Babbage engine up through the code-breaking machines of World War II. In fact, it is better understood as a history of ideas, mainly ideas that emerged from mathematical logic, an obscure and cult-like discipline that first developed in the 19th century. Mathematical logic was pioneered by philosopher-mathematicians, most notably George Boole and Gottlob Frege, who were themselves inspired by Leibniz’s dream of a universal “concept language,” and the ancient logical system of Aristotle.
Mathematical logic was initially considered a hopelessly abstract subject with no conceivable applications. As one computer scientist commented: “If, in 1901, a talented and sympathetic outsider had been called upon to survey the sciences and name the branch which would be least fruitful in [the] century ahead, his choice might well have settled upon mathematical logic.” And yet, it would provide the foundation for a field that would have more impact on the modern world than any other.
The evolution of computer science from mathematical logic culminated in the 1930s, with two landmark papers: Claude Shannon’s “A Symbolic Analysis of Switching and Relay Circuits,” and Alan Turing’s “On Computable Numbers, With an Application to the Entscheidungsproblem.” In the history of computer science, Shannon and Turing are towering figures, but the importance of the philosophers and logicians who preceded them is frequently overlooked.
A well-known history of computer science describes Shannon’s paper as “possibly the most important, and also the most noted, master’s thesis of the century.” Shannon wrote it as an electrical engineering student at MIT. His adviser, Vannevar Bush, built a prototype computer known as the Differential Analyzer that could rapidly calculate differential equations. The device was mostly mechanical, with subsystems controlled by electrical relays, which were organized in an ad hoc manner as there was not yet a systematic theory underlying circuit design. Shannon’s thesis topic came about when Bush recommended he try to discover such a theory.
Shannon’s paper is in many ways a typical electrical-engineering paper, filled with equations and diagrams of electrical circuits. What is unusual is that the primary reference was a 90-year-old work of mathematical philosophy, George Boole’s The Laws of Thought.
day, Boole’s name is well known to computer scientists (many programming languages have a basic data type called a Boolean), but in 1938 he was rarely read outside of philosophy departments. Shannon himself encountered Boole’s work in an undergraduate philosophy class. “It just happened that no one else was familiar with both fields at the same time,” he commented later.
Boole is often described as a mathematician, but he saw himself as a philosopher, following in the footsteps of Aristotle. The Laws of Thought begins with a description of his goals, to investigate the fundamental laws of the operation of the human mind:
The design of the following treatise is to investigate the fundamental laws of those operations of the mind by which reasoning is performed; to give expression to them in the symbolical language of a Calculus, and upon this foundation to establish the science of Logic ... and, finally, to collect ... some probable intimations concerning the nature and constitution of the human mind.
He then pays tribute to Aristotle, the inventor of logic, and the primary influence on his own work:
In its ancient and scholastic form, indeed, the subject of Logic stands almost exclusively associated with the great name of Aristotle. As it was presented to ancient Greece in the partly technical, partly metaphysical disquisitions of The Organon, such, with scarcely any essential change, it has continued to the present day.
Trying to improve on the logical work of Aristotle was an intellectually daring move. Aristotle’s logic, presented in his six-part book The Organon, occupied a central place in the scholarly canon for more than 2,000 years. It was widely believed that Aristotle had written almost all there was to say on the topic. The great philosopher Immanuel Kant commented that since Aristotle’s logic had been “unable to take a single step forward, and therefore seems to all appearance to be finished and complete.”
Aristotle’s central observation was that arguments were valid or not based on their logical structure, independent of the non-logical words involved. The most famous argument schema he discussed is known as the syllogism:
  • All men are mortal.
  • Socrates is a man.
  • Therefore, Socrates is mortal.
You can replace “Socrates” with any other object, and “mortal” with any other predicate, and the argument remains valid. The validity of the argument is determined solely by the logical structure. The logical words — “all,” “is,” are,” and “therefore” — are doing all the work.
Aristotle also defined a set of basic axioms from which he derived the rest of his logical system:
  • An object is what it is (Law of Identity)
  • No statement can be both true and false (Law of Non-contradiction)
  • Every statement is either true or false (Law of the Excluded Middle)
These axioms weren’t meant to describe how people actually think (that would be the realm of psychology), but how an idealized, perfectly rational person ought to think.
Aristotle’s axiomatic method influenced an even more famous book, Euclid’s Elements, which is estimated to be second only to the Bible in the number of editions printed.
Although ostensibly about geometry, the Elements became a standard textbook for teaching rigorous deductive reasoning. (Abraham Lincoln once said that he learned sound legal argumentation from studying Euclid.) In Euclid’s system, geometric ideas were represented as spatial diagrams. Geometry continued to be practiced this way until René Descartes, in the 1630s, showed that geometry could instead be represented as formulas. His Discourse on Method was the first mathematics text in the West to popularize what is now standard algebraic notation — x, y, z for variables, a, b, c for known quantities, and so on.
Descartes’s algebra allowed mathematicians to move beyond spatial intuitions to manipulate symbols using precisely defined formal rules. This shifted the dominant mode of mathematics from diagrams to formulas, leading to, among other things, the development of calculus, invented roughly 30 years after Descartes by, independently, Isaac Newton and Gottfried Leibniz.
Boole’s goal was to do for Aristotelean logic what Descartes had done for Euclidean geometry: free it from the limits of human intuition by giving it a precise algebraic notation. To give a simple example, when Aristotle wrote:
All men are mortal.
Boole replaced the words “men” and “mortal” with variables, and the logical words “all” and “are” with arithmetical operators:
x = x * y
Which could be interpreted as “Everything in the set x is also in the set y.”
The Laws of Thought created a new scholarly field—mathematical logic—which in the following years became one of the most active areas of research for mathematicians and philosophers. Bertrand Russell called the Laws of Thought“the work in which pure mathematics was discovered.”
Shannon’s insight was that Boole’s system could be mapped directly onto electrical circuits. At the time, electrical circuits had no systematic theory governing their design. Shannon realized that the right theory would be “exactly analogous to the calculus of propositions used in the symbolic study of logic.”

とても興味深く読みました：コンピュータとアリストテレスとゼロ除算

再生核研究所声明359（2017.3.20）　ゼロ除算とは何か　―　本質、意義

ゼロ除算の理解を進めるために　ゼロ除算とは何か　の題名で、簡潔に表現して置きたい。　構想と情念、想いが湧いてきたためである。
基本的な関数y=1/x を考える。　これは直角双曲線関数で、原点以外は勿論、値、関数が定義されている。問題はこの関数が、x=0 　で　どうなっているかである。結論は、この関数の原点での値を　ゼロと定義する　ということである。　定義するのである。定義であるから勝手であり、従来の定義や理論に反しない限り、定義は勝手であると言える。原点での値を明確に定義した理論はないから、この定義は良いと考えられる。それを、y=1/0=0　と記述する。ゼロ除算は不可能であるという、数学の永い定説に従って、1/0　の表記は学術書、教科書にもないから、1/0=0　の記法は　形式不変の原理、原則　にも反しないと言える。―　多くの数学者は注意深いから、1/0=\infty　の表記を避けてきたが、想像上では x　が　0　に近づいたとき、限りなく　絶対値が大きくなるので、複素解析学では、表現1/0=\infty　は避けても、1/0=\infty　と考えている事は多い。（無限大の記号がない時代、アーベルなどもそのような記号を用いていて、オイラーは1/0=\inftyと述べ、それは間違いであると指摘されてきた。　しかしながら、無限大とは何か、数かとの疑問は　続いている。）。ここが大事な論点である。近づいていった極限値がそこでの値であろうと考えるのは、極めて自然な発想であるが、現代では、不連続性の概念　が十分確立されていて、極限値がそこでの値と違う例は、既にありふれている。―　アリストテレスは　連続性の世界観をもち、特にアリストテレスの影響を深く受けている欧米の方は、この強力な不連続性を中々受け入れられないようである。無限にいくと考えられてきたのが突然、ゼロになるという定義になるからである。　しかしながら、関数y=1/xのグラフを書いて見れば、原点は双曲線のグラフの中心の点であり、美しい点で、この定義は魅力的に見えてくるだろう。
定義したことには、それに至るいろいろな考察、経過、動機、理由がある。―　分数、割り算の意味、意義、一意性問題、代数的な意味づけなどであるが、それらは既に数学的に確立しているので、ここでは触れない。
すると、定義したからには、それがどのような意味が存在して、世の中に、数学にどのような影響があるかが、問題になる。これについて、現在、初等数学の学部レベルの数学をゼロ除算の定義に従って、眺めると、ゼロ除算、すなわち、　分母がゼロになる場合が表現上現れる広範な場合に 新しい現象が発見され、ゼロ除算が関係する広範な場合に大きな影響が出て、数学は美しく統一的に補充，完全化されることが分かった。それらは現在、３８０件以上のメモにまとめられている。しかしながら、世界観の変更は特に重要であると考えられる：

複素解析学で無限遠点は　その意味で1/0=0で、複素数0で表されること、アリストテレスの連続性の概念に反し、ユークリッド空間とも異なる新しい空間が　現れている。直線のコンパクト化の理想点は原点で、全ての直線が原点を含むと、超古典的な結果に反する。更に、ゼロと無限の関係が明らかにされてきた。
ゼロ除算は、現代数学の初等部分の相当な変革を要求していると考えられる。

以　上
付記：　The division by zero is uniquely and reasonably determined as 1/0=0/0=z/0=0 in the natural extensions of fractions. We have to change our basic ideas for our space and world

Division by Zero z/0 = 0 in Euclidean Spaces
Hiroshi Michiwaki, Hiroshi Okumura and Saburou Saitoh　International Journal of Mathematics and Computation Vol. 28(2017); Issue  1, 2017), 1 -16.　
http://www.scirp.org/journal/alamt　 　http://dx.doi.org/10.4236/alamt.2016.62007
http://www.ijapm.org/show-63-504-1.html
http://www.diogenes.bg/ijam/contents/2014-27-2/9/9.pdf

Relations of 0 and infinity
Hiroshi Okumura, Saburou Saitoh　and Tsutomu Matsuura：
http://www.e-jikei.org/…/Camera%20ready%20manuscript_JTSS_A…

再生核研究所声明312（2016.07.14）　ゼロ除算による　平成の数学改革を提案する

アリストテレス以来、あるいは西暦６２８年インドにおけるゼロの記録と、算術の確立以来、またアインシュタインの人生最大の懸案の問題とされてきた、ゼロで割る問題　ゼロ除算は、本質的に新しい局面を迎え、数学における基礎的な部分の欠落が明瞭になってきた。ここ７０年を越えても教科書や学術書における数学の基礎的な部分の変更は　かつて無かった事である。
そこで、最近の成果を基に現状における学術書、教科書の変更すべき大勢を外観して置きたい。特に、大学学部までの初等数学において、日本人の寄与は皆無であると言えるから、日本人が数学の基礎に貢献できる稀なる好機にもなるので、数学者、教育者など関係者の注意を換気したい。―　この文脈では稀なる日本人数学者　関孝和の業績が世界の数学に活かせなかったことは　誠に残念に思われる。
先ず、数学の基礎である四則演算において　ゼロでは割れない　との世の定説を改め、自然に拡張された分数、割り算で、いつでも四則演算は例外なく、可能であるとする。山田体の導入。その際、小学生から割り算や分数の定義を除算の意味で　繰り返し減法（道脇方式）で定義し、ゼロ除算は自明であるとし　計算機が割り算を行うような算法で　計算方法も指導する。―　この方法は割り算の簡明な算法として児童に歓迎されるだろう。
反比例の法則や関数y=1/xの出現の際には、その原点での値はゼロであると　定義する。その広範な応用は　学習過程の進展に従って　どんどん触れて行くこととする。
いわゆるユークリッド幾何学の学習においては、立体射影の概念に早期に触れ、ゼロ除算が拓いた新しい空間像を指導する。無限、無限の彼方の概念、平行線の概念、勾配の概念を変える必要がある。どのように、如何に、カリキュラムに取り組むかは、もちろん、慎重な検討が必要で、数学界、教育界などの関係者による国家的取り組み、協議が必要である。重要項目は、直角座標系で　ｙ軸の勾配はゼロであること。真無限における破壊現象、接線などの新しい性質、解析幾何学との美しい関係と調和。すべての直線が原点を代数的に通り、平行な２直線は原点で代数的に交わっていること。行列式と破壊現象の美しい関係など。
大学レベルになれば、微積分、線形代数、微分方程式、複素解析をゼロ除算の成果で修正、補充して行く。複素解析学におけるローラン展開の学習以前でも形式的なローラン展開(負べき項を含む展開)の中心の値をゼロ除算で定義し、広範な応用を展開する。特に微分係数が正や負の無限大の時、微分係数をゼロと修正することによって、微分法の多くの公式や定理の表現が簡素化され、教科書の結構な記述の変更が要求される。媒介変数を含む多くの関数族は、ゼロ除算　算法で統一的な視点が与えられる。多くの公式の記述が簡単になり、修正される。
複素解析学においては　無限遠点はゼロで表現されると、コペルニクス的変更（無限とされていたのが実はゼロだった）を行い、極の概念を次のように変更する。極、特異点の定義は　そのままであるが、それらの点の近傍で、限りなく無限の値に近づく値を位数まで込めて取るが、特異点では、ゼロ除算に言う、有限確定値をとるとする。その有限確定値のいろいろ幾何学な意味を学ぶ。古典的な鏡像の定説；原点の　原点を中心とする円の鏡像は無限遠点であるは、誤りであり、修正し、ゼロであると　いろいろな根拠によって説明する。これら、無限遠点の考えの修正は、ユークリッド以来、我々の空間に対する認識の世界史上に置ける大きな変更であり、数学を越えた世界観の変更を意味している。―　この文脈では天動説が地動説に変わった歴史上の事件が想起される。
ゼロ除算は　物理学を始め、広く自然科学や計算機科学への大きな影響が期待される。しかしながら、ゼロ除算の研究成果を教科書、学術書に遅滞なく取り入れていくことは、真智への愛、真理の追究の表現であり、四則演算が自由にできないとなれば、人類の名誉にも関わることである。ゼロ除算の発見は　日本の世界に置ける顕著な貢献として世界史に記録されるだろう。研究と活用の推進を　大きな夢を懐きながら　要請したい。
以　上
追記：
(2016) Matrices and Division by Zero z/0 = 0. Advances in Linear Algebra & Matrix Theory, 6, 51-58.

再生核研究所声明287(2016.02.12)　
神秘的なゼロ除算の歴史―数学界で見捨てられていたゼロ除算

(最近　相当　ゼロ除算について幅広く歴史、状況について調べている。)
ゼロ除算とは　ゼロで割ることを考えることである。ゼロがインドで６２８年に記録され、現代数学の四則演算ができていたが、そのとき、既にゼロで割ることか考えられていた。しかしながら、その後１３００年を超えてずっと我々の研究成果以外解決には至っていないと言える。実に面白いのは、６２８年の時に、ゼロ除算は正解と判断される結果1/0=0が期待されていたということである。さらに、詳しく歴史を調べているC.B. Boyer氏の視点では、ゼロ除算を最初に考えたのはアリストテレスであると判断され、アリストテレスは　ゼロ除算は不可能であると判断していたという。―　真空で比を考えること、ゼロで割ることはできない。アリストテレスの世界観は　２０００年を超えて現代にも及び、我々の得たゼロ除算はアリストテレスの　世界は連続である　に反しているので受け入れられないと　複数の数学者が言明されたり、情感でゼロ除算は受け入れられないという人は結構多い。
数学界では，オイラーが積極的に1/0 は無限であるという論文を書き、その誤りを論じた論文がある。アーベルも記号として、それを無限と表し、リーマンもその流れで無限遠点の概念を持ち、リーマン球面を考えている。これらの思想は現代でも踏襲され、超古典アルフォースの複素解析の本にもしっかりと受け継がれている。現代数学の世界の常識である。これらが畏れ多い天才たちの足跡である。こうなると、ゼロ除算は数学的に確定し、何びとと雖も疑うことのない、数学的真実であると考えるのは至極当然である。―　ゼロ除算はそのような重い歴史で、数学界では見捨てられていた問題であると言える。
しかしながら、現在に至るも　ゼロ除算は広い世界で話題になっている。　まず、顕著な研究者たちの議論を紹介したい：

論理、計算機科学、代数的な体の構造の問題（J. A. Bergstra, Y. Hirshfeld and J. V. Tucker）、
特殊相対性の理論とゼロ除算の関係（J. P. Barukcic and I. Barukcic）、
計算器がゼロ除算に会うと実害が起きることから、ゼロ除算回避の視点から、ゼロ除算の研究（T. S. Reis and James A.D.W. Anderson）。
またフランスでも、奇怪な抽象的な世界を建設している人たちがいるが、個人レベルでもいろいろ奇怪な議論をしている人があとを立たない。また、数学界の難問リーマン予想に関係しているという。

直接議論を行っているところであるが、ゼロ除算で大きな広い話題は　特殊相対性理論、一般相対性理論の関係である。実際、物理とゼロ除算の関係はアリストテレス以来、ニュートン、アインシュタインの中心的な課題で、それはアインシュタインの次の意味深長な言葉で表現される：

Albert Einstein:
Blackholes are where God divided by zero.
I don’t believe in mathematics.
George Gamow (1904-1968) Russian-born American nuclear physicist and cosmologist remarked that "it is well known to students of high school algebra" that division by zero is not valid; and Einstein admitted it as {\bf the biggest blunder of his life} [1]：
1.    Gamow, G., My World Line (Viking, New York). p 44, 1970.

数学では不可能である、あるいは無限遠点と確定していた数学、それでも話題が尽きなかったゼロ除算、それが予想外の偶然性から、思いがけない結果、ゼロ除算は一般化された除算，分数の意味で、何時でも唯一つに定まり、解は何時でもゼロであるという、美しい結果が発見された。いろいろ具体的な例を上げて、我々の世界に直接関係する数学で、結果は確定的であるとして、世界の公認を要請している：
再生核研究所声明280(2016.01.29)  ゼロ除算の公認、認知を求める
Announcement 282: The Division by Zero $z/0=0$ on the Second Birthday

数学基礎学力研究会のホームページ

以　上


何故ゼロ除算が不可能であったか理由

１　割り算を掛け算の逆と考えた事
２　極限で考えようとした事
３　教科書やあらゆる文献が、不可能であると書いてあるので、みんなそう思った。

Matrices and Division by Zero z/0 = 0

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