【传奇人物】天才数学家约翰•福布斯•纳什

【新唐人2013年8月4日讯】二零零一年的美国影片《美丽心灵》获得了奥斯卡奖,也因此天才数学家约翰•福布斯•纳什的名字开始为人们广泛知晓。

其实,约翰•福布斯•纳什二十一岁博士毕业,不到三十岁就已经闻名遐迩。一九五八年,他因在数学领域的优异工作被美国《财富》杂志评为新一代天才数学家中最杰出的人物。约翰•福布斯•纳什主要研究博弈论和微分几何学。一九五零年,他获得了美国普林斯顿高等研究院的博士学位,在那篇仅仅二十七页的博士论文中他提出了一个重要概念,也就是后来被称为“纳什均衡”的博弈理论。一九九四年,他和其他两位博弈论学家约翰•C•海萨尼和莱因哈德•泽尔腾共同获得了诺贝尔经济学奖。

孤独的天才

约翰•纳什于一九二八年六月十三日出生在美国西弗吉尼亚州工业城布鲁菲尔德的一个富裕家庭。他的父亲是受过良好教育的电子工程师,母亲则是拉丁语教师。纳什从小就很孤僻,他宁愿钻在书堆里,也不愿出去和同龄的孩子玩耍。那时,纳什的数学成绩并不好,小学老师常常向他的家长抱怨纳什的数学有问题,因为他常常使用一些奇特的解题方法。而到了中学,这种情况就更加频繁了,老师在黑板上演算了整个黑板的习题,纳什只用简单的几步就能解出答案。但他的老师并没有留意到他的学生的出众之处,相反,老师们并不喜欢纳什的不合群和反复无常的性格以及对权威的不尊重。

纳什青年时代,他总是成为人们嘲弄和取笑的对象,因为他对集体活动不感兴趣,拙于社交。他奇怪的举动让他饱尝了众人的白眼。随着年龄的增长,这位“无所不知的人”——别人这样称呼纳什——越来越高大和强壮。他的谈吐尖锐,受到周围人的崇敬。毫无疑问,他认为自己是个比别人都高明的天才,并对他认为不如他的人不屑一顾。

中学毕业后,约翰•纳什进入了匹兹堡的卡耐基技术学院化学工程系(如今的卡内基大学),就学的时候,一位教授将纳什称为“高斯第二”,以此来形容这个学生的数学才能。纳什来到卡内基理工学院是为了成为一个工程师,但最后他却在这所学校成为了一个数学家。他在卡耐基技术学院三年,获取了普林斯顿的奖学金并取得他的数学的硕士学位。  

他的同学认为他是个社交能力极端不发达的人。孤僻、怪异、有距离感。但是没有人敢于和纳什发生正面冲突。大家不但害怕他的坏脾气,也害怕他的强壮。和他超乎常人的智力类似,纳什有着良好的身体素质。一九四七年三月,纳什遭遇了一生中首次重大失败。他参加了当地威廉•洛厄尔•帕特南数学竞赛。这是一个为大学在校学生举办的数学比赛,也被认为是让自己的名字在数学界出现的好机会。但是纳什输掉了这场竞赛,他没能进入前五名。这对于一个将来的数学家来说,是一个彻底的失败。  

一九四八年,同时被哈佛大学、普林斯顿大学、芝加哥大学和密执安大学录取。纳什本人向往哈佛,但是由于在帕特南数学竞赛中的失败(至少纳什一直这么认为),哈佛提供给纳什的奖学金是各所大学中最少的。当普林斯顿大学的数学系主任莱夫谢茨感到纳什的犹豫时,就立即写信敦促他选择普林斯顿,这促使纳什接受了一份一千一百五十美元的奖学金。

事业 爱情双丰收

一九四八年纳什到普林斯顿大学读数学系的博士。那一年他还不到二十岁。当时普林斯顿可谓人杰地灵,大师如云。爱因斯坦、冯•诺依曼、列夫谢茨(数学系主任)、阿尔伯特•塔克、阿伦佐•切奇、哈罗德•库恩、诺尔曼•斯蒂恩罗德、埃尔夫•福克斯……等全都在这里。博弈论主要是由冯•诺依曼(一九零三-一九五七)创所立的。他是一位出生于匈牙利的天才的数学家。他不仅创立了经济博弈论,而且发明了计算机。早在二十世纪初,塞梅鲁(Zermelo)、鲍罗(Borel)和冯•诺伊曼已经开始研究博弈的准确的数学表达,直到一九三九年,冯•诺依曼遇到经济学家奥斯卡•摩根斯特恩(Oskar Morgenstern),并与其合作才使博弈论进入经济学的广阔领域。

冯•诺依曼和摩根斯特恩的《博弈论与经济行为》一书中提出的标准型、扩展型和合作型博弈模型解的概念和分析方法,奠定了这门学科的理论基础。合作型博弈在二十世纪五十年代达到了巅峰期。然而,诺依曼的博弈论的局限性也日益暴露出来,由于它过于抽象,使应用范围受到很大限制,在很长时间里,人们对博弈论的研究知之甚少,只是少数数学家的专利,所以,影响力很有限。正是在这个时候,非合作博弈———“纳什均衡”应运而生了,它标志着博弈论的新时代的开始!

纳什不是一个按部就班的学生,他经常旷课。据他的同学们回忆,他们根本想不起来曾经什么时候和纳什一起完完整整地上过一门必修课。然而,纳什毕竟是一位英才天纵的非凡人物,他广泛涉猎数学王国的每一个分支,如拓扑学、代数几何学、逻辑学、博弈论等等,深深地为之着迷。纳什经常显示出他与众不同的自信和自负,充满咄咄逼人的学术野心。一九五零年整个夏天纳什都忙于应付紧张的考试,他的博弈论研究工作被迫中断,他感到这是莫大的浪费。殊不知这种暂时的“放弃”,使原来模糊、杂乱和无绪的若干念头,在潜意识的持续思考下,逐步形成一条清晰的脉络,突然来了灵感!这一年的十月,他骤感才思潮涌,梦笔生花。其中一个最耀眼的亮点就是日后被称之为“纳什均衡”的非合作博弈均衡的概念。纳什的主要学术贡献体现在一九五零年和一九五一年的两篇论文之中(包括一篇博士论文)。一九五零年他才把自己的研究成果写成题为“非合作博弈”的长篇博士论文,一九五零年十一月刊登在美国全国科学院每月公报上,立即引起轰动。

说起来这全靠师兄戴维•盖尔之功,就在纳什遭到冯•诺依曼贬低几天之后,他遇到盖尔,告诉他自己已经将冯•诺依曼的“最小最大原理”(minimax solution)推到非合作博弈领域,找到了普遍化的方法和均衡点。盖尔听得很认真,他终于意识到纳什的思路比冯•诺伊曼的合作博弈的理论更能反映现实的情况,而对其严密优美的数学证明极为赞叹。盖尔建议他马上整理出来发表,以免被别人捷足先登。纳什这个初出茅庐的小子,根本不知道竞争的险恶,从未想过要这么做。结果还是盖尔充当了他的“经纪人”,代为起草致科学院的简讯,系主任列夫谢茨则亲自将文稿递交给科学院。纳什写的文章不多,就那么几篇,但已经足够了,因为都是精品中的精品。

一九五零年和一九五一年纳什的两篇关于非合作博弈论的重要论文,彻底改变了人们对竞争和市场的看法。他证明了非合作博弈及其均衡解,并证明了均衡解的存在性,即著名的纳什均衡。从而揭示了博弈均衡与经济均衡的内在联系。纳什的研究奠定了现代非合作博弈论的基石,后来的博弈论研究基本上都沿着这条主线展开的。然而,纳什天才的发现却遭到冯•诺依曼的断然否定,在此之前他还受到爱因斯坦的冷遇。但是骨子里挑战权威、藐视权威的本性,使纳什坚持了自己的观点,终成一代大师。要不是三十多年的严重精神病折磨,恐怕他早已站在诺贝尔奖的领奖台上了,而且也绝不会与其他人分享这一殊荣。 一九五八年,纳什因其在数学领域的优异工作被美国《财富》杂志评为新一代天才数学家中最杰出的人物。

一九五一年纳什来到麻省理工学院数学系担任讲师,那时的纳什“就像天神一样英俊”,一米八五的个子,体重接近七十七公斤,手指修长、优雅,双手柔软、漂亮,还有一张英国贵族的容貌。他的才华和个人魅力吸引了一个漂亮的女生——艾里西亚(Alicia Lopez-Harrison de Lardé),她是当时麻省理工学院物理系仅有的两名女生之一。一九五七年,他们结婚了。之后漫长的岁月证明,这也许正是纳什一生中比获得诺贝尔奖更重要的事。

病痛折磨

一九五八年的秋天,正当艾里西亚半惊半喜地发现自己怀孕时,纳什却为自己的未来满怀心事,越来越不安。系主任马丁已答应在那年冬天给他永久教职,但是纳什却出现了各种稀奇古怪的行为:他担心被征兵入伍而毁了自己的数学创造力,他梦想成立一个世界政府,他认为《纽约时报》上每一个字母都隐含着神秘的意义,而只有他才能读懂其中的寓意。他认为世界上的一切都可以用一个数学公式表达。他给联合国写信,跑到华盛顿给每个国家的大使馆投递信件,要求各国使馆支持他成立世界政府的想法。他迷上了法语,甚至要用法语写数学论文,他认为语言与数学有神秘的关联……

终于,在孩子出生以前,纳什因精神分裂症而被送进了精神病医院。他们的儿子John Charles Martin Nash在之后就出生了,但在出生后一年仍然没有取名字,是因为艾里西亚觉得她的丈夫应该有一个取名字的发言权。

几年后,因为艾里西亚无法忍受在纳什的阴影下生活,他们离婚了,但是她并没有放弃纳什。离婚以后,艾里西亚再也没有结婚,她依靠自己作为电脑程序员的微薄收入和亲友的接济,继续照料前夫和他们惟一的儿子。她坚持纳什应该留在普林斯顿,因为如果一个人行为古怪,在别的地方会被当作疯子,而在普林斯顿这个广纳天才的地方,人们会充满爱心地想,他可能是一个天才。

普林斯顿的幽灵

在上世纪七十和八十年代,普林斯顿大学的学生和学者们总能在校园里看见一个非常奇特、消瘦而沉默的男人在徘徊,他穿着紫色的拖鞋,偶尔在黑板上写下数字命理学的论题。他们称他为“幽灵”,他们知道这个“幽灵”是一个数学天才,只是突然发疯了。如果有人敢抱怨纳什在附近徘徊使人不自在的话,他会立即受到警告:“你这辈子都不可能成为像他那样杰出的数学家!”

正当纳什本人处于梦境一般的精神状态时,他的名字开始出现在七十年代和八十年代的经济学课本、进化生物学论文、政治学专著和数学期刊的各领域中。他的名字已经成为经济学或数学的一个名词,如“纳什均衡”、“纳什谈判解”、“纳什程序”、“德乔治-纳什结果”、“纳什嵌入”和“纳什破裂”等。

纳什的博弈理论越来越有影响力,但他本人却默默无闻。大部分曾经运用过他的理论的年轻数学家和经济学家都根据他的论文发表日期,想当然地以为他已经去世。即使一些人知道纳什还活着,但由于他特殊的病症和状态,他们也把纳什当成了一个行将就木的废人。

传奇再现

有人说,站在金字塔尖上的科学家都有一个异常孤独的大脑,纳什发疯是因为他太孤独了。但是,纳什在发疯之后却并不孤独,他的妻子、朋友和同事们没有抛弃他,而是不遗余力地帮助他,挽救他,试图把他拉出疾病的深渊。

尽管纳什决心辞去麻省理工学院教授的职位,但他的同事和上司们还是设法为他保全了保险。他的同事听说他被关进了精神病医院后,给当时美国著名的精神病学专家打电话说:“为了国家利益,必须竭尽所能将纳什教授复原为那个富有创造精神的人。”越来越多的人聚集到纳什的身边,他们设立了一个资助纳什治疗的基金,并在美国数学会发起一个募捐活动。基金的设立人写到:“如果在帮助纳什返回数学领域方面有什么事情可以做,哪怕是在一个很小的范围,不仅对他,而且对数学都很有好处。”对于普林斯顿大学为他做的一切,纳什在清醒后表示,“我在这里得到庇护,因此没有变得无家可归。”

守得云开见月明,妻子和朋友的关爱终于得到了回报。八十年代末的一个清晨,当普林斯顿高等研究院的戴森教授像平常一样向纳什道早安时,纳什回答说:“我看见你的女儿今天又上了电视。”从来没有听到过纳什说话的戴森仍然记得当时的震惊之情,他说:“我觉得最奇妙的还是这个缓慢的苏醒,渐渐地他就越来越清醒,还没有任何人曾经像他这样清醒过来。”

纳什渐渐康复,从疯癫中苏醒,而他的苏醒似乎是为了迎接他生命中的一件大事:荣获诺贝尔经济学奖。当一九九四年瑞典国王宣布年度诺贝尔经济学奖的获得者是约翰•纳什时,数学圈里的许多人惊叹的是:原来纳什还活着。

二零零一年,经过几十年风风雨雨的艾里西亚与约翰•纳什复婚了。事实上,在漫长的岁月里,艾里西亚在心灵上从来没有离开过纳什。这个伟大的女性用一生与命运进行博弈,她终于取得了胜利。而纳什,也在得与失的博弈中取得了均衡。

附:大理论中的小故事

囚犯的两难处境

要了解纳什的贡献,首先要知道什么是非合作博弈问题。现在几乎所有的博弈论教科书上都会讲“囚犯的两难处境”的例子,每本书上的例子都大同小异。

博弈论毕竟是数学,更确切地说是运筹学的一个分支,谈经论道自然少不了数学语言,外行人看来只是一大堆数学公式。好在博弈论关心的是日常经济生活问题,所以不能不食人间烟火。其实这一理论是从棋弈、扑克和战争等带有竞赛、对抗和决策性质的问题中借用的术语,听上去有点玄奥,实际上却具有重要现实意义。博弈论大师看经济社会问题犹如棋局,常常寓深刻道理于游戏之中。所以,多从我们的日常生活中的凡人小事入手,以我们身边的故事做例子,娓娓道来,并不乏味。

话说有一天,一位富翁在家中被杀,财物被盗。警方在此案的侦破过程中,抓到两个犯罪嫌疑人,斯卡尔菲丝和那库尔斯,并从他们的住处搜出被害人家中丢失的财物。但是,他们矢口否认曾杀过人,辩称是先发现富翁被杀,然后只是顺手牵羊偷了点儿东西。于是警方将两人隔离,分别关在不同的房间进行审讯。由地方检察官分别和每个人单独谈话。检察官说,“由于你们的偷盗罪已有确凿的证据,所以可以判你们一年刑期。但是,我可以和你做个交易。如果你单独坦白杀人的罪行,我只判你三个月的监禁,但你的同伙要被判十年刑。如果你拒不坦白,而被同伙检举,那么你就将被判十年刑,他只判三个月的监禁。但是,如果你们两人都坦白交代,那么,你们都要被判五年刑。”斯卡尔菲丝和那库尔斯该怎么办呢?他们面临着两难的选择——坦白或抵赖。显然最好的策略是双方都抵赖,结果是大家都只被判一年。但是由于两人处于隔离的情况下无法串供。所以,按照亚当•斯密的理论,每一个人都是从利己的目的出发,他们选择坦白交代是最佳策略。因为坦白交代可以期望得到很短的监禁 — 三个月,但前提是同伙抵赖,显然要比自己抵赖要坐十年牢好。这种策略是损人利己的策略。不仅如此,坦白还有更多的好处。如果对方坦白了而自己抵赖了,那自己就得坐十年牢。太不划算了!因此,在这种情况下还是应该选择坦白交代,即使两人同时坦白,至多也只判五年,总比被判十年好吧。所以,两人合理的选择是坦白,原本对双方都有利的策略(抵赖)和结局(被判一年刑)就不会出现。这样两人都选择坦白的策略以及因此被判五年的结局被称为“纳什均衡”,也叫非合作均衡。因为,每一方在选择策略时都没有“共谋”(串供),他们只是选择对自己最有利的策略,而不考虑社会福利或任何其他对手的利益。也就是说,这种策略组合由所有局中人(也称当事人、参与者)的最佳策略组合构成。没有人会主动改变自己的策略以便使自己获得更大利益。

“囚徒的两难选择”有着广泛而深刻的意义。个人理性与集体理性的冲突,各人追求利己行为而导致的最终结局是一个“纳什均衡”,也是对所有人都不利的结局。他们两人都是在坦白与抵赖策略上首先想到自己,这样他们必然要服长的刑期。只有当他们都首先替对方着想时,或者相互合谋(串供)时,才可以得到最短时间的监禁的结果。

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