John von Neumann (rozený János Lajos Neumann, 28. prosince 1903 Budapešť – 8. února 1957 Washington, D.C.) byl maďarsko-americký matematik, fyzik, informatik a polyhistor. Bývá považován za jednoho z největších matematiků 20. století a jednoho z klíčových otců moderní počítačové vědy. Jeho práce v oblasti počítačové architektury, teorie her, celulárních automatů a numerické matematiky položila základy pro celou moderní informační společnost.

Narodil se v Budapešti do bohaté nešlechtické židovské rodiny bankéře. Už od dětství vykazoval známky fenomenálního nadání (tzv. zázračné dítě). Ve věku šesti let dokázal z hlavy dělit osmimístná čísla a plynule hovořit starořecky. Měl rovněž eidetickou (fotografickou) paměť – přečtený text si dokázal pamatovat slovo od slova i po mnoha letech.

Na přání svého otce studoval chemické inženýrství na ETH v Curychu, paralelně však v Budapešti získal doktorát z matematiky (ve věku 22 let). Působil jako nejmladší docent (Privatdozent) na univerzitě v Berlíně a později v Göttingenu, kde spolupracoval s matematikem Davidem Hilbertem. V této době publikoval zásadní práce z matematické logiky, teorie množin a kvantové mechaniky.

V roce 1930 byl pozván na americkou univerzitu v Princetonu. Vzhledem k nástupu nacismu v Německu se rozhodl v USA zůstat trvale. Stal se jedním z prvních profesorů na nově založeném ústavu Institute for Advanced Study (IAS) v Princetonu, kde působil po boku Alberta Einsteina, Kurta Gödela či Roberta Oppenheimera.

Během druhé světové války byl klíčovým konzultantem v Projektu Manhattan v Los Alamos, kde navrhl matematické modely pro implozivní rozbušku atomové bomby. Při výpočtech složitých hydrodynamických simulací narazil na limity tehdejších mechanických kalkulátorů, což ho přivedlo k přímé spolupráci na vývoji prvních elektronických počítačů (ENIAC, EDVAC).

Po válce působil jako poradce vlády USA, armády, společnosti RAND Corporation a stal se členem Komise pro atomovou energii (AEC). Zemřel v roce 1957 ve věku 53 let na rakovinu (pravděpodobně v důsledku vystavení radiaci při testech jaderných zbraní v Tichomoří a Los Alamos).

Přínos Johna von Neumanna pro počítačovou vědu je zcela zásadní. Mezi jeho nejznámější koncepty patří:

V roce 1945 publikoval slavný dokument „First Draft of a Report on the EDVAC“. Popsal v něm koncept obecného číslicového počítače se uloženým programem (Stored-Program Concept).

Hlavní principy:

• Počítač se skládá z řídicí jednotky (CU), aritmeticko-logické jednotky (ALU), operační paměti, vstupně-výstupních zařízení a vnější paměti.
• Data i instrukce programu jsou uloženy ve stejné operační paměti (na rozdíl od tehdejší Harvardské architektury, která paměti striktně oddělovala).
• Počítač zpracovává instrukce sekvenčně (jednu po druhé).

Tento koncept se stal standardem pro většinu univerzálních počítačů od 50. let až do současnosti. Limitem této architektury je tzv. Von Neumannovo úzké hrdlo (Von Neumann Bottleneck) – zpomalení způsobené přenosem dat mezi procesorem a pamětí po společné sběrnici.

Von Neumann je zakladatelem teorie celulárních automatů. Zkoumal otázku, zda může stroj sestavit přesnou kopii sama sebe (samo-replikace). Navrhl teoretický 2D celulární automat s 29 stavy, který dokázal simulovat univerzální Turingův stroj i univerzální konstruktor schopný autoreplikace. Tento výzkum předběhl svou dobu a položil základy pro:

• Výzkum umělého života (Artificial Life)
• Známou hra Game of Life od Johna Conwaye
• Studium počítačových virů a samo-šířícího se kódu

• Merge Sort (Řazení slučováním): V roce 1945 navrhl první efektivní asynchronní řadicí algoritmus založený na principu Rozděl a panuj (Divide and Conquer).
• Metoda Monte Carlo: Spolu se Stanislawem Ulamem vyvinul metodu Monte Carlo – třídu vysoce efektivních stochastických algoritmů využívajících náhodná čísla k řešení složitých matematických a fyzikálních problémů.

V roce 1944 publikoval s Oskarem Morgensternem knihu „Theory of Games and Economic Behavior“. Formuloval v ní matematickou teorii her a teorii užitku. Jeho práce na Minimax algoritmu dodnes tvoří základ rozhodovacích procesů v umělé inteligenci, teorii grafů a herních enginech (např. šachové programy).

John von Neumann měl výjimečnou schopnost odhadnout dlouhodobý dopad technologií na lidskou společnost:

Stanislaw Ulam vzpomínal na rozhovor s von Neumannem z počátku 50. let, kde von Neumann poprvé v historii použil pojem singularita v kontextu lidského pokroku:

„Stále se zrychlující tempo pokroku technologie a změn v způsobu lidského života vyvolává dojem, že se blížíme k jakési esenciální singularitě v historii lidstva, za níž už lidské záležitosti, jak je známe, nemohou pokračovat.“

Ve svém článku z roku 1955 s názvem „Can We Survive Technology?“ (Přežijeme technologii?) predikoval, že lidstvo v budoucnu získá schopnost globálně ovlivňovat a řídit počasí a klima (např. změnou odrazivosti zemského povrchu nebo rozprašováním částic do atmosféry). Varoval, že kontrola nad klimatem se může stát novou zbraní hromadného ničení a geopolitickým bojištěm.

Předpověděl existenci autonomních strojů, které budou schopné těžit suroviny, vyrábět své vlastní součásti a stavět své kopie bez zásahu člověka. Tento koncept dnes nachází uplatnění v teoretické kosmonautice (tzv. Von Neumannovy sondy určené k výzkumu galaxie) a nanotechnologiích.

• 1932: Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik – Matematické základy kvantové mechaniky (zavedení Hilbertových prostorů).
• 1944: Theory of Games and Economic Behavior (s O. Morgensternem) – Zakládající dílo teorie her.
• 1945: First Draft of a Report on the EDVAC – Popis architektury moderního počítače.
• 1958: The Computer and the Brain (vydáno posmrtně) – První srovnání architektury počítače s fungováním lidského mozku a nervové soustavy.
• 1966: Theory of Self-Reproducing Automata (vydáno posmrtně, editoval Arthur Burks) – Teorie celulárních automatů a autoreplikace.

• John von Neumann na anglické Wikipedii
• Stanford Encyclopedia of Philosophy - Von Neumann Architecture