世界上第一台“机械计算机”——差分机，超乎你想象的最强发明！
20221011丨 阅 读 创 造 生 活 丨
在人手一台“掌上计算机”的今天，我们很难想象一台不用电而靠机械能驱动的计算机是什么样的。实际上，这种魔幻的机器早在19世纪就已经诞生，它的名字就是“差分机”。
差分机作为世界上第一台“机械计算机”，由英国数学家查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）设计。
查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）
1822年，巴贝奇向英国皇家天文学会递交了一篇名为《机械在天文与计算表中的应用》的论文，详细阐述了一种新型的机械装置“差分机”的构造。
在巴贝奇的设计中，该机器采用十进制数字系统，通过转动手柄来驱动，手柄每转动4圈，差分机会进行一次完整的加法进位运算。
这种机器是为编制航海和天文方面的数学用表而设计的，用机械计算代替人工计算，从而消除可能存在的人工错误。按照巴贝奇的设计，最初的差分机可以处理3个不同的5位数，计算精度达到6位小数。
巴贝奇的设计成功获得了英国政府的青睐及资金支持。然而，受限于当时的机械制造水平和其他客观因素，差分机的制造一度停滞不前，英国政府最终不得不停止拨款。
失去了资金支持的巴贝奇并没有放弃，转而投入一项更大胆的计划——研制一台通用计算机，这种新机器被命名为“分析机”。
巴贝奇设计的分析机具有齿轮式“存储仓库”、“作坊”（即“运算室”）、“控制器”装置，以及在“存储仓库”和“作坊”之间运输数据的输入输出部件，其逻辑结构类似于现代电脑的五大部件——运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
在分析机之后，巴贝奇总结经验，改进差分机的原有设计方案，简化了某些机械结构，于1847年推出了可执行更多运算的、由蒸汽机驱动的差分机二号。
它可以计算到31位数及第七阶差，而且零件数只有差分机一号的三分之一。然而，巴贝奇生前并没有制造出差分机二号的成品。
1991年，为了纪念巴贝奇诞辰200周年，伦敦科学博物馆根据他的原始手稿制作出了差分机二号。这台机器由8000多个部件构成，重5吨，长约3.35米。
2000年，巴贝奇设计的与差分机二号相配套的打印机也被成功制作出来，并顺利运转。至此，公众的质疑被消除，巴贝奇成为名副其实的“差分机之父”。
《差分机》这部小说中出现的“蒸汽差分机”是巴贝奇设计的通用计算机的进化加强版，其用途覆盖影像设计、户籍管理、情报分析等众多领域。
差分运算与大数据
想搞懂差分机的工作原理，我们先得了解什么是“差分”。差分作为数学领域的重要名词，是微积分中的一个重要概念。
在自然界和社会活动中，我们获得的数据往往是散乱且海量的，但我们可以通过微积分的方法找到一个函数关系式去描述这些数据的规律。
这就是我们今天常说的“大数据运算”中的重要一环，它在图像检索、人脸识别等领域有广泛的应用。
差分运算就是求解两个相邻样本数据之间差值的运算，这个差值就是差分结果。
单一的差分结果并不具有普遍意义，但如果拥有海量的差分结果，我们就可以得到一个差分方程，来描述隐藏在杂乱数据背后的规律，进而根据这个规律预测事物发展的趋势。
如果你是数学和计算机技术的门外汉，上述文字让你感到一头雾水，你不妨将这台名为“差分机”的机器理解为“具有一定大数据计算能力的超大号算盘”。
而在本书中，这个“算盘”的终极形态就是超级人工智能。
维多利亚时代的另类版本
19世纪中叶，英国正值维多利亚女王（1837—1901）统治时期，工业革命迎来巅峰，英国工商业发展迅速，殖民地遍布世界，几乎享有世界贸易和工业的垄断地位，号称“日不落帝国”。
这一时期被称为英国历史上的“黄金时代”。
同时，这也是个充满矛盾和冲突的时代。
社会阶层分化明显：贵族阶层生活奢靡，崇尚繁复的礼节和精致的生活，“下午茶”和各种舞会是生活常态；中产阶层往往从事非体力劳动，对贵族们的上层生活有着极大的向往，在生活上极力模仿贵族，攀比之风盛行；底层民众备受剥削，生活困苦，挣扎谋生。
城市环境污染严重：工业废气、废水和生活垃圾随意排放，泰晤士河被恶臭笼罩，加之伦敦夏季炎热，恶臭萦绕在城市上空久久不散，疾病肆虐。
女性地位两级分化：一方面，贵族阶层讲究绅士风度，女性可谓备受尊重；另一方面，底层女性为生活所迫沦落风尘，伦敦街头妓院随处可见。
这是真实的维多利亚时代，英国尚在经历第一次工业革命，巴贝奇的蒸汽计算机仍停留在图纸上。
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《差分机》
【美】威廉·吉布森（著）
【美】布鲁斯·斯特林（著）
联合读创 出品
然而，在小说《差分机》中，到1855年，查尔斯·巴贝奇的梦想早已成为现实，“蒸汽计算机”被成功研制出来并被大量投入市场，促使信息革命提前到来。人类文明跨过“电气时代”，直接从“蒸汽时代”进入“信息时代”，历史被改写——
大英帝国作为工业革命和信息革命的最大受益者，利用装备了新式设备的强大海军和炮兵部队，大肆进行殖民扩张和世界贸易，成为世界强国，推行“分而治之”的外交政策。同时，利用差分机构建的强大情报网和阴暗的军火交易，英国成功阻挠了美国的统一（使其分裂为北方联邦、南方邦联、得克萨斯共和国和加利福尼亚共和国），并取代美国率先打破日本闭关锁国的状态，成为日本维新人士崇拜和效仿的对象。
在英国国内，威灵顿公爵于1831年被工业激进党（虚构党派）人暗杀身亡，代表老派势力的托利党逐渐退出历史舞台；伟大的演说家拜伦（历史上，1824年诗人拜伦病死于希腊）领导工业激进党夺取政权，成为英国首相；拜伦的女儿艾达成为最受尊崇的女性科学家，被誉为“差分机女王”，却因一套神秘的“点金模”程序沦为暴力分子追逐的对象；以巴贝奇为代表的科学家和资本家受到青睐，晋升为贵族，拉帮结派，学术界名利之争遂起；以英国工人为主体的卢德派反工业运动被残酷镇压，残留的卢德派暴力分子隐藏在社会角落里伺机卷土重来......
与此同时，为维护既得利益，统治阶级暗中发展特工组织，利用差分机技术调取私人档案，让人失踪，让文件丢失，为了特定的目的篡改历史......
蒸汽朋克——
人类文明的另一条道路
“蒸汽朋克”这一概念的诞生与“赛博朋克”有着直接关系，二者最初都诞生于文学创作。20世纪60年代，大量新型科幻题材文学作品涌现，赛博朋克与蒸汽朋克的早期重要作品便诞生于这一时期。
威廉·吉布森
1984年，威廉·吉布森的《神经漫游者》（Neuromancer）问市，“赛博朋克”成为一种公认的新兴科幻流派。1987年，科幻小说作家杰特尔（Jeter）也想为自己创作的小说以及同类风格的作品寻找一个通用术语，于是他写信给科幻杂志《轨迹》（Locus），其中提到“我认为维多利亚式奇幻将大有所为......一些建立在与那个时代相适应的技术基础上的事物，或许可以称作‘蒸汽朋克’（Steampunks）”。
这是“蒸汽朋克”一词在历史上的首次出现，当时主要用来描述提姆·鲍尔斯（Tim Powers）、 詹姆斯·布雷洛克（James Blaylock）和K.W.杰特尔等人所创作的“异化历史”（gonzo-historical）奇幻小说——以维多利亚时代的伦敦为背景，加入大量奇异的发明和角色。
在此之前，科幻小说早已出现，但从未真正着眼于过去。
同样，历史奇幻小说和或然历史小说也已存在，但对过去的技术（如蒸汽动力）和社会（如维多利亚时代的伦敦）的关注从未真正进入科幻与奇幻作家的思维模式。
直到1991年威廉·吉布森和布鲁斯·斯特林合著的科幻小说《差分机》问世，“蒸汽朋克”才开始受到广泛关注，并逐渐成为公认的科幻流派，特指一种以维多利亚时代（即蒸汽时代）为背景设定的架空历史科幻小说。
《差分机》因此被称为“蒸汽朋克”的“圣经”。
从诞生到现在，“蒸汽朋克”的含义和内容一直在不断扩展，但我们不妨通过拆分法来看看其最初指涉。
“蒸汽”指以蒸汽机为动力的各种机械，也可泛指其所代表的工业革命和蒸汽时代。在小说中，其主要涉及故事的背景设定（蒸汽时代），突出表现为具有维多利亚风格的着装（如高顶礼帽、裙撑、护目镜、手杖等）和代表理性与科技之光的各种大型蒸汽机械，以及裸露在外的机械元素（如发条、齿轮、轴承、滑轮、螺丝、铆钉等）。
“朋克”原指一种代表叛逆与先锋的摇滚乐流派，在文学创作中其含义被不断延伸、扩展，泛指那些非主流的亚文化。它反对思想僵化，强调与众不同，重视探索和冒险精神，也代表一种对大众文化、社会现实和历史的反思。在小说中，其主要涉及人物设定（如疯狂的发明家）和情节设定（如各种发明传奇、冒险故事）。
由此可见，“蒸汽朋克”同时体现着怀旧复古和前瞻进步两种面貌，它将某些过时且已然消失的技术视作一种探讨未来的方式，通过对历史的重构审视当下、思考未来。
当然，拆分解读只是帮助我们窥探“蒸汽朋克”的一种方式，不能代表“蒸汽朋克”的全部含义。而且，随着时代的发展和新作品的不断出现，“蒸汽朋克”的世界已变得越来越丰富，已经从文学运动演变成一种生活方式，蒸汽朋克美学更是渗透到了电影、漫画、时尚和音乐等众多领域，你可以从各种角度、方方面面感受它的魅力。
《蒸汽朋克典藏全书》
【美】杰夫·范德米尔（著）
【美】S.J. 钱伯斯（著）
联合读创 出品
有人说，蒸汽朋克小说之所以迷人，是因为人们想重新拥有工业时代那种因进步而生的热情。
有人说，蒸汽朋克小说之所以讨喜，是因为它为人们提供了一种思辨地逃避现实的方式。
有人说，蒸汽朋克小说之所以让人兴奋，是因为它让人们回过头发掘历史发展的其他可能性。
一位读者在读过《差分机》后兴奋地评论道：
“蒸汽朋克”的魅力在于重构历史……一半是历史的循规蹈矩，一半是想象的天马行空，足够让喜欢历史和喜欢幻想的人都兴奋起来。
“蒸汽朋克”同样带有一种浓浓的怀旧情结。数字时代流行的是流畅、优美的工业设计，小型化、精细化。蒸汽朋克世界里的东西则是庞大而粗糙的，而一切庞大的事物都足以激发人类深深的崇敬之情，所以蒸汽朋克创造的大型飞艇、大型蒸汽机车简直让人欲罢不能……
《差分机》的作者布鲁斯·斯特林说：“蒸汽朋克的关键所在并不是过去，而是属于我们的当下的种种不确定性与不合时宜……为过去赋予意义的是我们在当下的作为。”
最后，请读者诸君翻开本书，让智识和想象在人类文明的另一种可能中狂奔吧！
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