Donald Ervin Knuth

Portrét tvůrce systémů TeX a Metafont a autora monografie The Art of Programming.

Donald Ervin Knuth se narodil 10. ledna 1938 v Milwaukee (USA). Jeho otec byl učitelem. Jeho zájem o vzdělávání, hudbu a matematiku byl z velké části ovlivněn právě otcem.

Na střední škole se věnoval spíše hudbě než matematice. Zajímal se jak o hraní, tak i o skládání hudby. Ve školní kapele hrál na saxofon a na trubku. Později se začal projevovat i jeho matematický talent.

Navzdory své lásce k hudbě přijal stipendium Clevelandské univerzity Case Institute of Technology, kde začal studovat fyziku. Jednoho dne jel Donald na vystoupení školní kapely, ale nestihl autobus. Ve volném čase se pokusil vyřešit úlohu zadanou jeho profesorem matematiky. Vyřešení tohoto problému mu zajistilo známku A z matematiky a tato událost byla prvním impulsem k přechodu na matematiku.

S počítačem se Knuth poprvé setkal v prvním roce studia na Case. Získal přístup k IBM 650. Během studia manuálu k tomuto počítači zjistil, že dokáže uvedené programy napsat lépe. V roce 1958 vytvořil program, který analyzoval výkon univerzitního basketbalového týmu. Tím získal publicitu a IBM použilo jeho fotku na propagačníc materiálech. Během vysokoškolského studia publikoval dvě matematické práce v odborných časopisech. An imaginary number system a On methods of constructing sets of mutually orthogonal Latin squares using a computer.

V roce 1963 získal titul Ph.D. za práci Finite semifields and projective planes. Po doktorátu nastoupil jako vědecký pracovník v California Institute of Technology. V letech 1964 až 1967 pracoval pro Association for Computing Machinery. Pokračoval v aplikaci počítačové techniky při řešení algebraických a kombinatorických úloh.

Mimo jeho odborné práce si našel i čas na soukromý život. 24. června 1964 se oženil s Nancy Jill Carter. Jejich dvě děti John Martin Knuth a Jennifer Siera Knuth se narodily v roce 1965 a 1966.

Umění počítačového programování

V roce 1962, v době, kdy byl stále ještě doktorandem, byl osloven nakladatelstvím Addison-Wesley, aby napsal knihu o psaní počítačových programů. S tímto projektem začal v létě 1962.

V roce 1966 měl již napsáno přes 3000 stran rukopisu, což silně překročilo původní představu o knize. Proto se Knuth rozhodl, že dílo vydá jako sedmisvazkovou knihu, která se bude snažit pokrýt co největší oblast. Knihu nazval The Art of Computer Programming, jejíž první část Fundamental Algorithms (Základní algoritmy) vyšla v roce 1968. Druhý díl Seminumerical Algorithms vyšel o rok později a třetí (zatím poslední vydaný) Sorting and Searching v roce 1973. Čtvrtý díl je rozdělen do pěti svazků: Introduction to Combinatorial Algorithms and Boolean Functions (2008), Bitwise tricks & techniques; Binary Decision Diagrams (2009), Generating All Tuples and Permutations (2005), Generating All Combinations and Partitions (2005), Generating all Trees (2006).

Zajímavostí je, že Knuth nabízí za nalezení chyby v těchto knihách odměnu jeden hexadecimální dolar ($2,56).

TeX a Metafont

Sázecí systém TeX znamenal revoluci v publikování matematických a vědeckých prací. Knuth jej začal vyvíjet v roce 1977, protože nebyl spokojen s kvalitou svých prací tisknutých v univerzitní tiskárně. Problémy byly hlavně se sazbou matematických vzorců, ale i s dodržováním typografických pravidel. Kvůli práci na tomto systému přerušil na deset let práci na ostatních projektech a věnoval se převážně vývoji TeXu. TeX silně zjednodušil sazbu matematických vzorců a v současné době se hojně využívá k sazbě nejen vědeckých prací.

Zvláštností je číslování verzí, místo klasické inkrementace Knuth s každou verzí přidává jedno desetinné číslo na konec a asymptoticky se blíží k přesné hodnotě čísla π. Současná verze má číslo 3.1415926 (vydána v březnu 2008).

Současně s TeXem pracuje Knuth i na systému Metafont, který byl původně určen pro návrh a digitalizaci fontů, ale dnes se často používá i pro tvorbu obrázků, které je možné snadno vložit do dokumentů psaných v TeXu. V současné době je vývoj Metafontu prakticky ukončen, jednou ročně je vydána nová verze, která pouze opravuje nalezené chyby. Číslování verzí je podobné jako u TeXu, postupně se blíží k přesné hodnotě Eulerova čísla (e).

V současnosti je Donald Knuth emeritním profesorem na Standfordské Univerzitě. Je držitelem mnoha ocenění a v roce 2003 byl zvolen členem Královské vědecké společnosti (Royal Society for the Improvement of Natural Knowledge).