계산과학사 연표

1. 개요

계산과학사 연표는 1615년 요하네스 케플러가 심프슨 공식의 구분구적법을 유도한 시점부터 시작하여, 컴퓨터 발명 이전 시기, 17세기~18세기, 19세기, 20세기 초, 1930년대, 1940년대, 1950년대, 1960년대, 1970년대, 1980년대, 1990년대 이후로 구분하여 계산과학의 주요 발전들을 연대기순으로 정리한다. 찰스 배비지의 차분기관 개발, 에이다 러브레이스의 컴퓨터 프로그램 작성, 몬테카를로 방법 발명, 포트란 개발, 유한 요소법의 등장, QR 분해 발명, 고속 푸리에 변환 개발 등 다양한 분야에서의 획기적인 사건들을 포함한다. 또한 인간 게놈 프로젝트와 같은 20세기 후반의 주요 연구와 자원봉사 컴퓨팅의 발전도 다루고 있다.

2. 컴퓨터 발명 이전

1615년 요하네스 케플러가 심프슨 공식의 구분구적법을 유도한 것을 시작으로, 컴퓨터 발명 이전까지 계산 과학 분야에서는 여러 중요한 발전이 있었다. 1750년 토머스 심프슨이 심프슨 공식을 재발견했고, 1733년에는 뷔퐁 백작이 바늘 문제를 제시했다. 1768년에는 레온하르트 오일러가 오일러 방법을 고안했다.

1816년 라플라스 후작이 그람-슈미트 과정을 처음 공식화했고, 이후 1880년대-1900년대에 개선되었다. 1822년 찰스 배비지는 유한차분법을 이용해 다항함수를 자동 계산하는 기계인 차분기관 개발을 시작했다.

1842년에는 에이다 러브레이스가 해석기관을 이용해 베르누이 수를 계산하는 알고리듬을 작성했는데, 이는 세계 최초의 컴퓨터 프로그램으로 여겨진다. 그러나 해석기관이 완성되지 못해 실제로 사용되지는 않았다.

1883년 애덤스-배시포스 방법이 발표되었고, 야코비 방법과 가우스-자이델 방법도 개발되었다. 1886년에는 조화해석기가 제작되었다.

1900년 미분방정식의 근사 적분을 위한 룽게-쿠타 방법이 개발되었고, 1910년 숄레스키 행렬분해공식이 개발되었다. 1911년 리처드슨 외삽법이 개발되었다. 1922년 루이스 브라이 스티븐슨이 수치일기예보를 도입했는데, 그 방법 자체는 1895년 빌헬름 볘르크네스가 개발했다. 1926년 그레테 헤르만은 컴퓨터 대수학의 토대가 되는 논문을 발표했고, 같은 해 애덤스-물턴 방법이 개발되었다. 1927년 더글러스 하트리는 최초의 제1원리 계산법인 하트리-폭 방법을 개발했지만, 당시에는 계산 능력 부족으로 널리 활용되지 못했다.

2.1. 17세기-18세기

* 1615년 - 요하네스 케플러가 심프슨 공식의 구분구적법을 유도했다.
* 1733년 - 뷔퐁 백작이 바늘 문제를 제시했다.
* 1750년 - 토머스 심프슨이 심프슨 공식을 재발견했다.
* 1768년 - 레온하르트 오일러가 오일러 방법을 고안했다.

2.2. 19세기

* 1816년 - 라플라스 후작이 그람-슈미트 과정을 처음으로 공식화했다. 이후 1880년대-1900년대에 개선되었다.
* 1822년 - 찰스 배비지가 유한차분법을 이용해 다항함수를 자동적으로 계산하는 기계(차분기관)의 개발을 시작했다.

* 1842년 - 에이다 러브레이스가 해석기관을 이용해 베르누이 수를 뱉어내는 알고리듬을 작성했다. 세계 최초의 컴퓨터 프로그램이다. 그러나 해석기관이 완성되지 못했기에 러브레이스의 코드도 실제로 사용된 적은 없다.
* 1883년 - 애덤스-배시포스 방법이 발표되었다.
* 야코비 방법이 개발되었다.
* 가우스-자이델 방법이 발표되었다.
* 1886년 - 조화해석기가 제작되었다.

2.3. 20세기 초 (1900년대-1920년대)

* 1900년 - 카를 룽게의 연구에 이어 마르틴 쿠타가 미분 방정식의 적분을 근사하는 룽게-쿠타 방법을 발명했다.
* 1910년 - 앙드레-루이 숄레스키가 숄레스키 분해 행렬 분해 방식을 개발했다.
* 리처드슨 외삽법이 소개되었다.
* 1922년 - 루이스 프라이 리처드슨이 1895년 이전에 빌헬름 비에르크네스가 개발한 방법을 사용하여 수동 계산으로 수치 일기 예보를 도입했다.
* 1926년 - 그레테 헤르만이 컴퓨터 대수학의 기초 논문을 발표하여, 추상대수학의 많은 기본 문제, 예를 들어 다항식 환에 대한 아이디얼 멤버십과 같은 문제에 대한 알고리즘 (복잡도 경계 포함)의 존재를 확립했다.
* 1926년 - 애덤스-물턴 방법 개발.
* 1927년 - 더글러스 하트리가 나중에 하트리-포크 방법으로 알려진 최초의 ab initio 양자 화학 방법을 개발했다. 그러나 중간 크기의 원자에 대한 하트리-포크 방정식을 수동으로 푸는 것은 매우 힘들었고, 작은 분자에도 1950년 이전에는 사용할 수 없는 수준의 계산 자원이 필요했다.

3. 1930년대

* 엔리코 페르미의 로마 물리학자 그룹(라가치 디 비아 파니스페르나)이 뷔퐁 백작의 작업에 바탕한 통계 알고리듬 개발을 시작했다. 이는 몬테카를로 방법의 토대가 된 연구이다(FERMIAC).
* 1937년 - 클로드 섀넌이 불 대수를 전자회로로 구현하는 법을 제시한 논문 「중계회로 및 개폐회로의 기호해석」을 발표했다.
* 1939년 - 조지 로버트 스티비츠가 복소수 계산기를 발명했다.
* 1942년 - 존 빈센트 아타나소프와 클리포드 베리가 최초의 전자 디지털 계산장치(프로그래밍은 불가능)인 아타나소프-베리 컴퓨터(ABC)를 완성했다(개발은 1937년부터 시작).
1930년대는 현대적인 컴퓨터로의 첫 번째 주요 발전을 기록하며, 따라서 현대 시대의 시작을 알립니다.

4. 1940년대

* 1947년 – 존 폰 노이만, 스타니스와프 울람, 니콜라스 메트로폴리스가 몬테카를로 시뮬레이션을 발명하다.
* 1947년 - 조지 댄치그가 단체법을 도입하다.
* 울람과 노이만이 세포자동자 개념을 도입하다.
* 1948년 - 앨런 튜링이 LU 분해법을 공식화하다.
* 1949년 - 앨번 윌리엄 하우스고 필립스가 통화국민소득 아날로그 계산기(MONIAC)를 발명하다.

* 로스앨러모스에서 최초의 하이드로 시뮬레이션이 실행되다.

5. 1950년대

* 1950년 - 최초의 성공적인 컴퓨터 일기예보가 이루어졌다.
* 미국 국립표준기술연구소 산하 수치해석연구원의 마그누스 헤스텐스, 에드바르트 스티펠, 란초시 코르넬이 반복법 개발을 시작했다.
* 1953년 - 「고속계산기계를 사용한 상태방정식 계산」에서 메트로폴리스-헤이스팅스 알고리즘이 도입되었다.
* 1953년 - 엔리코 페르미, 존 파스타, 스타니스와프 울람, 메리 칭고우가 진동하는 줄의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 페르미-파스타-울람-칭고우 문제를 발견했다.
* 1954년 - IBM 연구센터의 존 바커스 연구진이 포트란을 개발했다. 과학계산에 최적화된 언어인 포트란이 개발된 덕분에 과학연구에서 프로그래밍 이용이 가속화되었다. 포트란은 현존하는 가장 오래된 프로그래밍 언어 중 하나이며, 과학과 공학 분야에서 지금도 가장 널리 사용되고 있다.

* 1957년 - 베르니 알더와 토머스 에버렛 웨인라이트가 분자동역학을 고안했다.
* 1958년 - 앨스턴 스콧 하우스홀더가 하우스홀더 행렬과 하우스홀더 방법을 발명했다.

6. 1960년대

* 1960년 - 레이 클라우프가 구조 해석 분야에서 리처드 쿠랑, 알렉산더 흐렌니코프, 올기에르트 지엔키에비츠의 초기 방법을 설명하기 위해 "유한 요소법"이라는 용어를 처음으로 사용했다.
* 1961년 - 존 G.F. 프랜시스와 베라 쿠블라노브스카야가 QR 분해를 발명했다(20세기의 10대 알고리즘 중 하나로 선정).
* 1961년 - 3체 문제에 대한 계산적 연구를 통해 마이클 미노비치가 중력 보조 방법을 공식화했다.
* 1963년 - 에드워드 로렌츠가 컴퓨터를 통해 나비 효과를 발견하여 카오스 이론에 대한 관심을 불러일으켰다.
* 1964년 - 아네에수르 라흐만이 독립적으로 분자 동역학을 발명했다.
* 1964년 - 월터 콘은 루 쥐 샴 및 피에르 호엔베르크와 함께 밀도 범함수 이론의 개발을 시작했으며, 이 공헌으로 1998년 존 포플과 함께 노벨 화학상을 공동 수상했다. 이 기여는 컴퓨터 프로그램 또는 계산 기법으로 노벨상을 받은 가장 초기의 연구로 여겨진다.
* 1965년 - 제임스 쿨리와 존 튜키가 고속 푸리에 변환을 개발했다.
* 경제학에서 최초의 회귀 계산이 이루어졌다.

7. 1970년대

* 1975년 – 브누아 망델브로가 프랙탈이라는 용어를 만들었으며, 이는 파투 집합, 줄리아 집합, 만델브로 집합에서 발견되는 자기 유사성을 설명한다. 프랙탈은 컴퓨터를 사용하여 광범위하게 탐구된 최초의 수학적 시각화 도구가 되었다.
* 1977년 – 케네스 아펠과 볼프강 하켄이 사색 정리를 증명하였으며, 이는 컴퓨터로 증명된 최초의 정리이다.

8. 1980년대

* 블라디미르 로흐린과 레슬리 그린가드가 고속 다중극 방법(20세기의 10대 알고리즘 중 하나로 선정)을 발명하였다.
* 로베르토 카와 미켈레 파리넬로가 카-패리넬로 분자 동역학을 개발하였다.

9. 1990년대 이후

* 1990년 – 계산 유전체학 및 서열 분석 분야에서 전체 인간 게놈을 해독하려는 시도인 인간 게놈 프로젝트가 시작되었다.
* 1998년 – 케플러 추측이 소진을 통한 증명 방식으로 토마스 칼리스터 헤일스에 의해 거의 확실하게 증명되었다.
* 자원봉사 컴퓨팅을 활용한 최초의 연구 그리드인 GIMPS(1996), distributed.net(1997), 세티@홈(1999)이 등장했다.
* 2000년 – 인간 게놈 프로젝트가 인간 게놈의 초안을 완성했다.
* 2003년 – 인간 게놈 프로젝트가 완료되었다.
* 2002년 – BOINC 아키텍처가 출시되었다.