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遗憾的是,沃沃斯基没有机会看到这些改变了,2017年他死于动脉瘤,享年51岁。
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总之,在沃沃斯基的启发下,我也开始对计算机能够激发数学创造力持乐观态度。鉴于数学和音乐之间存在某种密切的联系,我想通过研究AI是如何创作音乐来思考计算机怎样能对数学研究产生更大的作用。毕竟,正如巴赫的学生洛伦茨·米兹勒·冯·科洛夫(Lorenz Mizler von Kolof)所说的,“音乐就像会发出声音的数学”。
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[1] 精神类药物名称。——译者注
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天才与算法:人脑与AI的数学思维 第11章 音乐:声响的数学之旅
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戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)
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音乐——人类心灵在不自知的运算中所体验到的快乐。
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1964年,菲利普·格拉斯(Philip Glass)在巴黎跟随娜迪亚·布朗热[1] (Nadia Boulanger)学习作曲时,每一节课都要从巴赫开始。《赋格的艺术》[2] 是他们课程的一个关键部分,每周的专业课上格拉斯都要学习一部巴赫的作品。和声是多声部音乐的音高组织形态,是音乐的基本表现手段之一,是与对位[3] 相对应的技术范畴。四部和声是多声部主调音乐最基本和最常用的声部组合形式,四部和声的“四部”与人声的四种声乐类型是一致的。在布朗热的指导下,格拉斯重新构建了这些四部和声,并使这些新加入的音和谐地与全曲融合起来。布朗热认为,所有伟大的作曲家都必须从学习巴赫的音乐开始。
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我心中总是有一个小小的愿望,成为一个作曲家而不是一个数学家。在我的数学生涯里,音乐一直是我的好伙伴。例如,巴赫的作品以严格的对位著称,他十分中意对称的结构;巴托克的作品很多都以黄金比例为结构基础,他非常喜欢并善于使用斐波纳契数列。当我尝试探索数学新领域的时候,实际上我的大脑是在寻求一种新的模式和结构。无论是对称还是黄金比例,这些都是让作为数学家的我感到兴奋的东西,而这些作曲家同样被这些模式和结构吸引。这可能就是巴赫或巴托克的音乐有助于我思考的原因。有时,作曲家是本能地或者不自知地被数学的模式和结构所吸引,而他们并没有意识到这些数学模式的意义;有时,他们主动去寻找新的数学思想来作为他们作品的框架。
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在和作曲家艾米丽·霍华德(Emily Howard)讨论几何时,我有了一个想法:作为交换,我给她讲解双曲几何[4] ,她给我上作曲课。她欣然接受了这个建议。不久后,我在咖啡馆上了我的第一堂作曲课。
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就像一个新人写手面对一张完全空白的稿纸一样,面对空空如也的五线谱我感到了恐慌。艾米丽平静地解释道:“每一位作曲家在开始创作一部作品时,都需要先构思一个框架,以便进行创作。”她建议我们从中世纪的复调音乐开始。在中世纪,有一种复调作曲技法叫作有量卡农[5] (prolation canon)。这种作曲技法是从一个简单的节奏开始,单声部进行;随后,第二声部以一半的速度、同样的节奏加入;再然后,第三声部以两倍的速度、同样的节奏加入。尽管主题一致,通过这样的作曲技法就可以让你听到三个声部有着不同的节奏。当了解这种作曲技法后,去听这样的作品时,你立马会在脑海里识别到这种模式并将这三个声部组织起来。
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我的家庭作业是:创作一段简单的节奏,用有量卡农的作曲技法写一首弦乐三重奏。对我来说这是一个简单的任务,我可以很容易地写出这首曲子结构对应的数学方程式:X+2X+1/2X。在我创作的过程中,我强烈地感觉我像是一个园丁:从无到有创造出来的一小段节奏就像一颗种子,我将它安置在五线谱上。通过应用艾米丽教给我的算法,这个种子在我手中不断地变化——它在生长,而算法帮助我生成新的部分来填充其余的声部。新生成的部分与原始的种子有很强的联系,但它不只是复制原始的种子,或是它的一部分。看到我的音乐花园在这个简单的规则下变得欣欣向荣,我感到非常满意。
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正是这次作曲的经历,让我理解了算法和作曲之间的密切联系。算法是一组规则,它可以接受各种各样的输入,通过将规则应用于输入的内容,可以得到结果。初始输入就是种子,算法是种子生长的方法。我们在前文已得知,运用欧几里得算法[6] 可以求得两个正整数的最大公约数。算法可以有不同的图像,通过分析这些图像,你可以知晓这些算法的内容。有一些算法可以生成分形图形:从一个简单的几何图像开始,反复将一个数学方程应用到图像上,最后就会出现一个复杂的图形。
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前面我应用在音乐创作上的算法也具有类似的特性。格拉斯早期的一部作品或许表明了,算法是这位作曲家工具箱里的一个关键工具。他的作品《1+1》是为一人演奏所作,演奏者需要在桌面上敲击出一系列的节奏,所发出的声音会由接触式的麦克风放大。这个作品的主题动机(音符组合的模式)有两个:A是两短一长的节奏,B是一个长的节奏。在格拉斯的指导下,演奏者可以选择某一种算法(规则)来组合这两个主题。
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这样,演奏者就被赋予了自己选择算法的自由。格拉斯还做了一些不同算法的范例,例如ABAABBBAAABBBBB……这个算法的规则是每当主题A增加一次,主题B就相应增加两次。我想会有很多人这样批评格拉斯:“得了吧!这哪里是音乐?太过单调乏味了吧!”但对我而言,这个作品向我展现了音乐的核心——当你听到这首作品时,你的大脑会意识到:作品的内容不是随机的,也不是简单的重复。尝试逆向开发作品并从中找到核心模式是一种乐趣。我相信正是这样,使音乐世界和数学世界的联系变得如此紧密。
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因此,作曲家在创作的时候要进行艺术或科学的双重考量:发明新的算法,用以创作有趣的音乐;选择不同的种子(即主题动机)输入到算法当中。鉴于现实工作中算法正在不断地提升音乐创作的质量,这可能是计算机成为作曲家的关键吗?
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[1] 1887.9.16—1979.10.22,法国著名女音乐教育家、作曲家、指挥家。——译者注
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[2] 被看作巴赫(1685—1750)在晚年悉心于音乐艺术最深层探索的思想和实践的最后总结,是其一部未完成的杰作。整部作品由14首赋格和6首卡农组成,它们是由同一个主题发展而来的。这部作品的主要目的是要在一部音乐作品里,尽可能地深度发掘复调音乐对位法的所有可能。——译者注
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[3] 即通常所说的“复调”。——译者注
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[4] 也称罗巴切夫斯基几何、波利亚–罗巴切夫斯基几何、罗氏几何,是一种独立于欧几里得几何的几何公理系统。——译者注
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[5] 又称mensuration canon或proportional canon,是一种复调作曲技法,指卡农的不同声部以相同或相似的节奏(主题动机)、不同比例的速度进行。——译者注
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[6] 又称辗转相除法,用于计算两个正整数的最大公约数,应用于数学和计算机两个领域。欧几里得算法和扩展欧几里得算法可使用多种编程语言实现。——译者注
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