John Tukey

1.1. Thời thơ ấu và Giáo dục

Tukey sinh ngày 16 tháng 6 năm 1915 tại New Bedford, Massachusetts, Hoa Kỳ. Cha ông là một giáo viên tiếng Latinh, còn mẹ ông là một gia sư riêng. Ông được mẹ dạy dỗ là chủ yếu tại nhà và chỉ tham gia các lớp học thông thường cho một số môn nhất định, ví dụ như tiếng Pháp.

Ông theo học tại Đại học Brown, nơi ông lấy bằng Cử nhân Nghệ thuật (B.A.) năm 1936 và Thạc sĩ Khoa học (M.S.) năm 1937, đều trong lĩnh vực hóa học. Sau đó, ông chuyển đến Đại học Princeton và hoàn thành bằng Tiến sĩ (PhD) về toán học vào năm 1939 với luận án có tiêu đề "Về tính đếm được trong tô pô" (On denumerability in topology).

1.2. Thế chiến II và Sự nghiệp ban đầu

Trong Thế chiến II, Tukey làm việc tại Văn phòng Nghiên cứu Kiểm soát Hỏa lực. Tại đây, ông đã hợp tác với Samuel S. Wilks và William Gemmell Cochran. Có thông tin cho rằng ông đã giúp thiết kế máy bay do thám U-2. Sau chiến tranh, ông trở lại Đại học Princeton và phân chia thời gian làm việc giữa trường đại học và AT&T Bell Laboratories. Năm 1962, Tukey được bầu vào Hội Triết học Hoa Kỳ. Năm 35 tuổi, ông trở thành giáo sư chính thức và đến năm 1965, ông là chủ nhiệm khoa sáng lập của khoa thống kê tại Princeton.

2.1. Đại học Princeton

Sau Thế chiến II, John Tukey trở lại Đại học Princeton, nơi ông đóng vai trò quan trọng trong việc định hình lĩnh vực thống kê. Ông trở thành giáo sư chính thức khi mới 35 tuổi và sau đó là chủ nhiệm khoa sáng lập của khoa thống kê tại Princeton vào năm 1965. Vai trò lãnh đạo của ông tại Princeton đã giúp phát triển ngành thống kê và đào tạo nhiều thế hệ nhà khoa học.

2.2. Bell Laboratories (AT&T Bell Laboratories)

Song song với công việc tại Đại học Princeton, Tukey cũng dành thời gian nghiên cứu và phát triển tại Bell Labs (nay là Nokia Bell Labs). Tại đây, ông đã làm việc về việc phát triển các phương pháp thống kê cho máy tính, và chính trong quá trình này, ông đã đặt nền móng cho nhiều thuật ngữ quan trọng. Năm 1947, ông đã sáng tạo ra thuật ngữ "bit" (viết tắt của binary digit_{chữ số nhị phân}^English) khi làm việc với John von Neumann về các thiết kế máy tính ban đầu. Thuật ngữ này lần đầu tiên được sử dụng công khai trong một bài báo của Claude Shannon vào năm 1948. Ngoài ra, từ "phần mềm" (software) cũng lần đầu tiên xuất hiện trong một bài báo của Tukey trên tạp chí American Mathematical Monthly vào năm 1958, mặc dù Paul Niquette từng tuyên bố đã tạo ra từ này vào năm 1953.

2.3. Hoạt động Tư vấn và Cố vấn

Từ năm 1960 đến 1980, John Tukey đã đóng vai trò cố vấn quan trọng cho Đài truyền hình NBC, giúp thiết kế các cuộc thăm dò dư luận của đài này để dự đoán và phân tích kết quả bầu cử. Ông cũng là cố vấn cho các tổ chức khác như Educational Testing Service, Xerox Corporation và Merck & Company. Trong những năm 1970 và đầu thập niên 1980, Tukey đóng vai trò chủ chốt trong việc thiết kế và thực hiện National Assessment of Educational Progress (Đánh giá Quốc gia về Tiến bộ Giáo dục). Những hoạt động tư vấn này cho thấy tầm ảnh hưởng rộng lớn của ông trong việc áp dụng thống kê vào các vấn đề thực tiễn.

2.4. Giải thưởng và Vinh danh

John Wilder Tukey đã nhận được nhiều giải thưởng và vinh danh cao quý cho những đóng góp đột phá của mình:

• Năm 1973, ông được Tổng thống Richard Nixon trao tặng Huân chương Khoa học Quốc gia (National Medal of Science), một trong những giải thưởng khoa học cao nhất của Hoa Kỳ.
• Năm 1982, ông được trao tặng Huy chương Danh dự IEEE (IEEE Medal of Honor) "Vì những đóng góp của ông cho phân tích phổ của các quá trình ngẫu nhiên và thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT)".

3.1. Thuật toán Biến đổi Fourier Nhanh (FFT)

Một trong những đóng góp nổi tiếng nhất của Tukey là việc đồng phát triển thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT) cùng với James Cooley vào năm 1965. Thuật toán này đã cách mạng hóa xử lý tín hiệu, phân tích phổ và nhiều lĩnh vực khác như hình ảnh y tế, kỹ thuật âm thanh và điện toán khoa học, bằng cách giảm đáng kể thời gian tính toán cho biến đổi Fourier rời rạc. FFT cho phép các phép tính phức tạp được thực hiện nhanh hơn, mở ra nhiều ứng dụng mới trong nghiên cứu khoa học và kỹ thuật.

3.2. Phân tích Dữ liệu Khám phá (EDA) và Các kỹ thuật thống kê

Tukey là người tiên phong hoặc phổ biến nhiều kỹ thuật thống kê mang tính đột phá, nổi bật nhất là việc phát triển và cổ vũ cho phân tích dữ liệu khám phá (EDA). Trong cuốn sách "Exploratory Data Analysis" xuất bản năm 1977, ông đã giới thiệu biểu đồ hộp (box plot), một công cụ trực quan mạnh mẽ để tóm tắt phân phối dữ liệu.
Các kỹ thuật thống kê khác mang tên ông bao gồm:

• Kỹ thuật Jackknife: Một phương pháp tái lấy mẫu (resampling) được ông đóng góp đáng kể vào năm 1970, còn được gọi là Jackknife Quenouille-Tukey.
• Kiểm định phạm vi Tukey: Dùng để so sánh các cặp trung bình trong phân tích phương sai.
• Phân phối lambda Tukey: Một họ các phân phối linh hoạt để mô phỏng nhiều hình dạng dữ liệu.
• Kiểm định tính cộng tính Tukey: Để kiểm tra sự cần thiết của các số hạng tương tác trong mô hình.
• Bổ đề Tukey: Một bổ đề quan trọng trong lý thuyết tập hợp, liên quan đến nguyên lý cực đại Hausdorff.
• Cửa sổ Tukey: Một hàm cửa sổ được sử dụng trong phân tích phổ.
• Trung vị ba (trimean): Một ước lượng vị trí mạnh mẽ, là trung bình có trọng số của các tứ phân vị và trung vị.
• Đường trung vị-trung vị (median-median line): Một giải pháp thay thế đơn giản hơn cho hồi quy tuyến tính.

Năm 1974, cùng với Jerome H. Friedman, ông đã phát triển khái niệm projection pursuit, một kỹ thuật để tìm kiếm các phép chiếu thú vị của dữ liệu đa biến.

3.3. Nền tảng của Khoa học Dữ liệu

John Tukey được nhiều người xem là cha đẻ của khoa học dữ liệu, hoặc ít nhất là người tiên phong đặt ra nhiều nền tảng cốt lõi cho lĩnh vực này. Trong những năm 1960, ông đã thách thức sự thống trị của cái mà ông gọi là "phân tích dữ liệu xác nhận" (confirmatory data analysis - CDA), tức các phân tích thống kê bị chi phối bởi các cấu hình toán học cứng nhắc. Thay vào đó, Tukey nhấn mạnh tầm quan trọng của việc có một thái độ linh hoạt hơn đối với phân tích dữ liệu và việc khám phá dữ liệu cẩn thận để xem những cấu trúc và thông tin nào có thể chứa đựng trong đó. Ông gọi phương pháp này là "phân tích dữ liệu khám phá" (exploratory data analysis - EDA). Theo nhiều cách, EDA là tiền thân của khoa học dữ liệu hiện đại.

Tukey cũng nhận ra tầm quan trọng của khoa học máy tính đối với EDA. Đồ họa là một phần không thể thiếu của phương pháp EDA, và mặc dù phần lớn công việc của Tukey tập trung vào các hiển thị tĩnh (như biểu đồ hộp) có thể vẽ bằng tay, ông nhận ra rằng đồ họa máy tính sẽ hiệu quả hơn nhiều cho việc nghiên cứu dữ liệu đa biến. PRIM-9, chương trình đầu tiên để xem dữ liệu đa biến, được ông hình thành vào đầu những năm 1970. Sự kết hợp giữa phân tích dữ liệu và khoa học máy tính này chính là cái mà ngày nay được gọi là khoa học dữ liệu.

8.1. Đóng góp và Thành tựu tích cực

Các đóng góp của Tukey đã cách mạng hóa cách chúng ta xử lý và hiểu dữ liệu. Việc đồng phát triển thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT) đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong nhiều ngành khoa học và kỹ thuật, từ xử lý tín hiệu đến hình ảnh y tế. Sự phát triển của phân tích dữ liệu khám phá (EDA) và việc giới thiệu các công cụ như biểu đồ hộp đã cung cấp cho các nhà khoa học và nhà nghiên cứu những phương tiện trực quan và mạnh mẽ để khám phá dữ liệu mà không cần giả định trước các mô hình phức tạp. Triết lý của ông về việc khám phá dữ liệu một cách linh hoạt, ít bị ràng buộc bởi các giả định toán học cứng nhắc, đã đặt nền móng cho khoa học dữ liệu hiện đại và thúc đẩy việc sử dụng dữ liệu một cách rộng rãi hơn trong xã hội. Việc ông đặt ra các thuật ngữ "bit" và "phần mềm" cũng là minh chứng cho tầm nhìn xa của ông trong lĩnh vực điện toán.

8.2. Phê bình và Tranh cãi

Mặc dù có nhiều đóng góp tích cực, Tukey cũng từng tham gia vào một số tranh cãi. Đáng chú ý, ông là thành viên của một ủy ban thuộc Hiệp hội Thống kê Hoa Kỳ đã đưa ra một báo cáo phê bình phương pháp thống kê của Báo cáo Kinsey về hành vi tình dục của nam giới. Báo cáo này tóm tắt rằng: "Việc chọn ngẫu nhiên ba người sẽ tốt hơn một nhóm 300 người do ông Kinsey chọn." Điều này cho thấy sự quan tâm của ông đến tính đúng đắn về mặt phương pháp luận trong nghiên cứu, ngay cả khi nó dẫn đến những kết luận gây tranh cãi.

8.3. Ảnh hưởng đến các thế hệ sau

Những công trình, phương pháp và tư tưởng của Tukey tiếp tục ảnh hưởng mạnh mẽ đến các thế hệ nhà khoa học sau này. Triết lý phân tích dữ liệu khám phá của ông là nền tảng cho nhiều phương pháp học máy và trực quan hóa dữ liệu hiện đại. Việc ông nhấn mạnh sự kết hợp giữa phân tích dữ liệu và khoa học máy tính đã định hình nên lĩnh vực khoa học dữ liệu như chúng ta biết ngày nay. Các thuật ngữ ông tạo ra đã trở thành ngôn ngữ chung của ngành công nghệ thông tin. Tư duy cởi mở và phương pháp tiếp cận thực tiễn của ông đã truyền cảm hứng cho nhiều nhà thống kê và nhà khoa học dữ liệu tiếp cận dữ liệu một cách sáng tạo và hiệu quả hơn.