名人X檔案之艾倫·圖靈｜紀(jì)念圖靈誕辰 110 周年

艾倫·圖靈（Alan Turing），英國計算機科學(xué)家、數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家、密碼分析學(xué)家和理論生物學(xué)家，被譽為計算機科學(xué)與人工智能之父。1912年6月23日出生于英國倫敦，1954年6月7日因食用浸過氰化物溶液的蘋果而去世。

圖靈的一生，始終將科學(xué)置于一切之上，對數(shù)學(xué)、密碼分析、邏輯學(xué)、哲學(xué)和數(shù)學(xué)生物學(xué)，以及計算機科學(xué)、人工智能和認(rèn)知科學(xué)都做出了重要貢獻。

1950年，圖靈發(fā)表了一篇劃時代的論文——《計算機器與智能》（Computing Machinery and Intelligence），在論文中提出了“機器會思考嗎？”的疑問，并預(yù)言了創(chuàng)造出具有真正智能的機器的可能性。圖靈相信，計算機最終將可以進行與人類沒有區(qū)別的思考，并提出了圖靈測試來評估機器是否具有智能。如今，這一論文被廣泛認(rèn)為是人工智能研究的基礎(chǔ)。

同時，圖靈在密碼學(xué)方面也頗有造詣。在第二次世界大戰(zhàn)期間，圖靈設(shè)計了一些加速破譯德國密碼的技術(shù)，包括改進波蘭戰(zhàn)前研制的機器 Bombe，成功破譯了密碼系統(tǒng) Enigma。

此外，圖靈還是一位世界級的長跑運動員，他的馬拉松最好成績是2小時46分03秒（手動計時），只比1948年倫敦奧運會男子馬拉松冠軍 Delfo Cabrera 慢了11分鐘。

值此圖靈誕辰110周年之際，學(xué)術(shù)頭條謹(jǐn)以此文紀(jì)念這位偉大的、命運坎坷的科學(xué)家。

110年的“今天”，1912年6月23日，圖靈在一個普通的公務(wù)員家庭出生了。

當(dāng)時，可能連圖靈的父母都不會想到，他們的孩子會在幾十年后為人類科學(xué)做出一個又一個的偉大工作。

圖靈的一生是閃耀的。

他提出的圖靈機模型，為現(xiàn)代計算機的邏輯工作方式奠定了基礎(chǔ)。

他在第二次世界大戰(zhàn)期間，成功破譯了德國的密碼系統(tǒng) Enigma。

他僅僅在大學(xué)畢業(yè)一年后，就當(dāng)選為劍橋大學(xué)國王學(xué)院的研究員。

他被《自然》雜志稱贊是“有史以來最具科學(xué)思想的人物之一”......

圖靈的一生也是不幸的。

他因同性戀傾向而遭到當(dāng)時的英國政府迫害，職業(yè)生涯盡毀。

他因食用浸過氰化物溶液的蘋果而離奇死亡......

16 歲的圖靈

Alan Mathison Turing

sixteen

/ 通用圖靈機發(fā)明者 /

圖靈從小就表現(xiàn)出了過人的才華，對數(shù)字和智力游戲十分著迷，之后便一發(fā)不可收。

1931年，圖靈進入劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。1934年以優(yōu)異成績畢業(yè)后，圖靈他在概率論方面的貢獻，被選為劍橋大學(xué)國王學(xué)院的研究員。

在數(shù)學(xué)家看來，解決問題的“有效”方法，其實就是僅需要一個人類數(shù)學(xué)文員（mathematical clerk）死記硬背就能搞定的方法。在圖靈生活的那個年代，那些死記硬背的工人實際上被稱為“人類計算機”，他們完成了一些后來由電子計算機完成的工作。

決策問題（The Entscheidungsproblem）尋求一種有效的方法來解決基本數(shù)學(xué)問題，即判斷哪些數(shù)學(xué)命題在給定的形式數(shù)學(xué)系統(tǒng)中是可證明的，哪些是不可證明的。判斷這一點的方法被稱為決策方法。

1936年，圖靈的開創(chuàng)性論文《論可計算數(shù)及其在判定問題中的應(yīng)用》

（On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem）

被美國數(shù)理邏輯學(xué)家阿隆佐·邱奇（Alonzo Church）推薦發(fā)表。

在論文中，圖靈提出了著名的“圖靈機”的設(shè)想，將邏輯中的任意命題用一種通用的機器來表示和計算，并能按照一定的規(guī)則推導(dǎo)出結(jié)論，其推斷結(jié)果通俗來講則是：圖靈機能計算的函數(shù)就是可計算的函數(shù)，反之則是不可計算的函數(shù)。

邱奇是圖靈之后的博士導(dǎo)師，盡管他早于圖靈得出了相同的結(jié)論，但圖靈的論證更易于理解和直觀，通用（圖靈）機的概念也更新穎。圖靈的方法對新興的計算科學(xué)有著深遠(yuǎn)的意義。

1937-1938年，圖靈在普林斯頓大學(xué)度過了大部分時間，在邱奇的指導(dǎo)下獲取了博士學(xué)位。圖靈的論文介紹了超計算的概念，在圖靈機加上了預(yù)言機，讓研究圖靈機無法解的問題變得可能。

/ 密碼破譯者 /

從普林斯頓大學(xué)畢業(yè)后，圖靈回到了倫敦大學(xué)國王學(xué)院，隨后加入了英國政府通信總部。

而在此幾周之前，波蘭政府向英國和法國提供了波蘭破解德國軍方用于加密無線電通信的主要密碼機 Enigma 的細(xì)節(jié)。

1930 年代的圖靈

早在 1932 年，一個由 Marian Rejewski 領(lǐng)導(dǎo)的波蘭數(shù)學(xué)家密碼分析小組就成功地推導(dǎo)出了 Enigma 的內(nèi)部連接。

1938年，Rejewski 團隊設(shè)計出了一種名為 Bomba 的密碼破譯機。Bomba 的成功依賴于德國的操作程序，但1940年5月，德國更改了原有操作程序，Bomba 便失去了作用。

于是，在1939年秋天到1940年春天期間，由圖靈領(lǐng)導(dǎo)的一個小組便重新設(shè)計了一個相關(guān)的、但非常不同的密碼破譯機，并將其命名為 Bombe。

在第二次世界大戰(zhàn)期間，Bombe 為同盟國提供了大量的軍事情報。到1942年初，布萊切利園（英國政府進行密碼破譯工作的主要地方）的密碼分析人員每月破譯的截獲信息達(dá)到了3.9萬條，這一數(shù)字在之后更是上升到了8.4萬。

密碼機 Enigma

密碼破譯機器

Bombe

1942年，圖靈還提出了第一個系統(tǒng)性方法，來破解由更精密的德國密碼機（英國人稱之為“Tunny”）加密的信息。

圖靈也因在密碼破譯工作中做出的巨大貢獻而被授予大英帝國勛章。

/ 計算機設(shè)計者 /

1945年，圖靈被招募到倫敦的國家物理實驗室（NPL），任務(wù)是制造一臺電子計算機。他的自動計算引擎（ACE）設(shè)計是電子存儲程序通用數(shù)字計算機的第一個完整規(guī)范。如果完全按照圖靈的計劃制造，ACE 將擁有比其他早期計算機多得多的內(nèi)存，速度也會更快。但是，圖靈的同事們認(rèn)為這個工程太難了，便制造了一個小得多的機器，即 Pilot Model ACE。

導(dǎo)致的結(jié)果就是，NPL 在“建造世界上第一臺可工作的電子存儲程序數(shù)字計算機”的競賽中失利了，這一榮譽被曼徹斯特大學(xué)計算機實驗室摘得。

圖靈對 NPL 的拖延感到沮喪，同年便加入了曼徹斯特大學(xué)計算機實驗室，擔(dān)任實驗室副主任，負(fù)責(zé)最早的真正的計算機——曼徹斯特一號的軟件工作。

圖靈早期提出的通用圖靈機的理論概念，從一開始就對曼徹斯特計算機項目產(chǎn)生了根本性的影響。圖靈來到曼徹斯特大學(xué)后，對計算機發(fā)展的主要貢獻是利用布萊切利園的技術(shù)設(shè)計了一個輸入輸出系統(tǒng)，并設(shè)計了對應(yīng)的編程系統(tǒng)——后來被用在第一臺商用電子數(shù)字計算機 Ferranti Mark I 中。當(dāng)然，圖靈還配套編寫了第一本編程手冊。

位于布萊切利園的圖靈石像

1952年，圖靈編寫了一個國際象棋程序。但當(dāng)時還沒有一臺計算機有足夠的運算能力去執(zhí)行這個程序。于是，圖靈就模仿計算機，每走一步要用半小時，他與一位同事下了一盤，結(jié)果是：這個程序輸了。

后來，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究組根據(jù)圖靈的理論，在 ENIAC 上設(shè)計出了世界上第一個電腦程序的國際象棋——洛斯阿拉莫斯國際象棋。

/ 人工智能開拓者 /

圖靈的一生，始終將科學(xué)置于一切之上，對新技術(shù)十分感興趣。

在人工智能領(lǐng)域，圖靈是人工智能和現(xiàn)代認(rèn)知科學(xué)的奠基人，是“人類大腦在很大程度上可以被看作為一臺數(shù)字計算機”這一假設(shè)的早期倡導(dǎo)者。

在圖靈看來，早期的大腦皮層只是一個“無組織的機器”，但會通過后天的訓(xùn)練變得更“有組織”，進而演變成一個通用機器或類似的東西。

圖靈希望計算機也能通過訓(xùn)練變得越來越智能，于是便花費了很多時間來研究算法、復(fù)雜的計算機系統(tǒng)和人工智能的發(fā)展，以及其他科學(xué)家向智能機器提出的問題。

1950年，圖靈發(fā)表了一篇劃時代的論文——《計算機器與智能》（Computing Machinery and Intelligence），在論文中提出了“機器會思考嗎？”的疑問，并預(yù)言了創(chuàng)造出具有真正智能的機器的可能性。

為了更好地驗證計算機是否可以像人一樣說出自然語言，且與人類之間的差異無法被發(fā)現(xiàn)，圖靈提出了著名的圖靈測試，即如果一臺機器能夠與人類展開對話而不被辨別出其機器身份，這臺機器就具有智能。

有意思的是，當(dāng)時的圖靈認(rèn)為，計算機有望在 2000年左右通過圖靈測試。但遺憾的是，這一預(yù)測并沒有應(yīng)驗。

1951年代的圖靈

/ 不幸者 /

1951年3月，圖靈榮膺為倫敦皇家學(xué)會的會員，這是一項很高的榮譽，但他的生活也自此變得非常艱難。

1952年，圖靈的同性伴侶協(xié)同一名同謀一起闖進圖靈的房子行竊，但是英國警方的調(diào)查結(jié)果使得他被控以“明顯的猥褻和性顛倒行為”罪（同性戀在當(dāng)時的英國是一種罪行）。

在公審過后，圖靈面臨兩個選擇：坐牢，或者接受女性荷爾蒙注射“療法”（即化學(xué)閹割）。圖靈選擇了長達(dá)一年的雌激素注射。雌激素注射產(chǎn)生的副作用，使得原本熱愛體育運動的圖靈在身心上受到極大的傷害。

也因此，圖靈再也不能為英國政府通信總部工作了。

從1951年直到去世，圖靈便一直做人工生命（artificial life）方向的研究。1952年，圖靈發(fā)表了《形態(tài)發(fā)生的化學(xué)基礎(chǔ)》一書，描述了他在生物體形態(tài)和模式發(fā)展方面的研究，并使用計算機模擬了他所假設(shè)的動物和植物解剖結(jié)構(gòu)生成的化學(xué)機制。

在這項開創(chuàng)性的工作中，圖靈因食用浸過氰化物溶液的蘋果而死亡。當(dāng)時很多人認(rèn)為他是有意吃了蘋果，并斷定他是自殺。

但是，圖靈的意外死亡，通常會被聯(lián)想到他在被指控為同性戀后接受的激素“治療”，盡管他是在停止注射激素一年多后去世的。但從驗尸報告來看，沒有任何證據(jù)表明圖靈有意自殺，也沒有證據(jù)表明圖靈存在精神問題。

不管怎樣，這個世界確實損失了一位可能改變世界的人。

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2009年9月，一份超過3萬人的請愿簽名，迫使英國首相戈登·布朗（Gordon Brown）代表英國政府公開為圖靈受到的“完全不公平”（utterly unfair）的對待而道歉。

4年后，英國女王伊麗莎白二世赦免了圖靈。

這就是圖靈，偉大而不幸的人生。

參考資料：

https://www.britannica.com/biography/Alan-Turing

https://en.wikipedia.org/wiki/Alan_Turing