沒有他,就沒有我們現在的生活。二十世紀的天才,應用計算機之父

2021-01-11 新知百科

阿蘭·麥席森·圖靈(Alan Mathison Turing)是20世紀著名的數學家、邏輯學家和計算機科學家,被譽為「計算機科學之父」和「人工智慧之父」。

1912年6月23日圖靈生於英國倫敦。圖靈出生在豪門一—家中有三位成員曾入選英國皇家學院,他的祖父甚至獲得了劍橋大學數學系的榮譽學位。

有著如此美妙的基因,阿蘭·圖靈並沒有像他父親裡歐那樣才能平庸,而是4歲就學會了閱讀,8歲就能寫科普小論文,16歲就搞清楚了愛因斯坦的相對論,並能遊刃有餘地推導力學定律。

隔壁小孩就是跟你不一樣,氣不氣?

圖靈的數學天賦並不表現在方法和步驟的嚴密性上,而是體現在「試圖在構建地基之前建造屋頂」。圖靈雖然在英式的傳統教育中成長,但他在早年就表現出與學院科學迥異的興趣,圖靈更關注「自然中最一般性的」問題,這使得他始終為權威所不容。但他的才華卻難以被掩蓋,1931年,19歲的圖靈進入劍橋大學國王學院,這時候的國王學院人才輩出,數學家哈迪、紐曼,哲學家伯納德·羅素和經濟學家凱恩斯都位列其中。另外,由於納粹政權的迫害,許多義大利和德國知識分子逃離本土,來到英國避難,此時的劍橋大學和牛津大學容納了大量的才華橫溢的人才,身邊都是舉足輕重的人,不知不覺就同類拔萃起來了,這時的圖靈開始邁向人生的巔峰。

圖靈的出類拔萃很快顯現出來,1935年他發表了一篇驚世駭俗的論文,一下子讓他從大學生變成了國王學院的研究員。之後,他再接再厲,可謂平步青雲,加上教授羅素對他的喜愛,他在劍橋混得風生水起。應該說,阿蘭·圖靈是國王學院最最優秀的畢業生,沒有之一。而他這篇論文叫做《論可計算數及其在判定問題上的應用》,是不是完全不知道這篇論文說的啥,簡而言之,沒有這篇論文,思想計算機得晚好多年才能出現。

二戰時德國使用的是複雜的英格瑪密碼,這種密碼每加密一個字母就更換一次密碼錶並且永不重複。而且德國使用的密匙是每天更換一次。如此大的工作量,如果光靠人腦來計算,是根本做不到的。由於情報工作的失敗,英國在戰場上了吃了很多苦頭,畢竟這就相當於別人迎住了你的雙眼,你只能被人按在地上推,所以在二戰前期,德國所向按席。

1940年,阿蘭,圖靈加入了英美聯合破督德至密碼Enigma的破譯組織,隨後的五年,他便放下了手頭工作,致力於破解密碼,阿蘭·圖靈發明了圖靈機,可以理解成現代計算機的雛形,成功破解了Enigma,為盟軍的勝利做出了至關重要的貢獻。有了「計算機」,什麼密碼都不怕,這簡直是盜號之父。但圖靈機並非是真正實際存在的機器,而是一個抽象的機器。圖靈機有一條無限長的紙帶,紙帶分成了一個一個的小方格,每個方格有不同的顏色。機器頭在紙帶上移來移去。機器頭有一組內部狀態,還有一些固定的程序。在每個時刻,機器頭都要從當前紙帶上讀入一個方格信息,然後結合自己的內部狀態查找程序表,根據程序輸出信息到紙帶方格上,並轉換自己的內部狀態,然後進行移動。

戰後,圖靈繼續從事數學和計算機科學的研究,他將戰時的密碼破譯學的經驗和電子學知識結合起來,發明了第一臺現代意義上的電子計算機。由於美國計算機工程在戰後的巨大發展和英國對圖靈戰時工作的保密,大眾往往忽略了圖靈的貢獻。

戰後的圖靈熱衷於跑馬拉松施展了他的長跑天分。馬拉松?這個沒有瞎編,有圖有真相,下圖為跑馬拉松的「計算機科學之父」。

1946年的8月,34歲的圖靈參加了他正式訓練後的第一個比賽。那是在他加入沃爾頓田徑偶樂部後參加的3英裡(4.8公裡)比賽,圖靈以15分37秒的成績奪得第一這一成績當年在英國排名第20位,試問各位誰能跑這麼快?簡直一改我們對計算機職業者的印象。對於一位34歲的跑者而言,這個成績已經相當不俗。當地的一份運動周刊《Athletics》報導了當時的比賽。那時。

圖靈在科學界已小有名氣,而當人們發現這個跑贏比賽的人原來是一位大科學家時都感到意外。

圖靈在英國跑圈出名,不僅是因為他「大器晚成」,也因為那彆扭的跑步姿勢和奇怪的喘息聲。在跑道上,圖靈總是握緊雙拳,高抬手臂,而他的腳也會不自然地外拐(本處請自行腦補),這讓俱樂部裡的其他成員都感到很奇怪。不僅如此,他在跑步時總是會發出比一般人大很多的喘息聲。作為沃爾頓田徑俱樂部秘書,J·F·哈丁也是圖靈的跑友,他的一段描述也在多年後廣為流傳。『我們是未見其人,先聞其聲。他跑步時,發出一種嚇人的喘氣聲。」哈丁回憶,「但我們還沒來得及跟他說上話,他就像一顆出醒的子彈那樣從我們身邊掠過。」在圖靈開始正式跑步訓練後,他的狀態一直非常好。從1946年開始,圖靈就在各種比賽上斬獲了不少獎牌。曾經在一場比賽上,他僅以6秒之差屈居第二,戰勝他的是入選1948年倫效奧運會5000米項目的英圍選手。1947年,在英斯特那拉夫像大學體商場舉行的英國業餘田徑協會馬按松錦標賽上,即靈跑出了他在馬拉松賽中的個人晶好成績2小時46分03秒,在那場比賽中名列第五、在1948年倫效的身運會馬按松比賽上,當時冠軍的成績是2小時34分52砂。圈靈僅比金牌得主慢了11分鐘,據英國(藥暗士振》報導,國靈的最好成精在當年(1947年)足以排名世界前三。需靈原本很有希望器上奧運賽道,但因持續訓練和略顯儒硬的跑步姿勢,他遭遇了腿部和髖部的傷病。1948年6月19日,業會田協舉辦倫敦奧運馬拉松選拔賽,圖靈沒有參加,只是在看臺上觀看了比賽。無論是戰時密碼破譯工作,還是馬拉松長跑,乃至工業和商業,都不是圖靈的真正興趣所在。他的興趣始終在於基礎理論,即計算性的理論眼度的問題,發明現實計算機只是圖靈主要工作的副產品。受到著名數學家黴德爾不完全定理的影響,圖靈在戰後主要討論的是人工智慧問題,即計算機與人腦的比較研究,他試留給出用機器模擬人類智能,乃至每造出人工智慧的方案。1948年圖員前往曼徹斯特大學,並於1960年發麥另一篇著名論文《計算機器與智能》,由遞歸運算的計算模型到機器學習的研究是留這一時期工作的進展。1951年圖靈被選為英國皇家學會的會員。「二戰」後的圖靈繼續自己的計算機理論的研究,這個時候,圖靈認識到,「直覺」很難用計費機要模機。也許「神使」是不可能做成的。務實的力法是認識到機器和人一樣。是可能犯錯誤的。同時機器能夠用不同於人類智能的方式修正自己的錯誤,通向人工智慧的道路不是一片坦途,而是在錯誤中不斷提高。

圖靈用計算機是否能夠玩象棋來說明這一點,計算機一開始是不會下象棋的,它可以按照規則進行遊戲,但是這無法相止它擊出一些愚蠢的棋,從而看起求完全不會下象棋,允許機器犯一些人類不會犯的錯誤是可以的,實際上人類也經常會犯各種錯誤,但是機器可以運用自己的計算優勢不新地學習,從而的近於甚至超據於人類智能的水平。圖靈認為智能的本質在於其學習能力,不在於其不會犯錯。圖靈對機器計算性的研究轉向了對智能的本質的研究,直至今日,人工智慧面臨的最大問腦是:完全沒有自由並且沒有心靈的機器是如何能夠展現出智能的?圖靈認為人腦在經過充分的研究題,能夠說明其也是一臺機器。神經系統運動的有限性恰好說明了這一點。

圖靈認為不可計算性是一個容易引起誤解的概念,很多時候只是因為我們沒有恰當地組織運算進程而已。「二戰」後的圖靈認為所有的心靈進程都是可計算的,並且可以在機器中實現,這就是我們現在所使用的簡單人工智慧。20世紀40年代未期的圖靈越來越堅定地認可這一想法。他發明了一種測試機器智能是否具有人類智能的方法,用一堵牆將被測試機器與人隔開,人不知道牆對面的是機器還是人,由人與機器進行對話。圖靈認為,如果有超過30%的問答,人不能確定牆後面的是人還是機器,那麼機器就通過了測試,從而具有人類智能。這一測試後來被稱為著名的「圖靈測試」。

在生命的最後時期,圖靈一直在做生物數學方面的研究。他發現了存在於植物結構的斐波那契數,對後世影響甚大。簡直是一位開掛的科學家,並且從智力與體力碾壓我們。正值事業巔峰,圖靈的生命卻因為意外要然而止。1954年6月7日,圖靈在家中被發現死於氯化物中毒,年僅42歲,他咬了一個潔滿了毒劑的蘋果,這個被咬了-口的蘋果(蘋果公司的商標一度被誤認為是源於理靈自殺時咬下的蘋果,但該圖案的設計師和蘋果公司都否認這一說法。賈伯斯在接愛英國廣播公司電視節目《QI》的被主持人史蒂芬·弗萊問到此事時說:「這(LOGO向圖靈致敬)不是真的,但是上帝啊,我們希望它是真的。」)

作為一個文化符號,始終被看作天才的圖靈的逝世是人類科學的巨大損失,這對於科學的進步乃至整個人類的發展歷程都有不可估量的影響。即便一生短暫,圖靈對科學發展的貢獻仍足以讓我們將這個名字牢牢地篆刻在人類歷史文明進程的豐碑上。在圖靈短暫而輝煌的人生中,除了家人和同事,估計俱樂部跑友就是他接觸最多的人。當他們得知圖靈是個同性戀者時,都很驚訝。「他是個古怪的人,那種很含蓄的類型,但和每個人都相處融洽。他甚至是我們委員會的成員。」哈丁回憶說,「我們根本不知道他是做什麼的,甚至不知道他在哪裡工作,直到他問我們:沃爾頓要不要和國家物理實驗室來場比賽?」

為了紀念圖靈對計算機科學的巨大貢獻,美國計算機協會(ACM)於1966年設立一年一度的圖靈獎,圖靈獎被視為「計算機界的諾貝爾獎」,以表彰在計算機科學頸城做出突出貢獻的人。1999年,圖靈被《時代》雜誌評選為20世紀100個最重要的人物之一。2012年,《自然》雜誌稱讚圖靈是有史以來最具科學思想的人物之一。

2013年12月24日,英國女王向已經去世多年的圖靈頒發了赦免書。英國司法大臣克裡斯,格雷靈宣布,「圖靈的晚年生活因為其同性取向而被迫蒙上了一層陰影,我們認為當時的判決是不公的,這種歧視現象現在也已經通到了廢除。為此,女王決定為這位偉人送上教免,以此向其致敬。」

圖靈短暫的一生散發出耀眼的光芒,他將自己的一生獻給了科學,對自己的生活和所處的時代未置一詞,他不從屬於任何政治派別或哲學派別,而他思想的原創性使得他更像一個謎團。在學術界,人們認為圖靈將多個看起來不相關的領域結合了起來,他將符號邏輯引入到實用數學中來,使得符號邏輯擁有了物理學和工程學的含義,對科學和哲學做出了貢獻,他的一生充滿著各種各樣的音符;生活中,他是一個隨腆、笨批、孩子氣又缺乏交際能力的男人,同時又有著刻薄、冷漠、歇斯底裡的個性,他是一個不被主流社會認可的同性戀者,也是一個為人正直、有著精神潔癖的學者。圖靈在「二戰」中對盟軍的密碼破譯和情報工作作出了傑出的貢獻,改變了大西洋戰局。同時,他對人類最重要的貢獻還在於人工智慧學科的突破,他與大哲學家路德維希·維根斯坦在課堂上關於「機器是否能夠思維」的爭辯至今仍然是人工智慧哲學界不可忽視的問題。圖靈的一生包含著許許多多的復調音符,圖靈和人類歷史上許許多多偉大的人物一樣反對虛假,忠實於自我,把追求真理作為自己人生的使命。阿蘭麥席森·圖靈(Aan Mathison Turing,1912-1954)的一生短暫而富有傳奇色彩。他不僅在數學、邏輯學和計算機科學等諸多領域中做出了開拓性的貢獻,被譽為「人工智慧之父」,而且在二戰期間參與了英國政府破譯德軍密碼的工作,為戰爭的勝利立下了汗馬功勞。然而遺憾的是,由於自身的同性戀傾向,圖靈在戰後遭到了英國政府非人道的對待,最終服毒自殺。2012年是圖靈誕辰100周年,這位英年早逝的科學巨匠對人類文明進程的影響是深遠的,值得我們十分的尊崇和紀念。

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