圖靈與香農以及他們的大時代(《智慧財產權簡史》人物篇)
作者:讀裁者黃遠輝,專注人文科技、智慧財產權
大家都知道,蘋果公司的LOGO是一個被咬了一口的蘋果,大家因此猜測這個蘋果是不是圖靈自殺時咬的那個蘋果(沾了劇毒氰化物)。後來蘋果公司出來解釋說,這個被咬掉的蘋果其實是艾薩克·牛頓爵士的蘋果。蘋果最早的LOGO就是牛頓坐在蘋果樹下看書的情景,LOGO設計者韋恩是蘋果公司的聯合創始人之一。直到賈伯斯決定要修改蘋果公司的LOGO,韋恩才設計成一個被咬了一口的蘋果。
《智慧財產權簡史》人物篇迎來影響至今(預計整個21世紀還會持續受到他們的影響)的兩位偉大人物——艾倫·圖靈和香農,推薦閱讀書單:《艾倫·圖靈傳》《香農傳》《生命3.0》。
艾倫·圖靈(1912年6月23日-1954年6月7日),英國數學家、邏輯學家、密碼學家,被稱為「計算機科學之父」,「人工智慧之父」。我們先簡要回顧一下艾倫·圖靈充滿靈性的一生,圖靈少年時就表現出獨特的直覺創造能力和對數學的愛好。1926年,14歲的圖靈考入倫敦著名的謝伯恩公學,受到良好的中學教育。1927年,15歲的圖靈為了幫助母親理解愛因斯坦的相對論,寫了愛因斯坦的一部著作的內容提要,表現出非凡的數學天賦(《智慧財產權簡史》已出場的多位人物均表現出超高的數學天賦),獲得過國王愛德華六世數學金盾獎章。15歲那年,圖靈在羅斯公學遇到了克裡斯朵夫·默卡(比圖靈大一歲),一見鍾情,從此徹底改變了他的一生。為追隨愛人,1931年,圖靈考入劍橋大學國王學院,在國王學院就讀期間榮獲英國著名的史密斯數學獎。1936年5月,圖靈向倫敦權威的數學雜誌投了一篇論文——《論數字計算在決斷難題中的應用》,他在論文中描述了一種可以輔助數學研究的機器,後來被人稱為「圖靈機」。圖靈機首次將純數學符號與實體世界建立了聯繫,後來出現的電腦、人工智慧都是基於這個設想才發明的。圖靈畢業後在美國普林斯頓大學攻讀博士學位,二戰爆發後返回英國劍橋,發明一種名為「Bombe」的破譯機,協助軍方破解德國密碼系統Enigma,「得益於圖靈的這個貢獻,使得二戰足足提前了兩年結束」。1950年,圖靈發表論文《計算機器與智能》(1956年以《機器能思考嗎?》為標題重新發表),提出著名的「圖靈測試」,為他贏得「人工智慧之父」的稱號。1951年,圖靈成為英國皇家學會會員,年僅39歲。1952年,保守的英國政府對圖靈的同性戀進行定罪,並對圖靈實行化學閹割,即注射雌激素。1954年6月7日,圖靈無法忍受化學閹割對心靈帶來的巨大折磨(雌激素產生了聲帶變化、乳房發育等副作用),將含有氰化物的蘋果咬入口中,告別人世。
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。2013年12月24日,英國女王向圖靈頒發了皇家赦免,英國司法部長宣布:「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,這種歧視現象如今也已經遭到了廢除。為此,女王決定為這位偉人送上赦免,以此向其致敬。」
人工智慧專家道格拉斯·霍夫施塔特對圖靈的評價:「一邊是計算機科學中最有詩意的概念和理論,一邊是在第二次世界大戰時為世界和平而解謎。」《科學美國人》這樣評價圖靈的一生:「個人生活隱秘又喜歡大眾讀物和公共廣播,自信滿懷又異常謙卑。一個核心的悖論是,他認為電腦能夠跟人腦並駕齊驅,但是他本人的個性卻是率性而為、我行我素、無法預見,一點也不像機器輸出來的東西。」
為了紀念圖靈對計算機科學的巨大貢獻,由美國計算機協會(ACM)於1966年設立一年一度的圖靈獎,以表彰在計算機科學中做出突出貢獻的人,圖靈獎被喻為「計算機界的諾貝爾獎」。
與在英國的艾倫·圖靈遙相呼應的另一位天才人物,是在大西洋彼岸的克勞德·香農(1916年4月30日-2001年2月24日),美國數學家,資訊理論創始人,是「資訊時代之父」。1936年獲得密西根大學學士學位,1940年在麻省理工學院獲得碩士和博士學位,1941年進入貝爾實驗室工作。香農提出了信息熵的概念,為資訊理論和數字通信奠定了基礎。香農生長在一個有良好教育的環境(歷史上,大家可以統計一下,一般作出過重大的貢獻的人物,一般都受過良好的教育,當然不是絕對的,教育很重要!),香農主要受祖父(農場主兼發明家)的影響,發明過洗衣機和農業機械,香農還是大發明家愛迪生的遠親。
與圖靈的不幸相比,小四歲的香農要幸福的多,圖靈只活了41歲,而他活到了21世紀,享年84歲,我們重點看一下香農的高光時刻。二戰時,香農與圖靈一樣,也是一名密碼破譯者,主要是追蹤德國飛機和火箭。香農提出過一個非常重要的概念——信息熵,證明熵與信息內容的不確定程度有等價關係。熵是波爾茲曼在熱力學第二定律引入的概念,可以理解為分子運動的混亂度。熵在創新、信息等各個領域都有應用(我曾寫過《熵、創新、智慧財產權與稅》的文章,請大家往前翻看),信息熵表明漢字的靜態平均信息熵比較大,中文是9.65比特,英文是4.03比特。什麼意思呢?就是說中文的複雜程度要高於英文,中文字含的信息要比英文字母豐富,尤其是文言文,言簡意賅,中文是世界上最難學的語言(驕傲不?)。不知道大家有沒有看過英文原版的教材或者其他書籍,你會發現這些很厚的英文書籍翻譯成中文後會薄很多。當然考慮信息熵,中文表達會丟失掉一部分英文原本信息,這也是為什麼翻譯工作非常難的原因,要做到信達雅非常不易,向翻譯者致敬。
1948年,香農發表數十頁的論文《通信的數學理論》,成為資訊理論正式誕生的裡程碑。他在通信數學模型中,提出著名的計算信息熵的公式:
計算公式中的對數log如果是以2為底的,那麼計算出來的信息熵就以比特(bit)為單位,計算機和通信中廣泛使用的字節(Byte)就是由此演化而來的。香農曾舉過拋硬幣的例子來說明這個計算公式,我們拋硬幣每次拋出正面朝上的概率都是1/2,硬幣出現正面朝上的信息量=-log2(1/2)=1比特,信息熵就是把一條消息中出現的所有字符,做信息量的加權平均。以此類推,26個英文字母選出的信息熵最大可以達到4.7比特,考慮WXYZ不常用,就得出我們前面說到的4.03比特,2500個常用漢字中的信息熵可以達到11.3比特,這就是為什麼中文是一種更高效的語言。香農認為英語是冗餘度非常高的一種語言,一般英文文本中75%的字符都是多餘的。
香農在32歲完成系列開拓性的工作之後,放棄了一切,繼續玩他小時候的興趣——搞發明,他的發明包括命名為「忒修斯」的可以自動穿越迷宮的電子老鼠,能夠在家散步的「建造模型」龜,首臺能下西洋棋的電腦,首臺可穿戴電腦,代號為 THROBAC的使用羅馬數字進行運算的計算機等等。有人評價香農是融合了理察·費曼(1965年諾貝爾物理獎得主,我曾推薦過他的自傳《別鬧了,費曼先生》)的玩興和愛因斯坦的天賦。香農富有創造力、豐富絢爛的一生證明,遊戲精神對於工作而言是多麼重要,人稱現代「達·文西」(請往前翻看我在《智慧財產權簡史》人物篇中寫的《穿越時空的全才李奧納多·達·文西》)。香農真正偉大的地方在於,他用數學語言量化了信息。
萬維鋼老師說,從資訊理論角度來看,最重要的不是你說了什麼,而是你能說什麼。資訊理論的價值觀是要求選擇權、多樣性、不確定性和自由度。我們要在這個世界上留下自己的痕跡,這就是我寫《智慧財產權簡史》的初衷。