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电脑科学理论之父——图灵
2022-08-22 11:59 940 0 1

图灵(Alan Mathison Turing, 1912~1954)

图灵(Alan Mathison Turing,或译涂林)是开创理论电脑科学的英国数学家,他在二次大战时破解了德国U型潜艇的谜码(Enigma code),确保盟军对大西洋的控制。然而,图灵的愿景远远超出他在战时的研究。1930年代,他率先定义通用机器(universal machine)的概念,奠定了计算机革命的基础,并在1945年设计出电子计算机的原型。图灵的真正目标是对心智的科学理解,呈现在著名的机器智慧「图灵测试」(Turing test)。


图灵相信可以发明一种机器,有能力计算任何可计算的序列。他在1936年提出的通用机器概念,后人称之为「图灵机」。这个概念能够计算任何可计算的事物,如今一般视为现代计算机的雏型,引导出实用计算机的制造。何以在24岁就有如此惊天动地的想法?图灵谦虚说:「有时,正是那些没有人能想像到的人,做到了没有人能想像到的事。」(Sometimes it is the people no one can imagine anything of who do the things no one can imagine.)他也很自豪说:「那些能想像任何事的人,可以创造不可能的事。」(Those who can imagine anything, can create the impossible.)


他曾在英国布莱切利庄园的战时工作站研究,在密码分析领域取得了五项重大进展,包括用于破译德国谜码的机电设备。他写了两篇关于密码破译数学方法的论文,成为密码学和英国政府通信总部的重要资产。二次大战后不久,图灵因其研究工作而荣获大英帝国勋章。


图灵在1940年代中期移居伦敦,任职于英国国家物理实验室。任职期间最引人注目的贡献之一,是领导了自动计算机(automatic computing engine)Pilot ACE的设计,为商业化程式计算机建立了开创性的蓝图。虽然ACE的完整型式未能实现,但其概念广受世界各地的科技公司采用。图灵在1950年发表一篇重要论文〈计算机与智慧〉(Computing Machine and Intelligence),其中首次谈论到人工智能(AI),并提出图灵测试,为电脑科学领域创建智慧设计的标竿。


图灵测试指的是,如果一台计算机能够欺骗人类,相信它是人类,那么它就应该称为智能计算机。(A computer would deserve to be called intelligent if it could deceive a human into believing that it was human.)这项测试明显影响了AI相关的争论。图灵说,以下三段论述在日后恐怕会有一些人误用:


图灵相信机器会思考。

(Turing believes machines think.)


图灵会对人说谎。

(Turing lies with men.)


因此机器不会思考。

(Therefore machines do not think.)


图灵认为,如果人们期望一台机器万无一失、不会出错,那么这台机器不可能具有智慧。(If a machine is expected to be infallible, it cannot also be intelligent.)而19世纪知名女性数学家洛夫莱斯(Ada Lovelace)指出,机器只能做我们告诉它能做的事。换言之,一个人可以把一个想法「注入」机器,它会做出反应,然后就停止,就像钢琴弦被鎚子击中一样。但图灵由另一个角度来做比喻,假设人们把一个想法注入机器,如同中子从外部注入原子堆。机器之所以只能做我们告诉它能做的事,是因为它是一个小于临界值的原子堆,因此每个注入的中子会引起一定的扰动,最终扰动停止。然而,一旦原子堆的大小变得足够大,中子所引起的这种扰动会引起连锁反应,直到整个原子堆发生爆炸。


就人类思维而言,似乎也有连锁反应这种现象。换言之,人类思维可能如同原子堆般处于「次临界」(sub-critical)或「超临界」(supercritical)状态。向「次临界」的人脑提出一个想法,他在回答中只产生一个想法。向「超临界」的人脑提出一个想法,他会产生一个完整的「理论」,这理论是由连锁反应的次级、第三级和更后续的想法所组成。如果图灵的比喻成立,我们会问:一台机器可以制造成超临界的AI吗?聪明如图灵者皆知,AI的出现是显而易见的未来。他说:「我们只能看到前方的短距离,但可以看到那里有很多需要做的事。」(We can only see a short distance ahead, but we can see plenty there that needs to be done.)而图灵的「短距离」已是人类的大跃进。


图灵预测:「在20世纪末,文字的使用和一般接受教育的观点将发生巨大变化。届时,人们将能够谈论机器思维,而不会被视为异端。」今日的AI广受认同,完全应验图灵所说的话。图灵认为,孤立的人不会发展出任何智慧。一个人必须在一生中的前20年,沉浸在其他人传授经验的环境中,学习并吸收他们的技术,然后自己有机会做一些研究,进而发现些许创见,再把这些发现传承给其他人。从这个角度来看,新技术的探索必须经由整个人类社会来进行,而不是由个人独力完成。即使是爱因斯坦,也要到26岁才爆发出成果。依此逻辑,一旦机器思维方法启动,就能快速学习,很快就会超过人类微弱的力量??机器将能够相互交谈,逐渐增长智慧。因此,到达某个阶段,机器将能够控制整个社会运作。


1952年1月英国警察闯入图灵家,抓到他与19岁的默里(Arnold Murray)发生性关系。他遭指控严重猥亵罪。被捕后,图灵被迫接受激素治疗,进行了一年注射合成雌激素的化学去势。由于他被定罪,因此禁止他继续从事政府单位的密码学工作。图灵于1954年6月7日因为氰化物中毒去世,裁定为自杀。2009年葛兰姆康明(John Graham-Cumming)发起请愿,要求英国政府承认当年对同性恋者的不当迫害。这一请愿致使英国首相布朗(Gordon Brown)代表英国政府发表声明,向图灵道歉。


然而,许多人无法接受这位天才自杀的事实。2012年6月哲学教授科普兰(Jack Copeland)认为图灵的死亡可能是一场意外,因为在他死前最后几天的日记中,并没有任何内容显示有自杀倾向,他的房子有氰化物,主要用于在家中进行的化学实验。2013年,英国女王伊莉莎白二世在图灵自杀近60年后,罕见对他进行皇家赦免。2017年,英国政府宣布了「图灵法」,追授赦免数千名因同性恋行为被定罪的男性。


1999年,《时代》杂志把图灵选为20世纪100位最重要的人物之一,并评论:「事实证明,每个敲击键盘、打开电子表格,或以程式处理文字的过程,都相当于图灵机的运作。」在2002年英国广播公司(BBC)「100位最伟大的英国人」民意调查中,图灵排名第21位。总而言之,图灵因自身对电脑科学的影响而受到认可,一般认为他是该领域的创始人。图灵86岁冥诞时,传记作家霍奇斯(Andrew Hodges)在图灵童年的家中揭开了一块英国官方纪念的蓝色牌匾。图灵的青铜雕像于2004年10月28日在萨里大学揭幕,以纪念他去世50周年。2007年6月,一尊真人大小的图灵雕像在布莱切利庄园揭幕(见最本文首图)。此外,《普林斯顿大学校友周刊》评选图灵为该校历史上第二重要的校友。2019年7月,英格兰银行把图灵及其作品图片印制在50英镑钞票上,是从公众提名的近1000位候选名单(包括理论物理学家霍金和洛夫莱斯)中票选出来。


更早于1966年,电脑科学界就已推崇图灵的贡献,将之视为诺贝尔。成立于1947年的计算机协会(ACM)创立了年度颁发的图灵奖,表彰对电脑科学领域做出贡献的科学家。图灵奖则视为电脑科学领域的诺贝尔奖。

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