圖靈——如迷的解謎者

2012年6月29日，是英國數學家艾倫·圖靈100周年誕辰。

他24歲發明圖靈機模型，奠定了現代計算機的理論基

礎，被譽為計算機科學之父。二戰期間，圖靈秘密地作為英國情報界的核心人物，破譯了德軍的謎機密碼，扭轉了整個大西洋戰局。戰後，圖靈提出了“機器能思考嗎”的哲學思辨，先驅性地開創了人工智能的先河。但不幸的是，圖靈因為同志身份，遭到迫害，以緻被化學閹割。1954年，圖靈中毒身亡，一代科學大師隕落，年僅42歲。我們談談通用機器、破譯謎機、人工智能和毒殺之謎四個問題，緬懷這位為人類做出巨大貢獻的天才人物。

通用機器

1900年，希爾伯特對數學界提出了23個未解問題。其中第二個問題，包括了事關整個數學基礎的三個小問題：數學是完備的嗎？數學是相容的嗎？數學是可判定的嗎？很快，年輕的捷克數學家哥德爾，就證明了前兩個問題的答案為“否”，而第三個問題仍然懸而未決。這個問題是說，是否存在一個通用的、機械的方法，能夠判定所有數學命題的真假？

1935年初夏，年輕的圖靈習慣在午後沿着康河長跑，然後躺在格蘭徹斯特的草地上休息，他就在這裡，想到了如何回答這個問題。首先，他設計了一種假想的機器。這種機器有一條無限長的紙帶，和一個可以沿紙帶移動的讀寫頭。紙帶劃分成無數個格子，每個格子可以是空白的，或是記錄一個符号。讀寫頭可以讀取目前格子上的符号，也可以向目前格子寫入符号。而最關鍵的是，根據目前格子上的符号，機器可以自動地切換到不同的狀态，而每個狀态都對應着不同的一系列操作。這樣的機器結構，就是後來的有限狀态自動機。

圖靈證明，任何機械過程，都可以通過一張狀态行為表，表示為圖靈機的一個程式。也就是說，圖靈機可以實作所有的機械過程，如果所有的數學命題都可以由機械過程進行判定，那麼也就是說，所有的數學命題都可以由圖靈機來判定。那麼如果存在一個圖靈機無法判定的問題，就說明不存在這樣的通用的判定方法，也就回答了希爾伯特的問題。

圖靈非常巧妙地找到了這樣的問題：圖靈機無法判定一個程式是否會終止。1936年，圖靈發表了經典的數學論文《論可計算數及其在判定問題上的應用》，證否了數學的可判定性，并在這篇論文的一個腳注中，詳細地描述了圖靈機。圖靈機隻是一個用來研究數學的輔助模型，并不是一台真正的機器，然而在三年之後，一個事件使圖靈機真正地來到了世界。這個事件成就了圖靈，卻帶來了數百萬生靈塗炭。

破譯謎機

這個事件，就是第二次世界大戰。1939年9月4日，圖靈前往布萊切利莊園報到。這個坐落在山谷中的靜谧的莊園，此時還有一個特殊的名稱：政府編碼與密碼學校。在整個第二次世界大戰過程中，這裡是英國的情報核心，負責截獲軸心國的軍事通信，并破譯出軍事情報。圖靈作為劍橋大學的年輕數學家，是第一批被征召到這裡的專家之一。

德國的官方通信，全面部署了一種名為“謎機（Enigma）”的密碼裝置。這種裝置有三個輪盤，每個輪盤可以對26個字母進行一次映射，也就是說，每個字母都會被3次映射加密三次。更厲害的是，每輸入一個字母，輪盤就會自動地轉動一格，也就是說，在一條資訊中，每一個字元都是用不同的密鑰進行加密的。這就導緻當時一般的破譯方法根本不可能破譯這種加密，德國方面是以對軍事通信抱以極大的信心。事實上，直到德國投降時，德國都不知道，他們号稱“絕不可能”的事情，早在1940年，就被一位年輕的數學家做到了。

圖靈在布萊切利，利用他天才般的數學頭腦，破譯了看似不可能的謎機。詳細的過程非常複雜，篇幅所限，我們無法在這篇文章中叙述。對此感興趣的讀者，可以查閱湖南科技出版社出版的《艾倫·圖靈傳》一書。圖靈作為一個對政治最不感興趣的學者，從事數學研究正是為了逃避現實社會的政治，但造化弄人，他卻偏偏因為數學研究，被卷入了世界政治旋渦的正中心。然而，圖靈卻在這個本不屬于他的位置上，發揮了巨大的作用。在圖靈破譯了謎機之後，德軍潛艇每天的行動計劃盡為盟軍所知。1940年4月，英國海運物資的損失量是70萬噸，到了這一年12月，德國的潛艇行動量是4月的兩倍，但英國的損失卻降到10萬噸。作為一個島國，海上運輸是英國賴以為生的根本，如果沒有圖靈，二戰的局勢将會完全不同，世界的曆史也将有可能被改寫。

人工智能

二戰結束後，圖靈又先驅性地開創了一個全新的研究領域——人工智能。其實早在二戰前，年輕的圖靈就開始思考，到底什麼是“思考”，機器是否能夠思考。他不是一個堅定的有神論者，但也不是一個堅定的決定論者，他的思想當中存在許多類似的沖突，這些沖突反而使他更為客觀地看待智能問題。

1950年10月，他發表了一篇題為《計算機器與智能》的論文，這篇文章集中地提出了人工智能這個概念，開創了人工智能這個帶有科幻色彩的新學科。也正是在這篇文章中，圖靈提出了後來被稱為“圖靈測試”的實驗方法，以此回避與智能有關的哲學困境。在圖靈看來，如果一台機器的行為，讓人類無法辨識它是機器還是人類，那麼就可以認為，這台機器具有了人類智能。這種隻關心外在行為，不關心内在機制的觀點，後來形成了一個學派，被稱為“行為主義人工智能”，圖靈本人自然成了這個學派的代表人物。他認為，即使是人，也無法真正地判斷其他人是否具有“思維”，他隻能将其與自己進行比較，是以，人類沒有任何理由不以同樣的原則來對待機器。盡管圖靈胸有成竹，但曼徹斯特計算機的性能，遠遠不夠把他的想法變成現實，事實上，當時世界上任何一台計算機都不可能做到。圖靈面臨的問題，是深遠的洞察力與當時技術水準的嚴重脫節，但幸運的是，這篇論文在被埋沒之前，已把最原始的強烈願望，傳達給了整個世界。尤其是圖靈的行為主義原則，在現在的人工智能技術中，已占據了絕對的主流。計算機這門科學，很大程度上展現了幾位關鍵人物的個性。圖靈在戰争期間，是作為一個隐秘的情報破譯者，沒有人知道他藏在哪裡，也沒有人知道他是如何工作的，人們隻關心他破譯出來的結果。他就是當時的英國的“大腦”，他也認為“大腦”本該是這個樣子，人工的“大腦”也應該是這個樣子——與外界的互動僅僅依靠字元就足夠，而且外界不必了解其内部機制。可以說，他的個人經曆，對這個學科産生了極為深遠的影響。但在當時，可以想見的是，這樣超越時代的想法，會遇到巨大的阻力。圖靈的“人工智能”，遭到了來自科學、工程、哲學、社會、宗教等各個方面的猛烈攻擊，但圖靈躊躇滿志地說：我相信，在50年之後，一定會實作這樣的智能機器，可以用自然語言與人類聊天，而且讓人類在短時間内無法發現它是機器。機器能思考嗎，這個問題，會自然地失去意義，根本不值得再讨論。

毒殺之謎

就在他準備施展拳腳時，災難卻突然降臨。圖靈不但在學術上非常前衛，在生活中也有一個超越時代的秘密：他是個同志者。1952年，圖靈的住處失竊，在報案過程中，他與男伴同居的事實被告發。圖靈被逮捕了。在法庭上，圖靈堅決聲稱同志無罪，結果可以想見，他被判有罪。他隻有兩條路，要麼入獄，要麼化學閹割，他選擇了後者。1954年6月8日清晨，女管家發現圖靈的心跳停止了，床頭放着一隻咬了一口的蘋果，上面沾有圖靈親手提煉的高純度氰化物。他究竟為何而死，是意外，是自殺，還是隐藏着更大的陰謀？這就不得而知了。有人認為，閹割給圖靈帶來了不堪忍受的屈辱，進而導緻他選擇輕生。但還有證據表明，圖靈提煉氰化鉀，是為給一塊手表鍍金，那麼是否有可能是在提煉過程中，不慎沾到了蘋果上而不小心誤食？圖靈在逝世的前兩天，還預約了下個星期的計算機使用權，并且編好了程式準備做實驗，這完全不像是自殺之前的行為。但如果說不是自殺，他又為什麼在逝世前留下了遺書？這位如謎的解謎大師，最終給世人留下了一個永遠解不開的謎。