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人工智能之父圖靈:英年早逝,卻不經意開創了一個新時代

作者:IT故事彙

一、個人簡介

艾倫·圖靈(Alan Turing),英國計算機科學家、數學家、邏輯學家、密碼分析學家和理論生物學家,被譽為計算機科學與人工智能之父。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。

人工智能之父圖靈:英年早逝,卻不經意開創了一個新時代

圖靈

二、人生經曆

1912年生于英國倫敦,1954年(41歲)死于英國曼徹斯特。

1926年(14歲)考入倫敦有名的舍本公學,受到良好的中等教育。

1930年和1931年,兩次獲得他的一位同學莫科姆的父母設立的自然科學獎,獲獎中有一篇論文題為“亞硫酸鹽和鹵化物在酸性溶液中的反應”,受到政府派來的督學的贊賞,對自然科學的興趣為他以後的一些研究奠定了基礎,他的數學能力使他在念中學時,獲得過國王愛德華六世數學金盾獎章。

1931年(19歲)圖靈考入劍橋大學的“國王學院”專攻數學,由于成績優異而獲得數學獎學金,在劍橋,他的數學能力得到充分的發展。

1935年(23歲)圖靈畢業後留校執教,不到一年工夫,他就發表了幾篇很有分量的數學論文。他的第一篇數學論文“左右周期性的等價”發表于《倫敦數學會雜志》上。

同一年,他還寫出“論高斯誤差函數”一文,這一論文使他由一名大學生直接當選為國王學院的研究員,并于次年榮獲英國著名的史密斯數學獎,成為國王學院聲名顯赫的畢業生之一。

為此,劍橋大學特地宣布放假半天以示慶賀,羅素教授也異常器重圖靈,安排圖靈講學授課。

1936年5月(24歲)圖靈寫出了表述他的最重要的數學成果的論文“論可計算數及其在判定問題中的應用”,該文于1937年在《倫敦數學會文集》第42期上發表後,立即引起廣泛的注意。

1936年9月,圖靈應邀到美國普林斯頓進階研究院學習,攻讀數學博士學位,并與丘奇一同工作。在美國期間,他對群論作了一些研究,他的研究涉及邏輯學、代數和數論等等領域,并撰寫了博士論文。

1937年(25歲)圖靈發表的另一篇文章“可計算性與λ可定義性”則拓廣了丘奇提出的“丘奇論點”,形成“丘奇-圖靈論點”,對計算理論的嚴格化,對計算機科學的形成和發展都具有奠基性的意義。

1938年(26歲)在普林斯頓獲博士學位,其論文題目為“以序數為基礎的邏輯系統”,1939年正式發表,在數理邏輯研究中産生了深遠的影響。

1938年,圖靈學成後又回到他的母校劍橋大學國王學院,作為那裡的研究員,繼續他在邏輯與數論方面的理論研究。

1939年(27歲)第二次世界大戰爆發,英國對德宣戰,圖靈随即應征入伍,正式到“政府編碼與密碼學院”服役,從事破譯二戰德軍密碼的工作,幫助盟軍取得了二戰的勝利。

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圖靈的譯碼機

1940年-1942年,作為主要參與者和貢獻者之一,在破譯納粹德國通訊密碼的工作上成就傑出,并成功破譯了德軍U-潛艇密碼,為扭轉二戰盟軍的大西洋戰場戰局立下汗馬功勞。

1942年(30歲)他曾赴美數月,目的是使兩國的語音加密系統能夠協調相容,以便在聯合對付德軍的U-潛艇方面建立兩國最高層的情報共享,以及為英國丘吉爾首相和美國羅斯福總統建立秘密安全通話熱線。

1943年-1945年(31-33歲)擔任英美密碼破譯部門的總顧問。

1945年二戰結束,圖靈複員,随後被英國國家實體實驗室聘為進階研究員,于是又回到出生地倫敦,專心研究計算機理論。

1945年到1948年(33-36歲)在國家實體實驗室負責自動計算引擎(ACE)的工作 。

1946年(34歲)圖靈獲得“OBE”,即“不列颠帝國勳章”,那是英國皇室給予為國家和人民做出巨大貢獻、立下大功的人士的榮譽。

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不列颠帝國勳章

1947年-1948年(35-36歲)主要從事計算機程式理論的研究,并同時在神經網絡和人工智能領域做出了開創性的理論研究。

1949年(37歲)成為曼切斯特大學計算機實驗室的副主任,負責最早的真正的計算機:“曼切斯特一号”的軟體工作。

1949年,成為世界上第一位把計算機實際應用于數學研究的科學家。

1950年(38歲)寫文章提出了著名的“圖靈測試”。

1950年10月,圖靈又發表了另一篇題為“機器能思考嗎?”的論文,成為劃時代之作,也正是這篇文章,為圖靈赢得了“人工智能之父”的桂冠。

1951年(39歲)從事生物的非線性理論研究。圖靈被英國皇家學會選為會員,成為他家族中的第四位皇家學會會員。

1952年(40歲)圖靈寫了一個國際象棋程式,後來美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究群根據圖靈理論,在MANIAC上設計出世界上第一個電腦程式的象棋。

1954年6月7日(41歲)由于被迫承受的對同志傾向的“治療”,緻使原本熱愛體育運動的圖靈在身心上受到極大的傷害。圖靈被發現死于家中的床上,床頭還放着一個被咬了一口的蘋果。警方調查後認為是氰化物中毒,調查結論為自殺。

1998年6月23日,倫敦市政府在圖靈的出生地,那所故居的迎面牆上鑲嵌上一塊象征人類智慧與科學的蔚藍色的銅匾,鑄刻着計算機科學創始人的名字和出生年月,紀念這位計算機大師誕辰86周年,數萬人參加了紀念儀式。

2004年6月7日,為紀念這位計算機科學與密碼學的絕頂天才逝世50周年,來自世界各地的學者、學生數千人不約而同來到曼徹斯特市,聚集在圖靈離世前曾經居住的較高價的電梯大廈前。

曼徹斯特市政府在這所表面極其普通卻因圖靈而成為永久的曆史性建築的牆上,隆重鑲嵌上一面紀念銅牌,還是蔚藍色的,上寫:1912—1954,計算機科學創始者與密碼學家,戰争年代破譯“謎”碼的功臣阿蘭·圖靈居于斯,逝于斯。

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圖靈故居

三、社會評價

圖靈思想活躍,他的創造力也是多方面的。據同僚們回憶,他在戰時的秘密工作中,曾創造很多種新的統計技術,但都未形成論文發表,後來又重新為他人所建立,由A.瓦爾德重新發現并提出的“序貫分析”就是其中之一。

他對群論也有所研究,在“形态形成的化學基礎”一文中,他用相當深奧而獨特的數學方法,研究了決定生物的顔色或形态的化學物質(他稱之為成形素)在形成平面形态(如奶牛體表的花斑)和立體形态(如放射形蟲和葉序的分布方式)中的分布規律性,試圖闡釋“實體化學規律可以充分解釋許多形态形成的事實”這一思想,在生物學界,20世紀80年代才開始探讨這一課題。

圖靈還進行了後來被稱為“數學胚胎學”的奠基性研究工作。他還試圖用數學方法研究人腦的構造問題,例如估算出一個具有給定數目的神經元的大腦中能存貯多少資訊的問題等。這些,至今仍然是吸引着衆多科學家的新穎課題。

人們認為,圖靈是一位科學史上罕見的具有非凡洞察力的奇才:他的獨創性成果使他生前就已名揚四海,而他深刻的預見使他死後倍受敬佩。當人們發現後人的一些獨立研究成果似乎不過是在證明圖靈思想超越時代的程度時,都為他的英年早逝感到由衷的惋惜。

他是計算機邏輯的奠基者,許多人工智能的重要方法也源自于他。他對計算機的重要貢獻在于他提出的有限狀态自動機也就是圖靈機的概念,對于人工智能,他提出了重要的衡量标準“圖靈測試”,如果有機器能夠通過圖靈測試,那它就是一個完全意義上的智能機,和人沒有差別了。他傑出的貢獻使他成為計算機界的第一人。

蘋果公司的标志一度被誤認為源于圖靈自殺時咬下的半個蘋果,但該圖案的設計師和蘋果公司都否認了這一說法。

四、著名的圖靈機

1936年,圖靈向倫敦權威的數學雜志投了一篇論文,題為“論數字計算在決斷難題中的應用”。在這篇論文中,圖靈給“可計算性”下了一個嚴格的數學定義,并提出著名的“圖靈機”(TuringMachine)的設想。

“圖靈機”不是一種具體的機器,而是一種思想模型,可制造一種十分簡單但運算能力極強的計算裝置,用來計算所有能想象得到的可計算函數。基本思想是用機器來模拟人們用紙筆進行數學運算的過程。

圖靈機被公認為現代計算機的原型,這台機器可以讀入一系列的0和1,這些數字代表了解決某一問題所需要的步驟,按這個步驟走下去,就可以解決某一特定的問題。

這種觀念在當時是具有革命性意義的,因為即使在50年代的時候,大部分的計算機還隻能解決某一特定問題,不是通用的,而圖靈機從理論上卻是通用機。

這種觀念在當時是具有革命性意義的,因為即使在50年代的時候,大部分的計算機還隻能解決某一特定問題,不是通用的,而圖靈機從理論上卻是通用機。

在圖靈看來,這台機器隻用保留一些最簡單的指令,一個複雜的工作隻要把它分解為這幾個最簡單的操作就可以實作了。在當時他能夠具有這樣的思想确實是很了不起的。

他相信有一個算法可以解決大部分問題,而困難的部分則是如何确定最簡單的指令集,怎麼樣的指令集才是最少的,而且又能頂用,還有一個難點是如何将複雜問題分解為這些指令的問題。

“圖靈機”想象使用一條無限長度的紙帶子,帶子上劃分成許多格子。如果格裡畫條線,就代表“1”,空白的格子,則代表“0”。想象這個“計算機”還具有讀寫功能:既可以從帶子上讀出資訊,也可以往帶子上寫資訊。

計算機僅有的運算功能是:每把紙帶子向前移動一格,就把“1”變成“0”,或者把“0”變成“1”。“0”和“1”代表着在解決某個特定數學問題中的運算步驟。“圖靈機”能夠識别運算過程中每一步,并且能夠按部就班地執行一系列的運算,直到獲得最終答案。

人工智能之父圖靈:英年早逝,卻不經意開創了一個新時代

圖靈機模型

“圖靈機”是一個虛拟的“計算機”,完全忽略硬體狀态,考慮的焦點是邏輯結構。圖靈在他那篇著名的文章裡,還進一步設計出被人們稱為“萬能圖靈機”的模型,它可以模拟任何一台解決某個特定數學問題的“圖靈機”的工作狀态。他甚至還想象在帶子上存儲資料和程式。“萬能圖靈機”實際上就是現代通用計算機最原始的模型。

美國的阿坦納索夫在1939年果然研究制造出世界上第一台電子計算機ABC,其中采用了二進位制,電路的斷與合分别代表數字0與1,運用電子管和電路執行邏輯運算等。ABC是“圖靈機”的第一個硬體實作,看得見,摸得着。而馮·諾依曼不僅在上個世紀40年代研制成功了功能更好、用途更為廣泛的電子計算機,并且為計算機設計了編碼程式,還實作了用紙帶存儲與輸入。

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