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人工智能之父图灵:英年早逝,却不经意开创了一个新时代

作者:IT故事汇

一、个人简介

艾伦·图灵(Alan Turing),英国计算机科学家、数学家、逻辑学家、密码分析学家和理论生物学家,被誉为计算机科学与人工智能之父。1912 年 6 月 23 日出生于英国伦敦,1954 年 6 月 7 日因食用浸过氰化物溶液的苹果而去世。

人工智能之父图灵:英年早逝,却不经意开创了一个新时代

图灵

二、人生经历

1912年生于英国伦敦,1954年(41岁)死于英国曼彻斯特。

1926年(14岁)考入伦敦有名的舍本公学,受到良好的中等教育。

1930年和1931年,两次获得他的一位同学莫科姆的父母设立的自然科学奖,获奖中有一篇论文题为“亚硫酸盐和卤化物在酸性溶液中的反应”,受到政府派来的督学的赞赏,对自然科学的兴趣为他以后的一些研究奠定了基础,他的数学能力使他在念中学时,获得过国王爱德华六世数学金盾奖章。

1931年(19岁)图灵考入剑桥大学的“国王学院”专攻数学,由于成绩优异而获得数学奖学金,在剑桥,他的数学能力得到充分的发展。

1935年(23岁)图灵毕业后留校执教,不到一年工夫,他就发表了几篇很有分量的数学论文。他的第一篇数学论文“左右周期性的等价”发表于《伦敦数学会杂志》上。

同一年,他还写出“论高斯误差函数”一文,这一论文使他由一名大学生直接当选为国王学院的研究员,并于次年荣获英国著名的史密斯数学奖,成为国王学院声名显赫的毕业生之一。

为此,剑桥大学特地宣布放假半天以示庆贺,罗素教授也异常器重图灵,安排图灵讲学授课。

1936年5月(24岁)图灵写出了表述他的最重要的数学成果的论文“论可计算数及其在判定问题中的应用”,该文于1937年在《伦敦数学会文集》第42期上发表后,立即引起广泛的注意。

1936年9月,图灵应邀到美国普林斯顿高级研究院学习,攻读数学博士学位,并与丘奇一同工作。在美国期间,他对群论作了一些研究,他的研究涉及逻辑学、代数和数论等等领域,并撰写了博士论文。

1937年(25岁)图灵发表的另一篇文章“可计算性与λ可定义性”则拓广了丘奇提出的“丘奇论点”,形成“丘奇-图灵论点”,对计算理论的严格化,对计算机科学的形成和发展都具有奠基性的意义。

1938年(26岁)在普林斯顿获博士学位,其论文题目为“以序数为基础的逻辑系统”,1939年正式发表,在数理逻辑研究中产生了深远的影响。

1938年,图灵学成后又回到他的母校剑桥大学国王学院,作为那里的研究员,继续他在逻辑与数论方面的理论研究。

1939年(27岁)第二次世界大战爆发,英国对德宣战,图灵随即应征入伍,正式到“政府编码与密码学院”服役,从事破译二战德军密码的工作,帮助盟军取得了二战的胜利。

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图灵的译码机

1940年-1942年,作为主要参与者和贡献者之一,在破译纳粹德国通讯密码的工作上成就杰出,并成功破译了德军U-潜艇密码,为扭转二战盟军的大西洋战场战局立下汗马功劳。

1942年(30岁)他曾赴美数月,目的是使两国的语音加密系统能够协调兼容,以便在联合对付德军的U-潜艇方面建立两国最高层的情报共享,以及为英国丘吉尔首相和美国罗斯福总统建立秘密安全通话热线。

1943年-1945年(31-33岁)担任英美密码破译部门的总顾问。

1945年二战结束,图灵复员,随后被英国国家物理实验室聘为高级研究员,于是又回到出生地伦敦,专心研究计算机理论。

1945年到1948年(33-36岁)在国家物理实验室负责自动计算引擎(ACE)的工作 。

1946年(34岁)图灵获得“OBE”,即“不列颠帝国勋章”,那是英国皇室给予为国家和人民做出巨大贡献、立下大功的人士的荣誉。

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不列颠帝国勋章

1947年-1948年(35-36岁)主要从事计算机程序理论的研究,并同时在神经网络和人工智能领域做出了开创性的理论研究。

1949年(37岁)成为曼切斯特大学计算机实验室的副主任,负责最早的真正的计算机:“曼切斯特一号”的软件工作。

1949年,成为世界上第一位把计算机实际应用于数学研究的科学家。

1950年(38岁)写文章提出了著名的“图灵测试”。

1950年10月,图灵又发表了另一篇题为“机器能思考吗?”的论文,成为划时代之作,也正是这篇文章,为图灵赢得了“人工智能之父”的桂冠。

1951年(39岁)从事生物的非线性理论研究。图灵被英国皇家学会选为会员,成为他家族中的第四位皇家学会会员。

1952年(40岁)图灵写了一个国际象棋程序,后来美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究群根据图灵理论,在MANIAC上设计出世界上第一个电脑程序的象棋。

1954年6月7日(41岁)由于被迫承受的对同性恋倾向的“治疗”,致使原本热爱体育运动的图灵在身心上受到极大的伤害。图灵被发现死于家中的床上,床头还放着一个被咬了一口的苹果。警方调查后认为是氰化物中毒,调查结论为自杀。

1998年6月23日,伦敦市政府在图灵的出生地,那所故居的迎面墙上镶嵌上一块象征人类智慧与科学的蔚蓝色的铜匾,铸刻着计算机科学创始人的名字和出生年月,纪念这位计算机大师诞辰86周年,数万人参加了纪念仪式。

2004年6月7日,为纪念这位计算机科学与密码学的绝顶天才逝世50周年,来自世界各地的学者、学生数千人不约而同来到曼彻斯特市,聚集在图灵离世前曾经居住的公寓前。

曼彻斯特市政府在这所表面极其普通却因图灵而成为永久的历史性建筑的墙上,隆重镶嵌上一面纪念铜牌,还是蔚蓝色的,上写:1912—1954,计算机科学奠基人与密码学家,战争年代破译“谜”码的功臣阿兰·图灵居于斯,逝于斯。

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图灵故居

三、社会评价

图灵思想活跃,他的创造力也是多方面的。据同事们回忆,他在战时的秘密工作中,曾创造很多种新的统计技术,但都未形成论文发表,后来又重新为他人所创建,由A.瓦尔德重新发现并提出的“序贯分析”就是其中之一。

他对群论也有所研究,在“形态形成的化学基础”一文中,他用相当深奥而独特的数学方法,研究了决定生物的颜色或形态的化学物质(他称之为成形素)在形成平面形态(如奶牛体表的花斑)和立体形态(如放射形虫和叶序的分布方式)中的分布规律性,试图阐释“物理化学规律可以充分解释许多形态形成的事实”这一思想,在生物学界,20世纪80年代才开始探讨这一课题。

图灵还进行了后来被称为“数学胚胎学”的奠基性研究工作。他还试图用数学方法研究人脑的构造问题,例如估算出一个具有给定数目的神经元的大脑中能存贮多少信息的问题等。这些,至今仍然是吸引着众多科学家的新颖课题。

人们认为,图灵是一位科学史上罕见的具有非凡洞察力的奇才:他的独创性成果使他生前就已名扬四海,而他深刻的预见使他死后倍受敬佩。当人们发现后人的一些独立研究成果似乎不过是在证明图灵思想超越时代的程度时,都为他的英年早逝感到由衷的惋惜。

他是计算机逻辑的奠基者,许多人工智能的重要方法也源自于他。他对计算机的重要贡献在于他提出的有限状态自动机也就是图灵机的概念,对于人工智能,他提出了重要的衡量标准“图灵测试”,如果有机器能够通过图灵测试,那它就是一个完全意义上的智能机,和人没有区别了。他杰出的贡献使他成为计算机界的第一人。

苹果公司的标志一度被误认为源于图灵自杀时咬下的半个苹果,但该图案的设计师和苹果公司都否认了这一说法。

四、著名的图灵机

1936年,图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文,题为“论数字计算在决断难题中的应用”。在这篇论文中,图灵给“可计算性”下了一个严格的数学定义,并提出著名的“图灵机”(TuringMachine)的设想。

“图灵机”不是一种具体的机器,而是一种思想模型,可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置,用来计算所有能想象得到的可计算函数。基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程。

图灵机被公认为现代计算机的原型,这台机器可以读入一系列的0和1,这些数字代表了解决某一问题所需要的步骤,按这个步骤走下去,就可以解决某一特定的问题。

这种观念在当时是具有革命性意义的,因为即使在50年代的时候,大部分的计算机还只能解决某一特定问题,不是通用的,而图灵机从理论上却是通用机。

这种观念在当时是具有革命性意义的,因为即使在50年代的时候,大部分的计算机还只能解决某一特定问题,不是通用的,而图灵机从理论上却是通用机。

在图灵看来,这台机器只用保留一些最简单的指令,一个复杂的工作只要把它分解为这几个最简单的操作就可以实现了。在当时他能够具有这样的思想确实是很了不起的。

他相信有一个算法可以解决大部分问题,而困难的部分则是如何确定最简单的指令集,怎么样的指令集才是最少的,而且又能顶用,还有一个难点是如何将复杂问题分解为这些指令的问题。

“图灵机”想象使用一条无限长度的纸带子,带子上划分成许多格子。如果格里画条线,就代表“1”,空白的格子,则代表“0”。想象这个“计算机”还具有读写功能:既可以从带子上读出信息,也可以往带子上写信息。

计算机仅有的运算功能是:每把纸带子向前移动一格,就把“1”变成“0”,或者把“0”变成“1”。“0”和“1”代表着在解决某个特定数学问题中的运算步骤。“图灵机”能够识别运算过程中每一步,并且能够按部就班地执行一系列的运算,直到获得最终答案。

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图灵机模型

“图灵机”是一个虚拟的“计算机”,完全忽略硬件状态,考虑的焦点是逻辑结构。图灵在他那篇著名的文章里,还进一步设计出被人们称为“万能图灵机”的模型,它可以模拟任何一台解决某个特定数学问题的“图灵机”的工作状态。他甚至还想象在带子上存储数据和程序。“万能图灵机”实际上就是现代通用计算机最原始的模型。

美国的阿坦纳索夫在1939年果然研究制造出世界上第一台电子计算机ABC,其中采用了二进位制,电路的断与合分别代表数字0与1,运用电子管和电路执行逻辑运算等。ABC是“图灵机”的第一个硬件实现,看得见,摸得着。而冯·诺依曼不仅在上个世纪40年代研制成功了功能更好、用途更为广泛的电子计算机,并且为计算机设计了编码程序,还实现了用纸带存储与输入。

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