历史上的今天:1912年-计算机科学之父、人工智能之父出生

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阿兰·麦席森·图灵

阿兰·麦席森·图灵(Alan Mathison Turing,1912 年 6 月 23 日 -1954 年 6 月 7 日),英国著名的数学家和逻辑学家,被称为计算机科学之父、人工智能之父,是计算机逻辑的奠基者,提出了“图灵机”和“图灵测试”等重要概念。曾协助英国军方破解德国的著名密码系统“谜”(Enigma),帮助盟军取得了二战的胜利。人们为纪念其在计算机领域的卓越贡献而设立“图灵奖”。图灵同时还是著名的男同性恋者之一,但不幸因为其性倾向而遭到当时的英国政府迫害,最终自杀。2013 年 12 月 24 日,英国女王伊丽莎白二世宣布赦免图灵。

人物简介

阿兰·麦席森·图灵
阿兰·麦席森·图灵

英国数学家、逻辑学家,被称为计算机之父,人工智能之父。1931 年图灵进入剑桥大学国王学院,毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位,二战爆发后回到剑桥,后曾协助军方破解德国的著名密码系统 Enigma,帮助盟军取得了二战的胜利。

1912 年生于英国伦敦,1954 年死于英国的曼彻斯特,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,那他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,人们为了纪念这位伟大的科学家将计算机界的最高奖定名为“图灵奖”。

上中学时,他在科学方面的才能就已经显示出来,这种才能仅仅限于非文科的学科上,他的导师希望这位聪明的孩子也能够在历史和文学上有所成就,但是都没有太大的建树。少年图灵感兴趣的是数学等学科。在加拿大他开始了他的职业数学生涯,在大学期间这位学生似乎对前人现成的理论并不感兴趣,什么东西都要自己来一次。大学毕业后,他前往美国普林斯顿大学,也正是在那里,他制造出了以后称之为图灵机的东西。

二战时,图灵在英国通信部工作,他运用他的专业技能破译德国密码,这在当时十分不容易,因为德国人开发出一种用于计算的机器称为 Enigma,它能够定期将密码改变,让破译者根本摸不到头绪。在通信部工作的时候,图灵和同事们一起使用一台称为 COLOSSUS 的设备破译德国的密码,COLOSSUS 干得相当不错,COLOSSUS 虽然是用马达和金属做的,与数字式计算机根本不是一回事,但它是现代计算机重要的一步。二战后,图灵需要找一种放松自己的方法,于是他选择了长跑,他选择的一般都是他擅长的。

阿兰·麦席森·图灵
阿兰·麦席森·图灵

已经有软件可以通过图灵测试的子测试,软件这个人类智慧的机器反映应该可以解决一些人类智力的问题。在完成 ACE 之前,图灵离开了 NPL,它在曼彻斯特大学开发曼彻斯特自动计算机(Manchester Automatic Digital Machine,MADAM)。他相信在 2000 年前一定可以制造出可以模拟人类智力的机器,图灵开始创立算法,并使用 MADAM 继续他的工作。

图灵对生物也十分感兴趣,他希望了解生物的各个器官为什么是这个样子而不是那个样子,他不相信达尔文的进化论,他觉得生物的发展与进化没什么关系。对于生物学,他也用它钟爱的数学进行研究,它的研究对他进行计算机的研究有促进作用。它把生物的变化也看做是一种程序,也就是图灵机的基本概念,按程序进行。最后,这位伟大的计算机先驱于 1954 年 6 月 7 日去世,他终生未娶。

人物经历

年幼时代

阿兰·麦席森·图灵
阿兰·麦席森·图灵

图灵的家族成员里有三位当选过英国皇家学会会员,他的祖父还曾获得剑桥大学数学荣誉学位。可他父亲居里欧的才能十分平常。但他倒能踏实办事,于是被政府派到英属殖民地印度去当一名小公务员。

图灵很小的时候就表现出与众不同的天分,在他三四岁的时候自己学会了阅读,读的第一本书叫做《每个儿童都该知道的自然奇观》。他特别喜欢数字和智力游戏,并为之着迷。图灵自幼充满好奇与想象,母亲回忆说:“他把一个玩具木偶的胳膊、腿掰下来栽到花园里,期待能‘生长’出更多的玩具木偶,那年他 3 岁。”

6 岁正式读书后,校长和老师都注意到这个特殊的小孩。8 岁时,他写了他的第一篇“科学”短文,题目叫《说说显微镜》。

图灵从小喜欢体育运动,尤其酷爱足球。可是在和小朋友们踢足球的时候,他并不热衷于上场,而是更喜欢在场外担任巡边,为的是能有机会观察、估算每次足球飞出边界的角度,他从中获得了极大的乐趣,乐趣就在于能够一眼看出问题的答案。

图灵 16 岁就能弄懂爱因斯坦的相对论,并且运用那深奥的理论,独立推导力学定律。

科研时期

阿兰·麦席森·图灵
阿兰·麦席森·图灵

1931 年,图灵考入剑桥大学国王学院,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,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(Smith)数学奖,成为国王学院声名显赫的毕业生之一。1936 年 5 月,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。1937 年,阿兰·麦席森·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(Church)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,1936 年 9 月,阿兰·麦席森·图灵应邀到美国普林斯顿高级研究院学习,并与丘奇一同工作。在美国期间,他对群论作了一些研究,并撰写了博士论文,1938 年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。

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。1935 年,刚刚毕业,年仅 23 岁的图灵就被剑桥大学国王学院甄选为研究员,成为剑桥大学有史以来最年轻的研究员。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。同年,图灵又因他在“概率论”上的成就,荣获“斯密思奖”。

1936 年他来到美国的普林斯顿大学攻读数学博士学位,他的研究涉及逻辑学、代数和数论等等领域。

人物成就

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”。在这篇开创性的论文中,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”的设想。“图灵机”与“冯·诺伊曼机”齐名,被永远载入计算机的发展史中。

1952 年的论文今天被视为生物数学的奠基之作,这至多可以算的上他短暂科学生涯中第三大的贡献:

第一应该算是他对理论计算机的研究,他是第一个提出利用某种机器实现逻辑代码的执行,以模拟人类的各种计算和逻辑思维过程的科学家。而这一点,成为了后人设计实用计算机的思路来源,成为了当今各种计算机设备的理论基石。今天世界计算机科学领域的最高荣誉就被称为“图灵奖”,相当于计算机科学界的诺贝尔奖;

第二是他领导了英国政府破译二战德军 U - 潜艇密码的工作,为扭转二战盟军的大西洋战场战局立下汗马功劳。图灵在数学,逻辑学,神经网络和人工智能等领域也作出了很多贡献。在新旧世纪交替的 2000 年,美国《时代》杂志评选的二十世纪对人类发展最有影响的一百名人物中,图灵和沃森·克里克都在仅有二十名的“科学家,思想家”栏中榜上有名。

人工智能

1950 年,图灵被录用为泰丁顿 (Teddington) 国家物理研究所的研究人员,开始从事“自动计算机”(ACE)的逻辑设计和具体研制工作。1950 年,他提出关于机器思维的问题,他的论文“计算机和智能(Computing machinery and intelligence),引起了广泛的注意和深远的影响。

图灵试验

1950 年 10 月,图灵又发表了另一篇题为“机器能思考吗”的论文,其中提出了一种用于判定机器是否具有智能的试验方法,即图灵试验。每年都有试验的比赛。

1950 写文章提出了著名的“图灵测试”,测试是让人类考官通过键盘向一个人和一个机器发问,这个考官不知道他问的是人还是机器。如果在经过一定时间的提问以后,这位人类考官不能确定谁是人谁是机器,那这个机器就有智力了。

图灵在对人工智能的研究中,提出了一个叫做图灵试验的实验,尝试定出一个决定机器是否有感觉的标准。

图灵试验由计算机、被测试的人和主持试验人组成。计算机和被测试的人分别在两个不同的房间里。测试过程由主持人提问,由计算机和被测试的人分别做出回答。观测者能通过电传打字机与机器和人联系(避免要求机器模拟人外貌和声音)。被测人在回答问题时尽可能表明他是一个“真正的”人,而计算机也将尽可能逼真的模仿人的思维方式和思维过程。如果试验主持人听取他们各自的答案后,分辨不清哪个是人回答的,哪个是机器回答的,则可以认为该计算机具有了智能。这个试验可能会得到大部分人的认可,但是却不能使所有的哲学家感到满意。

图灵试验虽然形象描绘了计算机智能和人类智能的模拟关系,但是图灵试验还是片面性的试验。通过试验的机器当然可以认为具有智能,但是没有通过试验的机器因为对人类了解的不充分而不能模拟人类仍然可以认为具有智能。

图灵试验还有几个值得推敲的地方,比如试验主持人提出问题的标准,在试验中没有明确给出;被测人本身所具有的智力水平,图灵试验也疏忽了;而且图灵试验仅强调试验结果,而没有反映智能所具有的思维过程。所以,图灵试验还是不能完全解决机器智能的问题。

其实,要求电脑这样接近地模仿人类,以使得不能和一个人区分开实在是太过分了。一些专家认为,我们不该以电脑能否思维为目标,而是以能多大程度地模仿人类思维为目标;然后,让设计者再朝着这个目标努力。

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零和一,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。在图灵看来,这台机器只用保留一些最简单的指令,一个复杂的工作只用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。

“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,它可以模拟其他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的最原始的模型。

美国的阿坦纳索夫在 1939 年果然研究制造了世界上的第一台电子计算机 ABC,其中采用了二进位制,电路的开与合分别代表数字 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,还实现了运用纸带存储与输入。

图灵奖

图灵奖(A.M. Turing Award,又译“杜林奖”),由美国计算机协会(ACM)于 1966 年设立,又叫“A.M. 图灵奖”,被喻为计算机界的诺贝尔奖。它是以英国数学天才 Alan Turing 先生的名字命名的,Alan Turing 先生对早期计算的理论和实践做出了突出的贡献。图灵奖主要授予在计算机技术领域做出突出贡献的个人,而这些贡献必须对计算机业有长远而重要的影响。奖金 10 万美元,由 Intel 公司赞助。

人物影响

二战爆发后不久,英国对德国宣战,图灵随即入伍,在英国战时情报中心“政府编码与密码学院”服役。图灵带领 200 多位密码专家,研制出名为“邦比”的密码破译机,后又研制出效率更高、功能更强大的密码破译机“巨人”,将“政府编码与密码学院”每月破译的情报数量从 39000 条提升到 84000 条。图灵和同事破译的情报,在盟军诺曼底登陆等重大军事行动中发挥了重要作用,图灵因此在 1946 年获得“不列颠帝国勋章”。

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(Wald)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。

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。

2012 年是阿兰图灵的 100 周年诞辰,被定为“阿兰·图灵年”。

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正文完
 
不知道
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