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艾倫·圖靈:被誤解的天才如何改變了世界?
2024-08-14 中國電信博物館
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談到人工智能,人們始終無法繞過一個名字——艾倫·麥席森·圖靈(Alan Mathison Turing,1912年6月23日-1954年6月7日)。

他是英國著名的數(shù)學家和邏輯學家,被譽為“現(xiàn)代計算機科學之父”和“人工智能之父”。

他的創(chuàng)造力是豐富多彩的:24歲提出圖靈機理論;31歲參與COLOSSUS的研制;33歲設想仿真系統(tǒng);35歲提出自動程序設計概念;38歲設計“圖靈測驗”……而他在二戰(zhàn)期間協(xié)助軍方破解德國著名密碼系統(tǒng)“Enigma”,也標志著英國現(xiàn)代計算機的起步。

艾倫·圖靈不僅推動了計算機科學的發(fā)展,其思想和創(chuàng)新更是深刻改變了這個世界。

“我們應當記住,每一個敲鍵盤、使用電子表格或文字處理軟件的人,都工作在一臺‘圖靈機’上?!?這是1999年美國《時代》周刊“20世紀最重要的100人”一文作者的評價。

八十多年前,圖靈發(fā)表了劃時代論文《論可計算數(shù)》,并提出了“圖靈機”概念,為現(xiàn)代計算機的設計奠定了理論基礎。除此之外,他還大膽設想機器能夠模擬人類思維,來進行復雜的邏輯運算與智能對話,這一前瞻性的思想如今正逐步變?yōu)楝F(xiàn)實。

圖靈的人生也并非總是陽光明媚:他因同性戀傾向而遭到英國政府迫害,被當時社會所譴責遺棄,職業(yè)生涯盡毀。1954年6月7日,圖靈用一個浸過氰化物的毒蘋果結束了自己的生命。而他臨終時床邊那咬過的半個蘋果,成了繼砸在牛頓頭上的蘋果之后,科學界最為人稱道的一個。至今仍有很多人相信,蘋果公司的logo是對這位人工智能領域先知的致敬。

圖靈的一生是探索與創(chuàng)新的交響曲,也是勇氣與悲劇交織的傳奇。他的驚世才華和盛年夭折,也為他涂上了謎一樣的傳奇色彩。

天才少年 數(shù)學與邏輯的萌芽

1912年,圖靈出生于英國倫敦帕丁頓的一個富裕家庭。父親早年就讀于牛津大學歷史系,后在印度公務署為英國效力。母親曾就讀于巴黎大學文理學院。

雖然母親希望圖靈可以走經典教育的道路,但他卻對數(shù)學和科學情有獨鐘,并顯示出在解決復雜問題和邏輯推理方面卓越的數(shù)學才能。15歲時,他就已經能夠讀懂愛因斯坦的相對論,獨立解出了反正切函數(shù)的無窮級數(shù)。這也讓他獲得了英國國王喬治六世設立的數(shù)學獎學金。

現(xiàn)代計算機原型 圖靈機初現(xiàn)

1931年,圖靈成功考入劍橋大學國王學院,他的數(shù)學天賦也在這里得到了充分的展示和發(fā)展。1934年,他以優(yōu)異成績獲得學士學位,并開始從事更深入的研究。期間,他用一種更簡單的方法,重新論證了波蘭著名數(shù)學家謝爾賓斯基證明過的一條定理,并因此在1935年3月被選為了國王學院院士。此后,他深入研究數(shù)學和邏輯學,逐漸形成了自己獨特的見解。

之后,圖靈前往美國普林斯頓大學,跟隨著名數(shù)學家阿隆佐·丘奇學習。1936年,他發(fā)表了具有劃時代意義的論文——《論可計算數(shù)及其在判定問題上的應用》(On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem),并定義了一種機械裝置,后被其導師稱為“圖靈機”。

“圖靈機”的本質是一個抽象的數(shù)學機器模型:通過將人們使用紙筆進行數(shù)學運算的過程抽象化,并由一個虛擬的機器替代人類進行數(shù)學運算,來模擬任何計算過程。這種“利用某種機器實現(xiàn)邏輯代碼的執(zhí)行,以模擬人類的各種計算和邏輯思維過程”的觀點,也成為后來設計實用計算機的思路來源,是當今各種計算機設備的理論基石。

戰(zhàn)時英雄 密碼破譯拯救上千萬人

讓世人真正記住他的名字,是源于圖靈在二戰(zhàn)中卓越的“解密”貢獻。1939年,正值第二次世界大戰(zhàn)英國與德國交戰(zhàn),作為遠離歐洲大陸的一個“孤島”,戰(zhàn)時的英國十分依賴海上物資運輸。而德軍潛艇部隊的阻截攻擊,讓英軍不得不在縮緊物資分配的同時,積極謀劃反擊:破解德軍潛艇部隊的通信密碼。

當時德軍使用一種叫做“謎”(Enigma/恩尼格瑪)的密碼機對情報進行加密和解密,這個如打字機一般大小的密碼機能組合出一千五百萬萬億種秘鑰。假設十個人去檢驗每一種可能,即使不眠不休最少也需要兩千萬年的時間才能破譯!毫無疑問,成功破解恩尼格瑪密碼機的概率就像彩票中大獎一樣微乎其微,而這個彩票的“獎金”,恰恰就是英國在這場戰(zhàn)爭中幸免于難的機會。生死攸關之際,一道密令將圖靈和各行業(yè)專家集結到英國布萊切利莊園,共同破解“恩格瑪機”。

在這里,圖靈被稱為“教授”,沒人知道他的真名。他率領著大約200多名精干人員進行密碼分析,其中甚至還包括象棋冠軍亞歷山大。

破解過程中,圖靈提出了一個大膽的構想:所有人的計算和推理能力疊加到一起,也遠比不上一臺機器,必須用機械對抗機械!于是,圖靈憑借其卓越的才能,設計并制造了一臺龐大的機器——炸彈機(Bombe),其計算能力約等于36臺德軍“恩格瑪機”。通過日夜不停地運算,“炸彈機”找出了“恩格瑪機”千萬種英文字母組合背后的秘密。隨后,德軍的進攻或撤退命令、部隊士氣情況、偵察報告等關鍵情報均被一一破譯。

然而好景不長,德國海軍將領鄧尼茨又發(fā)明出“狼群戰(zhàn)術”——通過信息優(yōu)勢,迅速集結盡可能多的潛艇,來摧毀盟軍艦船。德軍進一步縮短了通信時間差,這使得“炸彈機”逐漸力不從心。關鍵時刻,盟軍捕獲了“恩格瑪機”及密碼本,圖靈借此為突破,加緊升級技術,研發(fā)出一種“巨人機”,其強大算力使盟軍每月能破譯8400條重要情報。這一成就不僅扭轉了海上情報戰(zhàn)的局勢,更在庫爾斯克坦克大決戰(zhàn)、諾曼底登陸等重大戰(zhàn)役中發(fā)揮了決定性作用,確保了盟軍的勝利。

有歷史學家評估,圖靈等人的成就極大縮短了戰(zhàn)爭的持續(xù)時間,拯救了至少約1400萬人的生命。“二戰(zhàn)”結束時,圖靈因在戰(zhàn)爭期間的杰出貢獻,被秘密授予不列顛帝國勛章。

圖靈測試 機器能思考嗎?

在與“恩尼格瑪機”的斗爭中,圖靈逐漸形成了如何建造一臺實用的通用計算機的思路。于是他在戰(zhàn)后繼續(xù)發(fā)展解碼思想,并將目光投向了更廣闊的領域——人工智能,開始嘗試制成真正“能計算的機器”。

1945年,圖靈第一次深入設計了具有現(xiàn)代意義的電子計算機——ACE(自動計算引擎)。在其設計思想指導下,1950年制成了ACE樣機,1958年制成了大型ACE機,成為當時世界上最快、最強勁的電子計算機之一。

▲ 圖靈的原始論文截圖

其實早在1948年,圖靈就完成了一篇題為《智能機器》(Intelligent Machinery)的論文,描繪了人工智能中聯(lián)結主義的大部分內容。包括具有學習能力的遺傳算法和神經網絡(他稱之為 “無組織機器”),甚至強化學習的思想。這篇具有遠見卓識的論文是關于人工智能的第一個宣言,但遺憾的是圖靈從未發(fā)表它。

1950年,圖靈發(fā)表論文《計算機與智能》(Computing Machinery and Intelligence)。文章中,他首次詳細闡述了計算機代替人腦運算的原理,這也是圖靈引導人類向人工智能領域邁出的第一步。同時,他將論文中的“機器能思考嗎”的問題轉換為一種模仿游戲(imitation game)的思想實驗——后被稱為“圖靈測試”。

在實驗中,一個孤立房間里的人向另一個房間里的男人和女人提問,以書面形式收到答案,然后試圖判斷兩者的性別。圖靈提出,如果其中一個回答問題的人被一臺類似人類的機器答案取代,以至于處在孤立房間的人無法判斷其真假,那么這臺機器是“智能的”。即機器通過模仿人類的回答來欺騙測試者,使其無法區(qū)分機器與真人。這一測試方法至今仍被廣泛用于評估人工智能系統(tǒng)的性能。

圖靈始終認為,人工智能時代終會到來,機器也可以像人類一樣思考和計算。他甚至還寫過一個能下國際象棋的程序“Turochamp”,用于推算棋局中的下一走法,這比后來IBM的“深藍”早了40多年,只不過受限于當時算力,沒有一臺計算機能夠支持這個程序的運行。因此,圖靈不得不采用手動計算的方式來模擬程序的運行,每一步都需要花費半小時來計算。盡管Turochamp并未能在實際運行中取得勝利,但它卻為后來的研究者們提供了寶貴的經驗和啟示,推動了人工智能技術的不斷發(fā)展。

命運之殤 偏見深淵中的掙扎與隕落

1952年1月,圖靈報警稱其位于威姆斯洛的家被盜。查案過程中,警方發(fā)現(xiàn)圖靈曾數(shù)次招待一個名叫阿諾德·莫瑞的無業(yè)青年去家中留宿,而盜賊正是阿諾德的朋友。審訊過程中,圖靈坦白了自己與阿諾德之間的情人關系,這令警方深感震驚(當時英國的同性戀是非法的)。隨后法庭判處他違反1885年“刑法修正案”第11條“嚴重猥褻罪”。此罪針對男性之間的身體接觸,刑期兩年,圖靈最后在入獄和化學閹割之間選擇了后者。

這一事件對圖靈身心造成了極大的摧殘,使他陷入了深深的絕望之中。1954年6月7日夜里,42歲的圖靈被發(fā)現(xiàn)死于家中,床頭放著一顆被咬了一口、涂有氰化物的蘋果。他的離去沒有暗示,沒有預兆,也沒有解釋,一代天才就此隕落。

1966年,為了紀念圖靈對計算機科學的巨大貢獻,美國計算機協(xié)會設立一年一度的圖靈獎,以表彰在計算機科學中做出突出貢獻的人,該獎項也被譽為“計算機界的諾貝爾獎 ”。

1999年,他被《時代》雜志評選為20世紀100個最重要的人物之一。

2013年,英國議會通過圖靈赦免法案,女王伊麗莎白二世簽署了這項法案,赦免了圖靈“嚴重猥褻”的罪名。2015年上映的英國電影《模仿游戲》,正是改編自安德魯·霍奇斯的傳記《艾倫·圖靈傳》。至此,圖靈的故事才逐漸為人所知。

2021 年,英格蘭銀行為這位偉大的數(shù)學家在新的五十英鎊紙幣上添加了他的頭像,以表彰這位偉大的數(shù)學家。

這位被歷史虧欠的天才,其貢獻遠遠超越時代,不僅深刻揭示了計算這一抽象概念的內在本質,更為實際應用鋪設了堅實的理論基石。他不僅是計算機科學新紀元的開創(chuàng)者,更是引領我們步入人工智能璀璨時代的燈塔。在可以預見的未來,人類將不斷探索著智能的極限,讓曾經遙不可及的夢想逐步成為現(xiàn)實。在信息科學的發(fā)展史上,艾倫·圖靈的名字也將永遠被銘記。

參考資料:

1. 清華大學圖書館:《人物志 | 人工智能之父:紀念艾倫·麥席森·圖靈誕辰106周年》;

2. 《科技日報》:《圖靈:詩意的解謎者》;

3. 《三聯(lián)生活周刊》2015年第10期封面故事:《紀念圖靈:時代的叛逆者,作者:徐菁菁;

4. 新智元:《圖靈71年前就已提出神經網絡!《智能機器》再掀熱議,卻一生未發(fā)表》;來源:Reddit、alanturing.net;

5. 國家地理中文網:《70年前他就成功預測了人工智能,卻遭化學閹割》,撰文:ERIN BLAKEMORE,譯者:Arvin,編輯:Arvin。

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