阿兰·图灵(Alan Mathison Turing,1912 - 1954)

作者在 2009-03-22 08:58:42 发布以下内容

 

 

阿兰·图灵(Alan Mathison Turing,1912 - 1954)这个名字无论是在计算机领域、数学领域、人工智能领域还是哲学、逻辑学等领域,都可谓“掷地有声”。图灵是计算机逻辑的奠基者,许多人工智能的重要方法也源自这位伟大的科学家。他在24岁时提出了图灵机理论,31岁参与了Colossus(二战时,英国破解德国通讯密码的计算机)的研制,33岁时构思了仿真系统,35岁提出自动程序设计概念,38岁设计了“图灵测试”,在后来还创造了一门新学科—非线性力学。虽然图灵去世时只有42岁,但在其短暂而离奇的生涯中的那些科技成就,已让后人享用不尽。人们仰望着这位伟大的英国科学家,把“计算机之父”、“人工智能之父”、“破译之父”等等头衔都加冕在了他身上,甚至认为,他在技术上的贡献及对未来世界的影响几乎可与牛顿、爱因斯坦等巨人比肩。

  1912年,图灵出生在伦敦一个缺少亲情的家庭里。少年图灵的性格迥异,他内向、腼腆、胆小、软弱并患有轻度口吃,不被人接受,更不擅与人打交道。他小时候学业平平,除了一些简单的化学实验和数学题外,并无太多闪光之处。图灵的人生转机出现在他19岁进入英国剑桥皇家学院学习时,从那时起,他对数字的兴趣便一发不可收拾。在剑桥的图灵就已经是一个妇孺皆知的怪才。他的自行车链条经常在半路上掉落,要是换了别人,早就拿到车铺去修理了,而他居然在脚踏板旁装了一个小巧的机械计数器,到圈数时就停,然后歇口气换换脑子,再重新运动起来。

  1936年,图灵在一篇名为《可计算数学》的论文中首次提出了有关计算机的理论,其中 最重要的三点为后世带来了极其深远的影响:计算机的抽象定义、“通用计算机(Universal Machine)”的设想,以及“存在任何计算机都无法解决的问题”的想法。之后,“图灵机”(Turing Machine)便诞生了。

  当时的图灵机还只能计算有限的实数,但它的符号记录方法为以后的计算机发展奠定了基础理论,基于此,人类首次产生了符号处理的概念,并开始把研究重点转向了“可改变的编码程序”上,这就是今天软件的前身。图灵论文中的“用有限的指令和有限的存储空间可算尽一切可算之物”理论让当时所有的科学家震惊,他也因此赢得了科学界的“史密斯奖”,美国《国防软件工程杂志》也将他评为百年来影响软件发展的十位大师之一。然而,这对他来说还只是个开始。

  1939年第二次世界大战爆发,正在为英国国家密码机构工作的图灵和其他科学家一起着手研究如何破解敌人的密码,他果然不负众望,成功破译了德国军方使用的着名通信密码系统“Enigma”(谜)。于是第一台电子图灵机被设计制造出来,做出重大贡献的图灵获得了政府颁发的OBE奖。

  二战后,图灵被英国国家物理实验室邀请参加计算机的设计工作。1950年,图灵的一篇里程碑式的论文《机器能思考吗?》又为人类带来了一个新学科—人工智能。为了证明机器是否能够思考,他又发明了“图灵测试”(Turing Test),图灵测试在今天仍被沿用。他指出,最好的人工智能研究应该着眼于为机器编制程序,而不是制造机器。而他在论文中预测的计算机发展过程中将会出现的一些问题,至今仍未被解决。

  尽管才华横溢的图灵在许多领域都有着不凡的成就,但因其在计算机和人工智能方面的突出贡献,人们还是喜欢称他为“人工智能之父”或“计算机之父”。同样有着“计算机之父”称号的冯·诺依曼的助手弗兰克尔在一封信中写到:“……计算机的基本概念属于图灵。按照我的看法,冯·诺依曼的基本作用是使世界认识了由图灵引入的计算机基本概念……”

  为了纪念,图灵的事迹已被拍成影视剧,写成小说、诗歌等,以他名字命名的“图灵奖”也已成为计算机界的诺贝尔奖。牛津大学着名数学家安德鲁·哈吉斯在为图灵写的一部脍炙人口的传记《谜一样的图灵》(Alan Turing: The Enigma)中这样描述到:“图灵似乎是上天派来的一个使者,匆匆而来,匆匆而去,为人间留下了智慧,留下了深邃的思想,后人必须为之思索几十年、上百年甚至永远。”

 

图灵是个天才。他16岁时开始研究爱因斯坦的相对论。1931年他进入剑桥大学,开始研
究量子力学、概率论和逻辑学
。这一逻辑学不是哲学史上的逻辑学,而是由剑桥大学的怀特海和罗素创立的数理逻辑。罗素和怀特海坚信所有的数学成果都可以用逻辑推导出来。“悖论”是由于人类语言的先天不精密造成的,而逻辑本身是天衣无缝的。德国大数学家大卫·希尔特在此基础上,于1928年系统提出著名的“希尔伯特纲领”,认为《数学原理》所定义的系统既是一致的,也是完备的,换言之,任何系统的完备和一致性,可以由系统本身得到证明。1931年,“希尔伯特纲领”被奥地利逻辑学家库尔特·哥德尔捅出一个大窟隆,他认为没有一种公理系统可以导出数论中所有的真实命题,除非这种系统本身就有悖论。这就是著名的“哥德尔定理”。它不仅推翻“希尔伯特纲领”,还直逼《数学原理》,说它本身就是不一致的一下子,整个逻辑和数学领空中阴云四布。
  正是在这种背景下,图灵在数理逻辑大本营的剑桥大学提出一个设想:能否有这样一台
机器,通过某种一般的机械步骤,能在原则上一个接一个地解决所有的数学问题。
1936年图灵发表一篇著名的论文《论数字计算在判决难题中的应用》。他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置,用它来计算所有能想象得到的可计算函数。它由一个控制器和一根假设两端无界的工作带组成。工作带起着存储器的作用,它被划分为大小相同的方格,每一格上可书写一个给定字母表上的符号。控制器可以在带上左右移动,控制带有一个读写头,读写头可以读出控制器访问的格子上的符号,也能改写和抹去这一符号。这一装置只是一种理想的计算模型,或者说是一种理想中的计算机。这就是计算机史上与“冯·诺依曼机器”齐名的“图灵机”。“图灵机”不是一种具体的机器,而是一种思想模型。它由三部分组成:一条带子,一读写头和一个控制装置,能计算出任何给定的计算,也能执行任何可能的任务。图灵的这一思想实际上奠定了现代计算机的基础。计算机事实上就是用相应的程序来完成任何设定好的任务。同年,图灵赴美,在普林斯顿高等研究院进修,遇见了冯?诺依曼,后者对他的论文非常赞赏。冯-诺依曼后来一再强调,他的“存储程序”的思想主要来自图灵。正如飞机的真正成功得力于空气动力学一样,计算机由模拟计算向数字计算的飞跃中,图灵的理论起了至关重要的作用。
  二战爆发后,英国军事情报部门对纳粹德国的“谜”一筹莫展。“谜”(Enigma)是一
种密码电报机,由德国人在一战和二战之间研制成功。“谜”能把日常语言变为代码,通过无线电或电话线路秘密传送。它是一个木箱子,配有一台打字机,箱上有26个闪烁不停的小灯泡,与打字机键盘的26个字母相对应。“谜”的设计无懈可击,有一套极精密的解码设置,非一般的电报密码所能比拟,因此有“谜”的称号。这时图灵是英国外交部通信部门的战时公务员,主要负责解码。他果然不负众望,成功破译了“谜”。而德国人还蒙在鼓里,以为他们的“谜”能一直“谜”下去,照用不误,泄漏了大量的核心机密,在战事上屡屡遭挫。接着图灵又主持英国第一代电子计算机的研制,其中一台在1944年“诺曼底登陆”前投入使用。战后,图灵被授予帝国勋章。至于图灵如何破译“谜”的,由于英国严格的政府保密法令,一直没有公之于世。所以图灵破译“谜”也成为一个“谜”。

纪念计算机科学之父--阿兰-图灵(Alan Turing)去世五十周年

 

  2004年6月7日,是英国数学家、被称为计算机科学之父的阿兰-图灵,Alan Turing)去世五十周年的日子。1954年的6月7日,42岁的图灵过早离开了人世。图灵的过早去世,至少对当年的世界计算机科学领域来说,是一个难以估量的巨大损失。
  计算机科学发展到半个世纪后的今天,当这门科学已经如此广泛深刻的影响到全世界的文明进步和绝大部分人的工作与生活的时候,人们理应衷心的感谢象图灵这样做出开创性贡献的人正是归功于图灵、冯-诺伊曼等人的才智和辛勤工作,让人们更早的享受到了电脑技术的神奇和效率。可以这么说,最近半个世纪以来,世界计算机科学界的重大进步,离不开图灵等人的理论奠基作用和多方面的开创性研究成果。图灵是当之无愧的计算机科学和人工智能之父。
  学习计算机科学的大学生都应该知道,在计算机基础理论中有著名的“图灵机”和“图灵测试”。这些理论简洁的概括了图灵伟大贡献的一部分: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。当今计算机科学中再常用不过的程序语言、代码存储和编译等基本概念,就是来自图灵的原始构思。
  了解世界计算机科学发展进程的人也应该知道,美国计算机学会(ACM)的年度“图灵奖”,自从1966年设立以来,一直是世界计算机科学领域的最高荣誉,相当于计算机科学界的诺贝尔奖。图灵奖已经被先后授予给了47位计算机科学界的杰出人物,其中包括关系数据库理论的开创者Edgar Codd程序语言和算法理论的知名科学家DijkstraUNIX操作系统的开创者Dennis Ritchie面向对象程序设计理论的奠基人以及苹果个人电脑基于鼠标的GUI界面(也就是WINDOWS图形界面的最原始来源)的首创者Alan KayFortran语言的设计者John BackusIBM-RISC体系结构的创立者John Cocke等大名鼎鼎的计算机科学家。这个以图灵的名字命名的大奖,代表着几十年来世界计算机科学的重大进步和创新,代表着计算机科学和相关技术产业的一次次质的飞跃,同时,也代表着计算机科学界对图灵的崇高敬意。
  图灵的诞辰和去世纪念日,都在六月份。然而,从某种意义上来说,他的去世纪念日更显得特别。图灵的诞辰,只是象其他无数普通人那样,来到这个世界上。而图灵的过早离世,却是当年愚昧落后的社会观念导致的。对同性恋者的无知和偏见,正是杀害图灵的幕后凶手。如今的英国以及世界上其它很多地方,已经从半个多世纪前的落后观念和政策中改变,走向了尊重、平等和反对歧视的现代社会。今天,人们在纪念图灵的同时,除了敬仰和感佩图灵为计算机科学做出的杰出贡献之外,更应该懂得尊重和珍视每一个不同的人。正是每一个各自不同的善良的人,在以不同的方式让我们的世界更加美好。假如图灵能够快乐的多活在世上十年、二十年或者更久,凭着他的才华智慧和探索精神,说不定,我们当今世界的计算机科学以及所有被直接或间接影响到的方方面面,都会更加向前推进。

     

     当然,这终归只能是假如。

 

      歧视和偏见,只会阻碍社会的文明进步,尊重和包容,才能带来社会的繁荣美好,这方面的思考,正是我们纪念图灵去世五十周年的意义所在。
  作为个人,图灵是一个同性恋者。不论你在个人观念上是理解或不理解同性爱,有一点是无法否认的:图灵是一个有深邃思想和敏锐智慧的人,图灵是一个勤奋工作和勇于探索的人,图灵是一个广受世人尊敬的人,图灵为我们的社会做出了不可磨灭的贡献。我们应该对所有为人类做出伟大贡献的人表达敬意,包括其中的同性恋者和异性恋者,包括阿兰-图林。
  阿兰-图灵(Alan Turing,也被译作阿兰-图林)生平简介(部分资料参考自Andrew
Hodges所著的图灵传记“Alan Turing: the Enigma”):
  1912年6月23日,出生于英国伦敦。
  1931年-1934年,在英国剑桥大学国王学院(King's College)学习。
  1932年-1935年,主要研究量子力学、概率论和逻辑学。
  1935年,年仅23岁的图灵,被选为剑桥大学国王学院院士。
  1936年,主要研究可计算理论,并提出“图灵机”的构想。
  1936年-1938年,主要在美国普林斯顿大学做博士研究,涉及逻辑学、代数和数论等领域。
  1938年-1939年,返回剑桥从事研究工作,并应邀加入英国政府破译二战德军密码的工作。
  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。
  1943年-1945年,担任英美密码破译部门的总顾问。
  1945年,应邀在英国国家物理实验室从事计算机理论研究工作。
  1946年,这个时候,图灵在计算机和程序设计原始理论上的构思和成果,已经确定了他的理论
开创者的地位。由于图灵的杰出贡献,年轻的他被英国皇室授予OBE爵士勋衔。
  1947年-1948年,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开创
性的理论研究。
  1948年,应邀加入英国曼彻斯特大学从事研究工作,担任曼彻斯特大学计算实验室副主任。
  1949年,成为世界上第一位把计算机实际用于数学研究的科学家。
  1950年,发表论文“计算机器与智能”,为后来的人工智能科学提供了开创性的构思。提出著名的
“图灵测试”理论。
  1951年,从事生物的非线性理论研究。年仅39岁的图林,被选为英国皇家学会会员。
  1952年,在当年保守愚昧和冷战的时代,当警察得知图灵与同性朋友密切交往的消息之后,同
性恋倾向的图灵被逮捕入狱。在法庭审判过程中,图灵明确告知人们,他认为自己没有做错什么事
。在那个观念落后的年代,为了避免被判刑入狱,图灵被迫选择了为期一年的雌性激素注射的所谓“
治疗”,才得以重新返回研究工作。
  1953年-1954年,继续在生物和物理学等方面的研究。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。
  1954年6月7日,图灵被发现死于家中的床上。死因是氰化物中毒,警方调查结论是自杀。一代英灵,就此过早离去,成为人类科学史上的一大遗憾。
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  《美丽心灵》的作者SylviaNasar对本书如此评价说:“这是我读过的最精妙的科学传记之一:富有权威性,一流的研究水平,深刻的同情心和美丽的叙述。”当然,与所有传记作家一样,哈吉斯也承认:“他(图灵)内在的密码永远难以破解”,图灵永远是个谜。

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