名人X档案之艾伦·图灵｜纪念图灵诞辰 110 周年

2022 年 6 月 23 日 学术头条

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艾伦·图灵

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。

图灵的一生，始终将科学置于一切之上，对数学、密码分析、逻辑学、哲学和数学生物学，以及计算机科学、人工智能和认知科学都做出了重要贡献。

1950 年，图灵发表了一篇划时代的论文——《计算机器与智能》（Computing Machinery and Intelligence），在论文中提出了“机器会思考吗？”的疑问，并预言了创造出具有真正智能的机器的可能性。图灵相信，计算机最终将可以进行与人类没有区别的思考，并提出了图灵测试来评估机器是否具有智能。如今，这一论文被广泛认为是人工智能研究的基础。

同时，图灵在密码学方面也颇有造诣。在第二次世界大战期间，图灵设计了一些加速破译德国密码的技术，包括改进波兰战前研制的机器 Bombe，成功破译了密码系统 Enigma。

此外，图灵还是一位世界级的长跑运动员，他的马拉松最好成绩是 2 小时 46 分 03 秒（手动计时），只比 1948 年伦敦奥运会男子马拉松冠军 Delfo Cabrera 慢了 11 分钟。

值此图灵诞辰 110 周年之际，学术头条谨以此文纪念这位伟大的、命运坎坷的科学家。

110 年的“今天”，1912 年 6 月 23 日，图灵在一个普通的公务员家庭出生了。

当时，可能连图灵的父母都不会想到，他们的孩子会在几十年后为人类科学做出一个又一个的伟大工作。

图灵的一生是闪耀的。

他提出的图灵机模型，为现代计算机的逻辑工作方式奠定了基础。

他在第二次世界大战期间，成功破译了德国的密码系统 Enigma。

他仅仅在大学毕业一年后，就当选为剑桥大学国王学院的研究员。

他被《自然》杂志称赞是“有史以来最具科学思想的人物之一”......

图灵的一生也是不幸的。

他因同性恋倾向而遭到当时的英国政府迫害，职业生涯尽毁。

他因食用浸过氰化物溶液的苹果而离奇死亡......

16 岁的图灵

Alan Mathison Turing

sixteen

/ 通用图灵机发明者 /

图灵从小就表现出了过人的才华，对数字和智力游戏十分着迷，之后便一发不可收。

1931 年，图灵进入剑桥大学学习数学。1934 年以优异成绩毕业后，图灵他在概率论方面的贡献，被选为剑桥大学国王学院的研究员。

在数学家看来，解决问题的“有效”方法，其实就是仅需要一个人类数学文员（mathematical clerk）死记硬背就能搞定的方法。在图灵生活的那个年代，那些死记硬背的工人实际上被称为“人类计算机”，他们完成了一些后来由电子计算机完成的工作。

决策问题（The Entscheidungsproblem）寻求一种有效的方法来解决基本数学问题，即判断哪些数学命题在给定的形式数学系统中是可证明的，哪些是不可证明的。判断这一点的方法被称为决策方法。

1936 年，图灵的开创性论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》

（On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem）

被美国数理逻辑学家阿隆佐·邱奇（Alonzo Church）推荐发表。

在论文中，图灵提出了著名的“图灵机”的设想，将逻辑中的任意命题用一种通用的机器来表示和计算，并能按照一定的规则推导出结论，其推断结果通俗来讲则是：图灵机能计算的函数就是可计算的函数，反之则是不可计算的函数。

邱奇是图灵之后的博士导师，尽管他早于图灵得出了相同的结论，但图灵的论证更易于理解和直观，通用（图灵）机的概念也更新颖。图灵的方法对新兴的计算科学有着深远的意义。

1937-1938 年，图灵在普林斯顿大学度过了大部分时间，在邱奇的指导下获取了博士学位。图灵的论文介绍了超计算的概念，在图灵机加上了预言机，让研究图灵机无法解的问题变得可能。

/ 密码破译者 /

从普林斯顿大学毕业后，图灵回到了伦敦大学国王学院，随后加入了英国政府通信总部。

而在此几周之前，波兰政府向英国和法国提供了波兰破解德国军方用于加密无线电通信的主要密码机 Enigma 的细节。

1930 年代的图灵

早在 1932 年，一个由 Marian Rejewski 领导的波兰数学家密码分析小组就成功地推导出了 Enigma 的内部连接。

1938 年，Rejewski 团队设计出了一种名为 Bomba 的密码破译机。Bomba 的成功依赖于德国的操作程序，但 1940 年 5 月，德国更改了原有操作程序，Bomba 便失去了作用。

于是，在 1939年秋天到 1940 年春天期间，由图灵领导的一个小组便重新设计了一个相关的、但非常不同的密码破译机，并将其命名为 Bombe。

在第二次世界大战期间，Bombe 为同盟国提供了大量的军事情报。到 1942 年初，布莱切利园（英国政府进行密码破译工作的主要地方）的密码分析人员每月破译的截获信息达到了 3.9 万条，这一数字在之后更是上升到了 8.4 万。

密码机 Enigma

密码破译机器

Bombe

1942 年，图灵还提出了第一个系统性方法，来破解由更精密的德国密码机（英国人称之为“Tunny”）加密的信息。

图灵也因在密码破译工作中做出的巨大贡献而被授予大英帝国勋章。

/ 计算机设计者 /

1945 年，图灵被招募到伦敦的国家物理实验室（NPL），任务是制造一台电子计算机。他的自动计算引擎（ACE）设计是电子存储程序通用数字计算机的第一个完整规范。如果完全按照图灵的计划制造，ACE 将拥有比其他早期计算机多得多的内存，速度也会更快。但是，图灵的同事们认为这个工程太难了，便制造了一个小得多的机器，即 Pilot Model ACE。

导致的结果就是，NPL 在“建造世界上第一台可工作的电子存储程序数字计算机”的竞赛中失利了，这一荣誉被曼彻斯特大学计算机实验室摘得。

图灵对 NPL 的拖延感到沮丧，同年便加入了曼彻斯特大学计算机实验室，担任实验室副主任，负责最早的真正的计算机——曼彻斯特一号的软件工作。

图灵早期提出的通用图灵机的理论概念，从一开始就对曼彻斯特计算机项目产生了根本性的影响。图灵来到曼彻斯特大学后，对计算机发展的主要贡献是利用布莱切利园的技术设计了一个输入输出系统，并设计了对应的编程系统——后来被用在第一台商用电子数字计算机 Ferranti Mark I 中。当然，图灵还配套编写了第一本编程手册。

位于布莱切利园的图灵石像

1952 年，图灵编写了一个国际象棋程序。但当时还没有一台计算机有足够的运算能力去执行这个程序。于是，图灵就模仿计算机，每走一步要用半小时，他与一位同事下了一盘，结果是：这个程序输了。

后来，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究组根据图灵的理论，在 ENIAC 上设计出了世界上第一个电脑程序的国际象棋——洛斯阿拉莫斯国际象棋。

/ 人工智能开拓者 /

图灵的一生，始终将科学置于一切之上，对新技术十分感兴趣。

在人工智能领域，图灵是人工智能和现代认知科学的奠基人，是“人类大脑在很大程度上可以被看作为一台数字计算机”这一假设的早期倡导者。

在图灵看来，早期的大脑皮层只是一个“无组织的机器”，但会通过后天的训练变得更“有组织”，进而演变成一个通用机器或类似的东西。

图灵希望计算机也能通过训练变得越来越智能，于是便花费了很多时间来研究算法、复杂的计算机系统和人工智能的发展，以及其他科学家向智能机器提出的问题。

1950 年，图灵发表了一篇划时代的论文——《计算机器与智能》（Computing Machinery and Intelligence），在论文中提出了“机器会思考吗？”的疑问，并预言了创造出具有真正智能的机器的可能性。

为了更好地验证计算机是否可以像人一样说出自然语言，且与人类之间的差异无法被发现，图灵提出了著名的图灵测试，即如果一台机器能够与人类展开对话而不被辨别出其机器身份，这台机器就具有智能。

有意思的是，当时的图灵认为，计算机有望在 2000 年左右通过图灵测试。但遗憾的是，这一预测并没有应验。

1951 年代的图灵

/ 不幸者 /

1951 年 3 月，图灵荣膺为伦敦皇家学会的会员，这是一项很高的荣誉，但他的生活也自此变得非常艰难。

1952 年，图灵的同性伴侣协同一名同谋一起闯进图灵的房子行窃，但是英国警方的调查结果使得他被控以“明显的猥亵和性颠倒行为”罪（同性恋在当时的英国是一种罪行）。

在公审过后，图灵面临两个选择：坐牢，或者接受女性荷尔蒙注射“疗法”（即化学阉割）。图灵选择了长达一年的雌激素注射。雌激素注射产生的副作用，使得原本热爱体育运动的图灵在身心上受到极大的伤害。

也因此，图灵再也不能为英国政府通信总部工作了。

。

从 1951 年直到去世，图灵便一直做人工生命（artificial life）方向的研究。1952 年，图灵发表了《形态发生的化学基础》一书，描述了他在生物体形态和模式发展方面的研究，并使用计算机模拟了他所假设的动物和植物解剖结构生成的化学机制。

在这项开创性的工作中，图灵因食用浸过氰化物溶液的苹果而死亡。当时很多人认为他是有意吃了苹果，并断定他是自杀。

但是，图灵的意外死亡，通常会被联想到他在被指控为同性恋后接受的激素“治疗”，尽管他是在停止注射激素一年多后去世的。但从验尸报告来看，没有任何证据表明图灵有意自杀，也没有证据表明图灵存在精神问题。

不管怎样，这个世界确实损失了一位可能改变世界的人。

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2009 年 9 月，一份超过 3 万人的请愿签名，迫使英国首相戈登·布朗（Gordon Brown）代表英国政府公开为图灵受到的“完全不公平”（utterly unfair）的对待而道歉。

4 年后，英国女王伊丽莎白二世赦免了图灵。

这就是图灵，伟大而不幸的人生。

参考资料：

https://www.britannica.com/biography/Alan-Turing
https://en.wikipedia.org/wiki/Alan_Turing