艾倫·圖靈(Alan Mathison Turing)生于1912年6月23日的倫敦,于1954年的6月7日去世。
他是一位英國數(shù)學家和邏輯學家,他對數(shù)學、密碼分析、邏輯、哲學、數(shù)學生物學以及后來命名為計算機科學、認知科學、人工智能和人工生命的新領域做出了重大貢獻。
圖靈于1931年進入劍橋大學學習數(shù)學。1934年畢業(yè)后,為了表彰他在概率論方面的研究,他被選為國王學院(1931年以來他所在的學院)的研究員。
1936年,美國數(shù)學邏輯學家阿朗佐·丘奇(Alonzo Church)推薦發(fā)表了圖靈的開創(chuàng)性論文《論可計算數(shù)及其在判定性問題上的應用》(On Computable Numbers, with a Application to the Entscheidungsproblem [Decision Problem])。丘奇本人剛剛發(fā)表了一篇論文,得出了與圖靈相同的結論,不過方法不同。圖靈的方法對新興的計算機科學有著深遠的意義。
同年晚些時候,圖靈搬到普林斯頓大學,在丘奇的指導下攻讀數(shù)理邏輯博士學位(完成于1938年)。
判定性問題
數(shù)學家們所稱的解決問題的“有效”方法,只不過是一種可以由一個靠死記硬背工作的數(shù)學職員來掌握的方法。在圖靈的時代,被稱為“計算機”的實際上只是一些死記硬背的工人,這些由人類組成的計算機完成了后來由電子計算機完成的一些工作。
丘奇曾寫道:“一位持有鉛筆、紙和一串明確指令的人類計算者,可以被看做是一種圖靈機?!边@是已知的“圖靈機”一詞最早見諸文字的地方。
論文中提到的“判定性問題”尋求一種有效的方法來解決基本數(shù)學問題,即確定在給定的形式數(shù)學系統(tǒng)中哪些數(shù)學命題是可證明的,哪些是不可證明的。確定這一點的方法稱為決策方法。
事實上,圖靈和丘奇的研究表明,即使是一些比算術弱很多的純邏輯系統(tǒng),也沒有有效的決策方法。
丘奇和圖靈的論文還提出了“丘奇-圖靈命題”,即所有可以被人類計算的東西也可以被通用的圖靈機器計算。這一論斷很重要,因為它指出了人類計算的極限。
這個結果粉碎了一些數(shù)學家的希望,他們希望發(fā)現(xiàn)一個正式的系統(tǒng),將整個數(shù)學歸結為(人類)計算機可以實現(xiàn)的方法。
正是在他研究判定性問題的過程中,圖靈發(fā)明了通用圖靈機,這是一種抽象的計算機器,它封裝了數(shù)字計算機的基本邏輯原理。
密碼破譯
二戰(zhàn)時,圖靈在英國通信部工作,他運用他的專業(yè)技能破譯德國密碼。當時德國使用名為Enigma的機器定期將密碼改變,而圖靈和同事們一起使用一臺稱為COLOSSUS的設備破譯德國的密碼,為盟軍提供了大量的軍事情報。
1942年,圖靈還發(fā)明了第一個系統(tǒng)的方法來破解由德國先進的密碼機加密的信息,英國人稱之為“Tunny”。戰(zhàn)爭結束時,圖靈因破譯密碼而被授予大英帝國最高榮譽勛章。
電腦設計師
1945年,圖靈被招募到倫敦的國家物理實驗室(NPL),創(chuàng)建了一臺電子計算機。他設計的自動計算引擎(ACE)是第一個完整規(guī)格的電子存儲程序通用數(shù)字計算機。如果圖靈的ACE按照他的計劃建造,它將擁有比任何早期計算機都大得多的內存,而且速度更快。然而,他在NPL的同事們認為這項工程太難嘗試了,于是制造了一臺小得多的機器,即ACE(1950)的試驗模型。
圖靈對計算機發(fā)展的主要貢獻是設計了一個輸入輸出系統(tǒng),并設計了它的編程系統(tǒng)。他還編寫了第一本編程手冊,他的編程系統(tǒng)被用于第一臺暢銷的電子數(shù)字計算機Ferranti Mark I(1951年)。
人工智能先鋒圖靈是人工智能和現(xiàn)代認知科學的奠基人,他是“人類大腦在很大程度上是一臺數(shù)字計算機器”這一假說的主要早期倡導者。他的理論是,大腦皮層在出生時是一個“無組織的機器”,通過“訓練”,它變成了“一個通用機器”或類似的東西。
1950年,圖靈提出了后來被稱為圖靈測試(Turing test)的測試方法,同年10月,圖靈又發(fā)表了另一篇題為“機器能思考嗎”的論文,成為劃時代之作。也正是這篇文章,為圖靈贏得了“人工智能之父”的桂冠。