以一己之力將二戰時間縮短兩年的數學家——圖靈

改編一句話,“牛逼的人都是相似的,平庸的人各有各的平庸。”

圖靈的履歷讓我們覺得天才二字簡直就是為他量身定製。

艾倫·麥席森·圖靈,1912年6月23日出生在英國倫敦,是英國曆史偉大的數學邏輯學家,密碼學家,人工智能專家。也是公認的現代計算機和人工智能之父。

以一己之力將二戰時間縮短兩年的數學家——圖靈

艾倫·麥席森·圖靈

圖靈也像大部分的數學天才一樣,從小就開始表現出與眾不同的數學直覺。1926年,圖靈考上英國的捨本公學,這是一所很有名的中學,圖靈在這裡將把自己對於自然科學的愛好變得更加廣泛,也確定了圖靈以後對於數學事業的基調。1931年,圖靈進入劍橋大學國王學院,在劍橋大學濃郁的學術氛圍下,圖靈一步步強化自己的科學武裝,將自己對於數學的全部熱情激發出來,在這裡,圖靈做出了第一個成果。1935年,圖靈發表了“左右殆週期性的等價”和“論高斯誤差函數”,這兩篇極具分量的論文使圖靈成為國王學院叱吒風雲的人物,他也成為了劍橋大學國王學院最有名的畢業生之一。

圖靈科研生涯裡最著名的成果,莫過於判定性問題的研究了。這個理論的發展,對於後來的計算機科學提供了強有力的理論支持。1936年5月,圖靈發表了“論數字計算在決斷難題中的應用”,這篇論文被後世尊為人工智能領域的開山之作。這裡開始嘗試用機器去代替人類思考的方式,並且提供了一系列可以實現的方法。用數學上的邏輯符號和現實世界中人們的思考方式相連接,也將算法的重要性越來越凸顯在各種各樣的判定性的問題上。這篇論文最吸引人的地方是,圖靈假想了一種機器,現在我們稱之為圖靈機。

以一己之力將二戰時間縮短兩年的數學家——圖靈

圖靈機構想

本質上它跟我們現在的計算機沒有區別,圖靈的想法是將遇到的各類問題分門別類,找出特定的算法來執行某個計算函數,這個計算函數最終的解也就是我們要得到的答案。然而在那個年代裡,什麼是計算?任何問題都是有算法可進行判定的嗎?諸如此類,都沒有明確的定義。人們不得不在模糊中摸索前進。圖靈在“應用”中從另一個角度定義了計算的本質。他深刻分析了人們在解決問題的過程中,計算或者思考的步驟,把計算作為解決任何問題最基礎的,最確定的動作,那麼就可以使用比較簡單的法則來描述這些機器上運行的計算動作,最終的推導結果就是,算法可計算函數就是這種自動機能計算的函數。

雖然那個時代計算機尚未成型,圖靈的很多假想其實都只能存在於理論上,並沒有任何一臺機器能夠將最最簡單的程序運行下來並得出結果。但是圖靈機卻包含了現代計算機所有的組成,圖靈機內部有不同的狀態,可以記錄當前運算的狀態,圖靈假想的是在無限長的紙帶上打孔,通過對孔不同的位置的記錄,人們就可以瞭解到運行到什麼程度。這些內部的狀態,其實也就是現代計算機執行的指令,或者可以說是程序。圖靈機通過對外部紙帶上的孔進行分析,也就是接受指令,並且根據指令來改變自身內部狀態查找程序表,然後再輸出到外部的紙帶打孔機上。以同樣的紙帶來作為自己計算結果的呈現。其實很明顯,紙帶在這裡充當了輸入輸出設備。內部狀態記錄的空間相當於現在的內存,存儲各種計算指令,並且可以記錄中間處理數據。

現實裡的圖靈機最終還是被製造出來了,不過這臺機器並沒有發揮實際作用,但是他清晰地將計算機的雛形呈現出來,也是自動機器的開始。

說起圖靈開創的人工智能領域,就不得不提著名的圖靈測試,事實上,圖靈測試對於現在已經如火如荼的AI行業來說,仍然具有很大的操作性。我們也時刻幻象著人們可以造出來一臺這樣的機器,可以完全代替我們去思考去執行事件。

圖靈測試,簡單來說,就是在封閉空間裡讓主持人同時對一個人工參賽者和一位機器人類提問題,機器人類可以動用內部指令和學習能力來回答這個問題,但是要儘量地貼近人類的思考方式和表達習慣,並最終讓主持人無法分辨哪方是人類,哪方是機器。如果主持人無法判斷,那麼就可以斷定機器已經具有人類思維。

以一己之力將二戰時間縮短兩年的數學家——圖靈

圖靈測試

事實上,直到人工智能概念大行其道的今天,我們也沒能完成圖靈測試。從阿爾法狗,再到各種各樣的AI助手,都還不具備思維的能力,這也是所有智能算法和神經網絡算法研究的方向和目標。

真正讓圖靈在英國人心目中奠定地位的是二戰中破譯德軍恩尼格碼密碼系統。1939年秋,他應召到英國外交部通信處從事軍事工作,接過荷蘭三傑關於早期恩尼格碼加密系統破譯的工作。荷蘭人破譯了早期的恩尼格密碼,這讓同盟國的戰友們增加了莫大的信心,畢竟這是一種他們之前都不敢想象,並且一度以為是牢不可破的密碼系統。荷蘭三傑馬裡安·雷耶夫斯基、傑爾茲·羅佐基和亨裡克·佐加爾斯基都具有非常深厚的統計數學基礎,他們的傑出工作,也讓人們意識到,破譯密碼的工作到最高層次其實都是數學技術的較量,破譯工作首當其衝的是數學技術,其次才是關於的語言的詫異。

以一己之力將二戰時間縮短兩年的數學家——圖靈

恩尼格瑪機

以一己之力將二戰時間縮短兩年的數學家——圖靈

圖靈對付恩尼格密碼的“大炸彈”

圖靈分析出了幾種恩尼格碼的漏洞(以後有機會詳細談談恩尼格碼機的加密及破譯過程),或者叫bug。這些bug在圖靈強大的數學分析面前露出馬腳,圖靈繞過了恩尼格機設置的加密屏障,並且發明了名為“炸彈”的暴力破解工具,當然這個暴力破解是建立在已經儘可能縮短秘鑰長度並且使這個秘鑰長度在當時可被計算的範圍內。就這樣,恩尼格碼機被盟軍徹底破譯,德軍的任何指令都是以明文的形式出現在盟軍最高統帥的桌子上,一時間,德軍開始走向末路。後來的歷史學家分析,二戰中,圖靈對於德軍納粹密碼破譯的傑出貢獻使得二戰早結束兩年,如果沒有天才圖靈的創造發現,那麼二戰可能會跟現在的結局很不一樣。

戰後,圖靈開始著手電子計算機的理論研究,為人們搭建了所有計算機的雛形。1952年,圖靈甚至編寫了一個象棋程序,當然那個時代沒有機器可以模擬這樣的遊戲。於是,圖靈自己代替計算機來執行指令和同事開始這樣的遊戲,等到機器走棋的時候,圖靈會根據當前的指令分析,給出計算機的結果,每走一步棋,圖靈自己大概要計算半小時左右,最後程序輸了這場遊戲。不得不感慨,圖靈的眼界到底要超越那個時代多少年!

然而,天才的後來很多都伴隨著悲劇的結尾,圖靈也是其中的代表。1952年,圖靈被發現是同性戀者,並且在自己公寓發現了同性密友。這在當時是很嚴重的行為,倫敦當局調查,認為圖靈的行為構成“明顯的猥褻和性顛倒行為”。法院最終判決,圖靈要不坐牢,要不就執行荷爾蒙治療。圖靈選擇了後者,荷爾蒙療法其實就是給圖靈注射雌性激素,妄圖用這樣殘酷野蠻的方法來遏制圖靈本來的性取向。就這樣,圖靈在煎熬中度過了一年的所謂治療期,這給圖靈本人帶來了無盡的痛苦,他身體部位開始重新發育,甚至已經影響到自己的頭腦思考。

終於,天才受不了這樣的摧殘和侮辱。1954年6月7日,人們發現圖靈死在自己的公寓中,並且床邊還有一個半個蘋果,蘋果內檢測出氰化鉀。死因最終被認為是氰化鉀中毒,並排除他殺。

就這樣,英國現代歷史上最偉大的科學家以這樣屈辱的方式告別了自己僅有43年的人生!

2009年9月11日,時任英國首相布朗公開發表了對於圖靈的正式道歉,很多當年判處圖靈有罪的機構都紛紛為圖靈平反。共同紀念這位偉大的科學先驅。號稱是計算機科學的“諾貝爾獎”正是以圖靈命名。

圖靈的靈魂終於得到安息,他也終於受到了公平的對待。只是在那個剛剛平穩的年代,天才也要忍受著與常人一樣的煩惱,他的身體沒有跳出那個時代,可是他的思想早就飄向了幾十年甚至上百年的未來!


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