圖靈 上帝派來的電腦精靈

　　在計算機(jī)科學(xué)史上，有兩個人的名字值得大書特書，一個是馮·諾依曼，另一個就是阿蘭·麥席森·圖靈。圖靈被后世膜拜，主要是因為他建立了現(xiàn)代計算機(jī)的邏輯運(yùn)算體系，以后的一切，包括我們眼下正在使用的每個和人工智能有關(guān)的器件，都得益于此。
　　圖靈的一生很短暫，卻在各個領(lǐng)域都有高質(zhì)量的涉獵，他是數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家、計算機(jī)科學(xué)之父，他擅長長跑，比當(dāng)時的馬拉松最好成績只少了幾分鐘，同時，他也是同性戀的標(biāo)志性人物。
　　1954年6月8日，給圖靈清掃房間的女傭打開他的房門時發(fā)現(xiàn)，早就過了通常起床時間的圖靈仍然沉睡在床上，神態(tài)自若安詳，枕邊有個只吃了一小口的蘋果，書桌上燈亮著，有一封準(zhǔn)備寄出的信。
　　法醫(yī)在圖靈沒有吃完的那只蘋果里檢驗出了氰化鉀，一種劇毒化學(xué)藥品的殘留物。警方在多方搜集證據(jù)后，對外正式宣布調(diào)查結(jié)果：圖靈是服毒自殺，時年42歲。
　　理論探索—提出圖靈機(jī)概念
　　圖靈出生于1912年6月23日的英國倫敦，他的整個家族在學(xué)術(shù)方面有著相當(dāng)輝煌的成果，家族成員中有三位當(dāng)選過英國皇家學(xué)會會員，圖靈的祖父還曾獲得劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)榮譽(yù)學(xué)位。
　　圖靈顯然遺傳了家族中最優(yōu)秀的數(shù)學(xué)細(xì)胞，他在16歲時就開始研究愛因斯坦的相對論，并開始運(yùn)用深奧的數(shù)學(xué)原理獨立推導(dǎo)力學(xué)定律。
　　1931年，圖靈考進(jìn)了劍橋大學(xué)，在該大學(xué)的“國王學(xué)院”專攻數(shù)學(xué)，正是在研究“數(shù)學(xué)邏輯學(xué)”的過程中，圖靈提出了日后以他名字命名的虛擬計算機(jī)器—圖靈機(jī)。
　　那以前，數(shù)學(xué)家們總以為，一個數(shù)學(xué)問題，雖然要找到答案也許很困難，但是理論上總有一個確定的答案，要么是真的，要么是假的。
　　然而數(shù)學(xué)家哥德爾的不完全性定理指出，在一個稍微復(fù)雜一點的數(shù)學(xué)公理系統(tǒng)中，總存在那樣的命題，我們既不能證明它是真的，也不能證明它是假的。數(shù)學(xué)家們大吃一驚，發(fā)現(xiàn)以往大家認(rèn)為絕對嚴(yán)明的數(shù)學(xué)中原來有如此令人不安的不確定性。
　　每個邏輯學(xué)家都在苦苦思索，試圖替陷入了危機(jī)的數(shù)學(xué)找到一條出路，他們包括當(dāng)時在劍橋的貝特朗·羅素、阿爾弗雷德·懷特海、路德維格·維特根斯坦這樣著名的邏輯學(xué)家。
　　在這種環(huán)境下，圖靈作出了他一生中最重要的科學(xué)貢獻(xiàn)，在他著名的論文《論可計算數(shù)》（On Computable Numbers）中，他提出了日后以他名字命名的虛擬計算機(jī)器—圖靈機(jī)。
　　圖靈機(jī)這臺完全虛擬的“計算機(jī)”忽略了硬件因素，圖靈思考的焦點是邏輯結(jié)構(gòu)。圖靈在他那篇著名的文章里，還進(jìn)一步設(shè)計出被人們稱為“萬能圖靈機(jī)”的模型，它可以模擬其他任何一臺解決某個特定數(shù)學(xué)問題的“圖靈機(jī)”的工作狀態(tài)?！皥D靈機(jī)”想象使用一條無限長度的紙帶子，帶子上劃分成許多格子。如果格里畫條線，就代表“1”；空白的格子，則代表“0”。
　　圖靈想象這臺“計算機(jī)”還具有讀寫存儲功能：既可以從帶子上讀出信息，也可以往帶子上寫信息。計算機(jī)僅有的運(yùn)算功能是：每把紙帶子向前移動一格，就把“1”變成“0”，或者把“0”變成“1”?！?”和“1”代表著在解決某個特定數(shù)學(xué)問題中的運(yùn)算步驟?！皥D靈機(jī)”能夠識別運(yùn)算過程中的每一步，并且能夠按部就班地執(zhí)行一系列的運(yùn)算，直到獲得最終答案。
　　得到馮·諾依曼的賞識
　　圖靈的文章從理論上證明了制造出通用計算機(jī)的可能性。
　　幾年后，美國的阿坦納索夫在1939年果然研究制造了一臺電子計算機(jī)ABC，其中采用了二進(jìn)位制，電路的開與合分別代表數(shù)字0與1，運(yùn)用電子管和電路執(zhí)行邏輯運(yùn)算等。ABC是“圖靈機(jī)”的第一個硬件實現(xiàn)，看得見，摸得著。
　　而馮·諾依曼不僅在上個世紀(jì)40年代研制成功了功能更好、用途更為廣泛的電子計算機(jī)，并且為計算機(jī)設(shè)計了編碼程序，還實現(xiàn)了運(yùn)用紙帶存儲與輸入。
　　到此，天才圖靈在1936年發(fā)表的科學(xué)預(yù)見和構(gòu)思得以完全實現(xiàn)，那一年，圖靈24歲。
　　與圖靈一樣有天賦的馮·諾依曼看過圖靈的論文后極為贊賞，惺惺相惜，極力邀請圖靈畢業(yè)后到普林斯頓高等研究院工作，做他的研究助手。然而圖靈深愛著劍橋大學(xué)，執(zhí)意要回到母校任教，令馮·諾依曼教授惋惜不已。
　　惋惜的遠(yuǎn)不止馮·諾依曼，不知有多少學(xué)者發(fā)出嘆息，當(dāng)年兩位科學(xué)奇才沒能走在一起。盡可以想象，由于兩大世紀(jì)天才的合作，數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等會獲得怎樣的發(fā)展？“1加1定會大于2”，兩顆燦爛的巨星一處發(fā)光，顯然會將科學(xué)的天空照耀得更加明亮。
　　超級黑客圖靈
　　但是，當(dāng)圖靈在劍橋剛剛打算做一名優(yōu)秀的教師和學(xué)者之時，1939年9月4日，英國對德國宣戰(zhàn)，開始了第二次世界大戰(zhàn)漫長的拉鋸戰(zhàn)。而圖靈則在第二天就被軍方應(yīng)招入伍，來到了遠(yuǎn)離城市的鄉(xiāng)村，一個名為布萊切利的莊園。
　　在這里，英國軍方安排給圖靈的工作就是破譯密碼，雖然此前英國軍方已經(jīng)能夠運(yùn)用一些德軍的操作漏洞破譯部分Enigma的密碼，但是這個漏洞隨時可能會被德國人修補(bǔ)，因此英國軍方希望能夠在德國人修補(bǔ)漏洞前，找到真正徹底攻破Enigma的方法。
　　在分析了大量德國電文后，圖靈發(fā)現(xiàn)許多電報有相當(dāng)固定的格式，他可以根據(jù)電文發(fā)出的時間、發(fā)信人、收信人這些無關(guān)于電文內(nèi)容的信息來推斷出一部分電文的內(nèi)容。
　　例如，德國人每天的天氣預(yù)報總在早上六點左右發(fā)出，要是在六點零五分截獲了一份德國電報，它里面八成有Wetter這個詞，也就是德文中的“天氣”。根據(jù)在此之前德國人天氣預(yù)報電文的死板格式，圖靈甚至能相當(dāng)準(zhǔn)確地知道這個詞具體在密文的哪個位置。這就使得圖靈想到了用“候選單詞”這一方法來破譯Enigma電文，在英語中，圖靈把這些“候選單詞”叫做Cribs。
　　可圖靈并不清楚在密文中出現(xiàn)這個候選單詞時的轉(zhuǎn)子狀態(tài)，但是圖靈想的辦法很巧妙，他想如果用3臺Enigma同時加密這個候選單詞，會發(fā)生些什么事？圖靈的絕妙主意就是用3臺Enigma把連接板上連線的效應(yīng)抵消掉，這樣他就只要考慮1054560種轉(zhuǎn)子方向就可以了。把候選單詞、字母循環(huán)圈和用線路連接起來的多臺Enigma機(jī)構(gòu)成了密碼分析的強(qiáng)大武器。圖靈對Enigma的破譯方法完全是純數(shù)學(xué)和理論性的，也只有圖靈，這個數(shù)學(xué)虛擬機(jī)器的發(fā)明人，才能有這樣的想象力。

后來圖靈得到了來自英國軍方的十萬英鎊撥款，制作了一款專門破解Enigma的逆向破解機(jī)“炸彈”（Bombes）。每個“炸彈”里都有十二組轉(zhuǎn)子，理論上能夠快速地完成對Enigma密電的破解。
　　圖靈的發(fā)明贏得了他在布萊切利莊園的同事的尊敬，大家把他看做是超群的密碼分析專家。他的一位同事彼得·希爾頓（Peter Hilton）回憶道：“圖靈毫無疑問是個天才，而且是個極近人情的天才。他總是愿意花費(fèi)時間和精力來解釋他的想法。這不是一個鉆在狹窄領(lǐng)域里的專家，他的思想遍布科學(xué)的許多領(lǐng)域?！?BR>　　圖靈機(jī)—從理論到實踐
　　1945年第二次世界大戰(zhàn)全面結(jié)束，圖靈隨后被英國國家物理實驗室聘為高級研究員，于是他又回到了倫敦專心研究計算機(jī)理論。計算機(jī)的研究在當(dāng)時屬于絕密，他撰寫的論文都沒有公開發(fā)表。而當(dāng)年圖靈寫了若干份“內(nèi)部報告”，明確提出了“自動程序”的概念，在1970年得以解密，后來收入愛丁堡大學(xué)的《機(jī)器智能》論文集中。
　　理論上的準(zhǔn)備已經(jīng)充分，而且在戰(zhàn)爭時期已經(jīng)具有運(yùn)用計算機(jī)的經(jīng)驗，此時的圖靈對計算機(jī)的發(fā)展前景胸有成竹，他興致勃勃地擬訂了一份“自動計算機(jī)（ACE）”的設(shè)計方案，完整地描繪出通用數(shù)字電子計算機(jī)的結(jié)構(gòu)。
　　我們都知道，馮·諾依曼參與設(shè)計制造了世上第一臺電腦“愛尼亞克”號，1945年春，“愛尼亞克” 在試運(yùn)行中每秒能運(yùn)行5000次加法運(yùn)算，性能可靠。
　　然而，“愛尼亞克”也有其缺點，它不像現(xiàn)代計算機(jī)那樣用存儲于機(jī)內(nèi)的程序來控制機(jī)器運(yùn)行，而是利用接線板插頭和轉(zhuǎn)換開關(guān)的方式來實現(xiàn)程序，因而，每當(dāng)要轉(zhuǎn)入一個新的計算時，都要重新連接線路，有時僅僅幾分鐘或者十幾分鐘的計算，就要花費(fèi)幾小時甚至是幾天的時間來操作那6000個開關(guān)，這是一個致命的弱點。另一個弱點是它的存儲量太小，至多只能存20個10位的10進(jìn)制數(shù)。
　　這兩個弱點是相互關(guān)聯(lián)的：如果有較大的存儲量，就可以用來存儲計算程序。“愛尼亞克”的設(shè)計者們認(rèn)識到這點，馮·諾依曼將十進(jìn)制改為二進(jìn)制，但沒有突破。同時，由于存在這兩個弱點，“愛尼亞克”不能進(jìn)行自動計算。
　　此時的圖靈更注意到存儲量與運(yùn)算速度是計算機(jī)的核心，他設(shè)計的ACE在性能上大體相當(dāng)于上世紀(jì)80年代美國蘋果公司研制的個人電子計算機(jī)“麥金塔”。圖靈實在太超前了，國家物理實驗室認(rèn)為制造原原本本的ACE在工程與技術(shù)方面過于困難，知難而退，僅僅制造了一臺簡化了的ACE，其運(yùn)算速度和存儲量均大為遜色。
　　盡管不如圖靈所愿，但這臺ACE畢竟是圖靈研制成功的第一臺公開對外的電子計算機(jī)。況且ACE一鳴驚人，被公認(rèn)為是當(dāng)時世界上最快的電子計算機(jī)之一。圖靈特別滿意它的存儲功能，驕傲地向參觀者介紹：“它能十分輕松地記憶任何一本小說中的10 頁內(nèi)容，一字不差！”
　　1946年，英國皇家學(xué)會成立計算機(jī)實驗室，設(shè)在曼徹斯特大學(xué)，一時群英薈萃，成為英國計算機(jī)事業(yè)的中心，總負(fù)責(zé)人是圖靈在布萊切利莊園的老同事和好朋友紐曼教授。圖靈是皇家學(xué)會計算機(jī)實驗室的常務(wù)副主任，實際上的負(fù)責(zé)人。圖靈成為實驗室的靈魂，他的計算機(jī)理論指導(dǎo)著實驗室的發(fā)展，世界上第一臺商業(yè)計算機(jī)“馬克一號”即在這里問世。
　　人工智能的先驅(qū)
　　這個時期圖靈也在思考與探討人腦與計算機(jī)之間的關(guān)聯(lián)與互動。
　　圖靈在他的另一篇劃時代的論文《機(jī)器能思考嗎？》中，這樣描述他的設(shè)想：“人的大腦好似一臺巨型的電子計算機(jī)，初生嬰兒的大腦皮層像‘尚未組織好的’機(jī)器，可以經(jīng)過訓(xùn)練，使之成為‘組織好了的’類似于萬能機(jī)式的機(jī)器。”
　　早年在劍橋大學(xué)獲得的數(shù)學(xué)與哲學(xué)方面的深厚功底又一次發(fā)揮了力量，圖靈是當(dāng)之無愧的現(xiàn)代“人工智能”之父。也正因為圖靈和他的“人工智能”，電子計算機(jī)方有了另外一個名字：電腦。
　　為了演示人機(jī)對話，圖靈編寫了一套象棋程序，當(dāng)時卻沒有一臺足夠好的計算機(jī)去執(zhí)行這個程序。于是圖靈就親自模擬計算機(jī)，嚴(yán)格執(zhí)行他預(yù)先編寫的程序走棋，模擬的“計算機(jī)”每走一步要用半小時。
　　他就這樣與同事下了一盤，結(jié)果“計算機(jī)”輸了。圖靈明確提出“機(jī)器能思考”，或者說，具有人腦智力的機(jī)器才是圖靈心目中真正的萬能機(jī)。圖靈沒有說空話，他進(jìn)一步給出機(jī)器是否具有人腦智力的判別法，后來被稱為“圖靈測試”。
　　在圖靈的時代，全世界僅有的計算機(jī)中，當(dāng)然沒有一臺能夠通過“圖靈測試”，那時計算機(jī)的水平與今天不可同日而語。可那限制不了圖靈的想象和預(yù)見，他相信在20世紀(jì)末，定會有計算機(jī)能夠通過“圖靈測試”。他的預(yù)言得到證實：IBM研制出的一臺會下國際象棋的電子計算機(jī)“深藍(lán)”，戰(zhàn)勝了當(dāng)年的國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫。
　　英年早逝
　　但在圖靈生命的后來的時光，他并沒有被看做一個英雄，而是因他的性傾向而飽受騷擾糾纏。
　　1952年因被小偷入室行竊，他向警察報了案，但是不通世事使他忘了向警察掩蓋他和另一位男士同居的事實。1952年3月31日圖靈被警方逮捕，被以“有傷風(fēng)化”的罪名起訴，并被判為有罪，在整個過程中他不得不忍受報紙對他的案件的公開報道。
　　1954年6月8日，圖靈去世的噩耗像晴天霹靂，不僅英國，乃至全世界都為之震驚。
　　有關(guān)他的死，留下太多謎團(tuán)，他的母親不相信、不接受警方“圖靈服毒自殺”的判斷，因為桌子上那封未寄出的信里提到“同意在幾天后接受采訪”云云。她認(rèn)為圖靈是不小心接觸到了他實驗室里的劇毒化學(xué)藥品，是死于意外事故。警方則認(rèn)為，那封信是圖靈故布疑陣，令母親相信兒子意外中毒而亡，心里會好受些。
　　困擾人們的問題是圖靈為什么要自殺？在1954年6月7日的那個晚上，當(dāng)代最偉大的頭腦之一，就這樣在四十二歲時離開了這個世界。
　　英國當(dāng)年的法律主張嚴(yán)厲懲戒同性戀，圖靈不得不接受注射激素，否則會有牢獄之災(zāi)。激素療法非但不能改變同性戀傾向，反而呈現(xiàn)出多種副作用，圖靈變得意志消沉，越發(fā)寡言少語。圖靈曾經(jīng)去看心理醫(yī)生，醫(yī)生建議這位科學(xué)奇才放松情緒，換換腦筋，不妨讀讀好的小說。結(jié)果圖靈真的喜歡上了列夫·托爾斯泰的小說，不過，情緒并未因此而好轉(zhuǎn)。人們普遍認(rèn)為，圖靈情緒的低沉抑郁，最終導(dǎo)致了他的自殺，是那不人道的激素療法害了他。