艾倫·麥席森·圖靈

生平簡介

大英帝國之子艾倫.圖靈，出身于一個半貴族半階級的家族。在他的祖先中，有上流社會的商人、軍人和牧師。隨著不列顛席卷全球的擴(kuò)張，他們也開拓了自己的世界。圖靈，1912年6月23日生于英國倫敦。在少年時就表現(xiàn)出獨(dú)特的直覺創(chuàng)造能力和對數(shù)學(xué)的愛好。

--年輕時期--

1926年，圖靈考入倫敦有名的謝伯恩（Sherborne）公學(xué)去學(xué)習(xí)，受到良好的中等教育．他在中學(xué)期間表現(xiàn)出對自然科學(xué)的極大興趣和敏銳的數(shù)學(xué)頭腦。

1927年末，年僅15歲的圖靈為了幫助母親理解愛因斯坦的相對論，寫了愛因斯坦的一部著作的內(nèi)容提要，表現(xiàn)出他已具備非同凡響的數(shù)學(xué)水平和科學(xué)理解力。

圖靈對自然科學(xué)的興趣使他在1930年和1931年兩次獲得他的一位同學(xué)莫科姆的父母設(shè)立的自然科學(xué)獎，獲獎工作中有一篇論文題為“亞硫酸鹽和鹵化物在酸性溶液中的反應(yīng)”，受到政府派來的督學(xué)的贊賞，對自然科學(xué)的興趣為他后來的一些研究奠定了基礎(chǔ)，他的數(shù)學(xué)能力使他在念中學(xué)時獲得過國王愛德華六世數(shù)學(xué)金盾獎?wù)隆?/p>

--科研時期--

1931年，圖靈考入劍橋大學(xué)國王學(xué)院，由于成績優(yōu)異而獲得數(shù)學(xué)獎學(xué)金。在劍橋，他的數(shù)學(xué)能力得到了充分的發(fā)展

1935年，他的第一篇數(shù)學(xué)論文“左右殆周期性的等價”發(fā)表于《倫敦?cái)?shù)學(xué)會雜志》上。同一年，他還寫出了“論高斯誤差函數(shù)”一文。這一論文使他由一名大學(xué)生直接當(dāng)選為國王學(xué)院的研究員，并于次年榮獲英國著名的史密斯（Smith）數(shù)學(xué)獎，成為國王學(xué)院聲名顯赫的畢業(yè)生之一。

1936年5月，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇論文，題為《論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用》。該文于1937年在《倫敦?cái)?shù)學(xué)會文集》第42期上發(fā)表后，立即引起廣泛的注意。在論文的附錄里他描述了一種可以輔助數(shù)學(xué)研究的機(jī)器，后來被人稱為“圖靈機(jī)”，這個設(shè)想最有變革意義的地方在于，它第一次在純數(shù)學(xué)的符號邏輯，和實(shí)體世界之間建立了聯(lián)系，后來我們所熟知的電腦，以及還沒有實(shí)現(xiàn)的“人工智能”，都基于這個設(shè)想。這是他人生第一篇重要論文，也是他的成名之作。

1937年，圖靈發(fā)表的另一篇文章“可計(jì)算性與λ可定義性”則拓廣了丘奇（Church）提出的“丘奇論點(diǎn)”，形成“丘奇-圖靈論點(diǎn)”，對計(jì)算理論的嚴(yán)格化，對計(jì)算機(jī)科學(xué)的形成和發(fā)展都具有奠基性的意義。

1936年9月，圖靈應(yīng)邀到美國普林斯頓高級研究院學(xué)習(xí)，并與丘奇一同工作。

在美國期間，他對群論作了一些研究，并撰寫了博士論文。1938年在普林斯頓獲博士學(xué)位，其論文題目為“以序數(shù)為基礎(chǔ)的邏輯系統(tǒng)”，1939年正式發(fā)表，在數(shù)理邏輯研究中產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

1938年夏，圖靈回到英國，仍在劍橋大學(xué)國王學(xué)院任研究員，繼續(xù)研究數(shù)理邏輯和計(jì)算理論，同時開始了計(jì)算機(jī)的研制工作。

--二戰(zhàn)經(jīng)歷--

第二次世界大戰(zhàn)打斷了圖靈的正常研究工作，1939年秋，他應(yīng)召到英國外交部通信處從事軍事工作，主要是破譯敵方密碼的工作。由于破譯工作的需要，他參與了世界上最早的電子計(jì)算機(jī)的研制工作。他的工作取得了極好的成就，因而于1945年獲政府的最高獎——大英帝國榮譽(yù)勛章（O.B.E.勛章）。

1945年，圖靈結(jié)束了在外交部的工作，他試圖恢復(fù)戰(zhàn)前在理論計(jì)算機(jī)科學(xué)方面的研究，并結(jié)合戰(zhàn)時的工作，具體研制出新的計(jì)算機(jī)來。這一想法得到當(dāng)局的支持。同年，圖靈被錄用為泰丁頓（Teddington）國家物理研究所的研究人員，開始從事“自動計(jì)算機(jī)”（ACE）的邏輯設(shè)計(jì)和具體研制工作。這一年，圖靈寫出一份長達(dá)50頁的關(guān)于ACE的設(shè)計(jì)說明書。這一說明書在保密了27年之后，于1972年正式發(fā)表。在圖靈的設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下，1950年制出了ACE樣機(jī)，1958年制成大型ACE機(jī)。人們認(rèn)為，通用計(jì)算機(jī)的概念就是圖靈提出來的。

1945年到1948年，他在英國國家物理實(shí)驗(yàn)室工作，負(fù)責(zé)自動計(jì)算引擎的研究。

1946年的8月，圖靈參加了他正式跑步訓(xùn)練后的第一個比賽。那是在他加入沃爾頓田徑俱樂部后參加的3英里（4.8公里）比賽，圖靈以15分37秒的成績奪得第一，這一成績當(dāng)年在英國排名第20位。

1947年，在萊斯特郡拉夫堡（Loughborough）大學(xué)體育場舉行的英國業(yè)余田徑協(xié)會馬拉松錦標(biāo)賽上，圖靈跑出了他在馬拉松賽中的個人最好成績2小時46分03秒，在那場比賽中列第五名。

1948年，圖靈接受了曼徹斯特大學(xué)的高級講師職務(wù)，并被指定為曼徹斯特自動數(shù)字計(jì)算機(jī)(Madam)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人助理，具體領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目數(shù)學(xué)方面的工作，作為這一工作的總結(jié)。 1949年成為曼徹斯特大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的副主任，負(fù)責(zé)最早的真正意義上的計(jì)算機(jī)——“曼徹斯特一號”的軟件理論開發(fā)，因此成為世界上第一位把計(jì)算機(jī)實(shí)際用于數(shù)學(xué)研究的科學(xué)家。

1950年，圖靈編寫并出版了《曼徹斯特電子計(jì)算機(jī)程序員手冊》（The programmers’handbook for the Manchester electronic computer）。這期間，他繼續(xù)進(jìn)行數(shù)理邏輯方面的理論研究。并提出了著名的“圖靈測試”。同年，他提出關(guān)于機(jī)器思維的問題，他的論文“計(jì)算機(jī)和智能（Computingmachiery and intelligence），引起了廣泛的注意和深遠(yuǎn)的影響。1950年10月，圖靈發(fā)表論文《機(jī)器能思考嗎》。這一劃時代的作品，使圖靈贏得了“人工智能之父”的桂冠。

1951年，由于在可計(jì)算數(shù)方面所取得的成就，成為英國皇家學(xué)會會員，時年39歲。 1952年，他辭去劍橋大學(xué)國王學(xué)院研究員的職務(wù)，專心在曼徹斯特大學(xué)工作．除了日常工作和研究工作之外，他還指導(dǎo)一些博士研究生，還擔(dān)任了制造曼徹斯特自動數(shù)字計(jì)算機(jī)的一家公司——弗蘭蒂公司的顧問。

1952年，圖靈寫了一個國際象棋程序。可是，當(dāng)時沒有一臺計(jì)算機(jī)有足夠的運(yùn)算能力去執(zhí)行這個程序，他就模仿計(jì)算機(jī)，每走一步要用半小時。他與一位同事下了一盤，結(jié)果程序輸了。后來美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的研究群根據(jù)圖靈的理論，在MANIAC上設(shè)計(jì)出世界上第一個電腦程序的象棋。

--被迫害后逝世--

1952年，圖靈的同性伴侶協(xié)同一名同謀一起闖進(jìn)了圖靈的房子實(shí)施盜竊。圖靈為此而報警。但是警方的調(diào)查結(jié)果使得他被控以“明顯的猥褻和性顛倒行為”（同性戀）。他沒有申辯，并被定罪。在著名的公審后，他被給予了兩個選擇：坐牢或荷爾蒙療法。他選擇了荷爾蒙注射，并持續(xù)了一年。在這段時間里，藥物產(chǎn)生了包括乳房不斷發(fā)育的副作用。

1954年6月7日，圖靈被發(fā)現(xiàn)死于家中的床上，床頭還放著一個被咬了一口的泡過氰化物的蘋果。警方調(diào)查后認(rèn)為是劇毒的氰化物中毒，調(diào)查結(jié)論為自殺。當(dāng)時圖靈41歲。

--正式平反--

2009年，英國計(jì)算機(jī)科學(xué)家康明（John Graham-Cumming）發(fā)起了為圖靈平反的在線請?jiān)?#xff0c;截止到2009年9月10日請?jiān)负灻藬?shù)已經(jīng)超過了3萬，為此，當(dāng)時的英國政府及首相戈登布朗不得不發(fā)表正式的道歉聲明。 2012年12月，霍金、納斯（Paul Nurse，諾貝爾醫(yī)學(xué)獎得主）、里斯（Martin Rees，英國皇家學(xué)會會長）等11位重要人士致函英國首相卡梅倫，要求為其平反。 2013年12月24日，在英國司法大臣克里斯?格雷靈（Chris Grayling）的要求下，英國女王終于向圖靈頒發(fā)了皇家赦免。英國司法部長宣布，“圖靈的晚年生活因?yàn)槠渫匀∠蚨黄让缮狭艘粚雨幱?#xff0c;我們認(rèn)為當(dāng)時的判決是不公的，這種歧視現(xiàn)象如今也已經(jīng)遭到了廢除。為此，女王決定為這位偉人送上赦免，以此向其致敬?！?/p>

主要貢獻(xiàn)

--可計(jì)算性理論--　

圖靈把可計(jì)算函數(shù)定義為圖靈機(jī)可計(jì)算函數(shù)。1937年，圖靈在他的“可計(jì)算性與λ可定義性”一文中證明了圖靈機(jī)可計(jì)算函數(shù)與λ可定義函數(shù)是等價的，從而拓廣了丘奇論點(diǎn)，得出：算法(能行)可計(jì)算函數(shù)等同于一般遞歸函數(shù)或λ可定義函數(shù)或圖靈機(jī)可計(jì)算函數(shù)。這就是“丘奇-圖靈論點(diǎn)”，相當(dāng)完善地解決了可計(jì)算函數(shù)的精確定義問題，對數(shù)理邏輯的發(fā)展起了巨大的推動作用。

圖靈機(jī)的概念有十分獨(dú)特的意義：如果把圖靈機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)解釋為指令，用字母表的字來表示，與輸出字輸入字同樣存貯在機(jī)器里，那就成為電子計(jì)算機(jī)了，由此開創(chuàng)了“自動機(jī)”這一學(xué)科分支，促進(jìn)了電子計(jì)算機(jī)的研制工作。

與此同時，圖靈還提出了通用圖靈機(jī)的概念，它相當(dāng)于通用計(jì)算機(jī)的解釋程序，這一點(diǎn)直接促進(jìn)了后來通用計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和研制工作，圖靈自己也參加了這一工作。

在給出通用圖靈機(jī)的同時，圖靈就指出，通用圖靈機(jī)在計(jì)算時，其“機(jī)械性的復(fù)雜性”是有臨界限度的，超過這一限度，就要靠增加程序的長度和存貯量來解決。這種思想開啟了后來計(jì)算機(jī)科學(xué)中計(jì)算復(fù)雜性理論的先河。

--判定問題--

所謂“判定問題”指判定所謂“大量問題”是否具有算法解，或者是否存在能行性的方法使得對該問題類的每一個特例都能在有限步驟內(nèi)機(jī)械地判定它是否具有某種性質(zhì)(如是否真，是否可滿足或是否有解等，隨大量問題本身的性質(zhì)而定)的問題。

圖靈在判定問題上的一大成就是把圖靈機(jī)的“停機(jī)問題”作為研究許多判定問題的基礎(chǔ)，一般地，把一個判定問題歸結(jié)為停機(jī)問題：“如果問題A可判定，則停機(jī)問題可判定?！睆亩伞巴C(jī)問題是不可判定的”推出“問題A是不可判定的”。

1937年，圖靈用他的方法解決了著名的希爾伯特判定問題：狹謂詞演算(亦稱一階邏輯)公式的可滿足性的判定問題。他用一階邏輯中的公式對圖靈機(jī)進(jìn)行編碼，再由圖靈機(jī)停機(jī)問題的不可判定性推出一階邏輯的不可判定性。他在此處創(chuàng)用的“編碼法”成為后來人們證明一階邏輯的公式類的不可判定性的主要方法之一。

在判定問題上，圖靈的另一成果是1939年提出的帶有外部信息源的圖靈機(jī)概念，并由此導(dǎo)出“圖靈可歸約”及相對遞歸的概念。運(yùn)用歸約和相對遞歸的概念，可對不可判定性與非遞歸性的程度加以比較。在此基礎(chǔ)上，E.波斯特(Post)提出了不可解度這一重要概念，這方面的工作后來有重大的進(jìn)展。

圖靈參與解決的另一個著名的判定問題是“半群的字的問題”，它是圖埃(Thue)在1914年提出來的：對任意給定的字母表和字典，是否存在一種算法能判定兩個任意給定的字是否等價［給出有限個不同的稱為字母的符號，便給出了字母表，字母的有限序列稱為該字母表上的字。把有限個成對的字(A1，B1)，…，(An，Bn)稱為字典。如果兩個字R和S使用有限次字典之后可以彼此變換，則稱這兩個字是等價的］1947年，波斯特和A.A.馬爾科夫(Markov)用圖靈的編碼法證明了這一問題是不可判定的。1950年，圖靈進(jìn)一步證明，滿足消元律的半群的字的問題也是不可判定的。

--電子計(jì)算機(jī)--

電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用是20世紀(jì)新技術(shù)革命的主要標(biāo)志之一。很長時期中人們一直認(rèn)為，第一臺電子計(jì)算機(jī)是美國人按J.W.莫奇利(Mauchly)提出的方案于1946年制成的“電子數(shù)字積分和自動計(jì)算機(jī)”(ENIAC)。圖靈在第二次世界大戰(zhàn)中從事的密碼破譯工作涉及到電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和研制，但此項(xiàng)工作嚴(yán)格保密。直到70年代，內(nèi)情才有所披露。從一些文件來看，很可能世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)不是ENIAC，而是與圖靈有關(guān)的另一臺機(jī)器，即圖靈在戰(zhàn)時服務(wù)的機(jī)構(gòu)于1943年研制成功的CO-LOSSUS(巨人)機(jī)，這臺機(jī)器的設(shè)計(jì)采用了圖靈提出的某些概念。它用了1500個電子管，采用了光電管閱讀器；利用穿孔紙帶輸入；并采用了電子管雙穩(wěn)態(tài)線路，執(zhí)行計(jì)數(shù)、二進(jìn)制算術(shù)及布爾代數(shù)邏輯運(yùn)算，巨人機(jī)共生產(chǎn)了10臺，用它們出色地完成了密碼破譯工作。

1945年初，馮諾伊曼、莫奇利等人提出了著名的EDVAC［electronic discret variable automatic comp-uter(離散變量自動電子計(jì)算機(jī))］方案，提出關(guān)于存貯程序控制的電子計(jì)算機(jī)的總體設(shè)想，指出這種計(jì)算機(jī)應(yīng)由計(jì)算器、控制器、存貯器及輸入、輸出裝置等五個部分組成(后來形成了左右電子計(jì)算機(jī)40余年的所謂“馮諾伊曼方式”)，但沒有提出進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1945年底圖靈寫出的關(guān)于ACE的設(shè)計(jì)說明書中，最先給出了存貯程序控制計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(圖靈后來參與研制的Madam機(jī)則是當(dāng)時世界上存貯量最大的電子計(jì)算機(jī))。在圖靈的這份說明書中還最先提出了指令寄存器和指令地址寄存器的概念，提出了子程序和子程序庫的思想，這都是現(xiàn)代電子計(jì)算中最基本的概念和思想。令人吃驚的是，在這份說明書中，圖靈已提出了“仿真系統(tǒng)”的思想，所謂仿真系統(tǒng)，指機(jī)器可以沒有固定的指令系統(tǒng)，但它能夠模擬許多具有不同指令系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的功能。英國的ACE機(jī)只采用了圖靈的部分思想，而出于保密的需要，圖靈的ACE設(shè)計(jì)說明書，直到1972年才得以發(fā)表。這期間，人們不得不重新發(fā)現(xiàn)圖靈已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過的東西，恰恰也是在1972年，人們才制成具有仿真系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。

--人工智能--

圖靈是人工智能研究的先驅(qū)者之一，實(shí)際上，圖靈機(jī)，尤其是通用圖靈機(jī)作為一種非數(shù)值符號計(jì)算的模型，就蘊(yùn)含了構(gòu)造某種具有一定的智能行為的人工系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)腦力勞動部分自動化的思想，這正是人工智能的研究目標(biāo)。而且正是從圖靈機(jī)概念出發(fā)，在第二次世界大戰(zhàn)時的軍事工作期間，圖靈在業(yè)余時間里經(jīng)常考慮并與一些同事探討“思維機(jī)器”的問題，并且進(jìn)行了“機(jī)器下象棋”一類的初步研究工作。

1950年，圖靈發(fā)表了著名的“計(jì)算機(jī)和智能”的論文。這篇文章對智能給出一個行為主義的定義，并設(shè)計(jì)了著名的“圖靈測驗(yàn)”，即一個人在不接觸對象的情況下，同對象進(jìn)行一系列的問答(可借助電傳打?qū)憴C(jī))，如果他根據(jù)這些問答無法判斷對象是人還是計(jì)算機(jī)，那么就可以認(rèn)為這個計(jì)算機(jī)具有同人相當(dāng)?shù)闹橇?#xff0c;圖靈還預(yù)言，20世紀(jì)末將會出現(xiàn)這樣的機(jī)器。1956年圖靈的這篇文章以“機(jī)器能夠思維嗎？”為題重新發(fā)表。此時，人工智能也進(jìn)入了實(shí)踐研制階段。圖靈的機(jī)器智能思想無疑是人工智能的直接起源之一。而且隨人工智能領(lǐng)域的深入研究，人們越來越認(rèn)識到圖靈思想的深刻性：它們至今仍然是人工智能的主要思想之一。

人物評價

如果要用最簡單的話語去描述圖靈以及他的一生，其實(shí)只需要三個單詞：戰(zhàn)爭英雄，同性戀以及（計(jì)算機(jī)科學(xué)的）締造者。溫斯頓丘吉爾曾在回憶錄中這樣記載，“圖靈作為破譯了Enigma（恩尼格瑪）密碼機(jī)的英雄，他為盟軍最終成功取得第二次世界大戰(zhàn)的勝利做出了最大的貢獻(xiàn)?！?/p>

不僅如此，圖靈在數(shù)學(xué)和邏輯方面的輝煌成就也為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，或者說整個數(shù)字時代的發(fā)展制定了宏偉的藍(lán)圖……為了表彰他的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，以其名字命名的圖靈獎——計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎——作為該領(lǐng)域最高的獎項(xiàng)于1966年被正式設(shè)立。但人們對圖靈的認(rèn)識并不是一蹴而就的。1954年，在艾倫·圖靈去世后不久，曼徹斯特衛(wèi)報曾為他刊登了一篇莊重的訃告，訃告的作者是一位曾與圖靈一同研發(fā)新一代電子計(jì)算機(jī)的學(xué)者?！八浅Ｏ矚g長跑，下棋還有園藝”訃告中曾提到，“他經(jīng)常說，總有一天計(jì)算機(jī)也會像人一樣做著相似的事，包括思考……”簡單的話語并未透露出太多圖靈41歲前的事跡。事實(shí)上，曾在很長一段時間中，任何對于歷史的記錄都未將圖靈真實(shí)的一生、他的自然天性以及其智慧展示在世人面前。在數(shù)十年間，人們幾乎都不知道曾有這么一位“英雄”的存在。

直至艾倫·圖靈被宣告自殺的半個世紀(jì)之后，前英國首相戈登布朗才在一封公開發(fā)表的致歉信中提到：“就如同其它成千上萬擁有著同樣不公命運(yùn)的人一樣，艾倫·圖靈作為一個同性戀者，曾遭受到了殘酷、非人道的迫害……”在那個充滿偏見的年代，卻依舊勇于堅(jiān)持對未知事物的探索及思考……艾倫·圖靈在自己的時代是一個謎，而我們只是剛剛開始進(jìn)入他的世界。

作者：語憶情感研究所

圖靈獎

為了紀(jì)念他對計(jì)算機(jī)科學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，由美國計(jì)算機(jī)協(xié)會（ACM）于1966年設(shè)立一年一度的圖靈獎，以表彰在計(jì)算機(jī)科學(xué)中做出突出貢獻(xiàn)的人，圖靈獎被喻為“計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎”。

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參考資料->

• 《艾倫.圖靈傳》[英]安德魯.霍奇斯

• 艾倫·麥席森·圖靈

• 知乎：如何評價圖靈這個人？