“人工智能”之父

袁傳寬

2012年2月，約2.1萬名英國民眾發(fā)起一項請愿活動，請求英國政府赦免圖靈因同性戀而在1952年被判決的嚴(yán)重猥褻罪行。雖然這一請愿最終沒有成功，但至少證明了這位偉大科學(xué)家在民眾心中的地位。人們沒有忘記，2012年是“人工智能”之父艾倫?圖靈誕辰100周年，“為他做點(diǎn)什么”是一種民意，因為圖靈為這個世界做的太多了……

舉世罕見的少年天才

艾倫?圖靈是舉世罕見的天才數(shù)學(xué)家和計算機(jī)科學(xué)家，僅在世42年，但他無與倫比的才華與卓絕的科學(xué)貢獻(xiàn)卻足以令全世界為之驚嘆。1912年6月23日，圖靈出生于英國倫敦一個科學(xué)世家，家族成員里有3位當(dāng)選過英國皇家學(xué)會會員，他的祖父還曾獲得劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)榮譽(yù)學(xué)位。圖靈天生悟性過人，16歲就能弄懂愛因斯坦的相對論，并且運(yùn)用那深奧的理論，獨(dú)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)。劍橋有自由的學(xué)術(shù)環(huán)境，他如饑似渴地閱讀一切感興趣的書籍，甚至是剛剛出版上市的天才大數(shù)學(xué)家馮?諾依曼的新作《量子力學(xué)的邏輯基礎(chǔ)》。由于哲學(xué)與數(shù)學(xué)在邏輯學(xué)上有交匯，他也對哲學(xué)產(chǎn)生了興趣。圖靈選修了哲學(xué)大師維特根斯坦教授的“數(shù)學(xué)的哲學(xué)”課，成為了班上最出色的學(xué)生。

劍橋大學(xué)是“數(shù)理邏輯學(xué)”的發(fā)源地與大本營，一群聰明而勤奮的青年數(shù)學(xué)家聚集在數(shù)學(xué)泰斗羅素教授的周圍，圖靈是其中的佼佼者。1935年，剛剛畢業(yè)，年僅23歲的圖靈就被劍橋大學(xué)國王學(xué)院甄選為研究員，成為劍橋大學(xué)有史以來最年輕的研究員。為此，劍橋大學(xué)特地宣布放假半天以示慶賀。羅素教授也異常器重圖靈，安排圖靈講學(xué)授課。同年，圖靈又因其在“概率論”上的成就，榮獲“斯密思獎”。

從“圖靈機(jī)”到計算機(jī)

圖靈是走在時代前面的天才。在電子計算機(jī)遠(yuǎn)未問世之前，他就會想到所謂“可計算性”的問題。數(shù)學(xué)上的某些計算問題，是不是只要給數(shù)學(xué)家足夠長的時間，就能夠通過“有限次”的簡單而機(jī)械的演算步驟而得到最終答案呢？這就是所謂“可計算性” 問題，一個必須在理論上做出解釋的數(shù)學(xué)難題。1936年，圖靈發(fā)表了一篇劃時代的重要論文《可計算數(shù)字及其在判斷性問題中的應(yīng)用》。文章里，圖靈超出了一般數(shù)學(xué)家的思維范疇，構(gòu)造出一臺完全屬于想象中的“計算機(jī)”，數(shù)學(xué)家們把它稱為“圖靈機(jī)”。

圖靈想象的“計算機(jī)”是使用一條無限長度的紙帶子，帶子上劃分出許多格子，如果格里畫條線，就代表“1”；空白的格子，則代表“0”。想象這個“計算機(jī)”還具有讀寫功能：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”。“0”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。“圖靈機(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。

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。幾年之后，美國的阿坦納索夫在1939年果然研究制造了世界上第一臺電子計算機(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(shí)現(xiàn)，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(shí)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(shí)現(xiàn)。

破譯密碼的英雄“教授”

第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，圖靈隨即應(yīng)征入伍，正式到“政府編碼與密碼學(xué)院”服役，該機(jī)構(gòu)是英國的戰(zhàn)時情報中心。圖靈每天上班的地方被稱為 “布雷契萊園”，他和同事們的主要任務(wù)是破解德軍的軍事密碼。任務(wù)極具挑戰(zhàn)性，對手非常難對付：德國人在二戰(zhàn)之前研制成功了一種密碼電報機(jī)，它能把明文自動轉(zhuǎn)變?yōu)槊芪模偻ㄟ^無線電或電話線路秘密傳送出去。密文即使被他人截獲，也令人不知所云，如“謎”一般。這個設(shè)計精密、似乎無懈可擊的密碼電報機(jī)，因之被稱為“謎”，這令德國人頗感得意。

然而，“謎”的克星就是大天才圖靈。圖靈在布雷契萊園領(lǐng)導(dǎo)著一個有200多位密碼專家的隊伍，成功破解了“謎”的秘密。而德軍卻還毫無覺察，繼續(xù)用“謎”傳輸軍事情報，因此泄露了大量的軍事機(jī)密，導(dǎo)致在戰(zhàn)事上屢屢挫敗。英軍則節(jié)節(jié)勝利，屢建戰(zhàn)功。1942年，圖靈曾赴美數(shù)月，目的是使兩國的語音加密系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)兼容。當(dāng)時美國的語音加密系統(tǒng)非常龐大，要占據(jù)一個大房間；而圖靈為英國研制的系統(tǒng)，則輕巧如一臺打字機(jī)。就在圖靈出差期間，德國海軍突然更新加密系統(tǒng)，提高了密碼的復(fù)雜度，圖靈手下那200多位專家為此絞盡腦汁，仍束手無策。一直等到圖靈回國，親自出馬，難題才迎刃而解，令同儕極為驚訝佩服。在布雷契萊園，無論年長年幼，大家一律稱呼圖靈為“教授”，足見其威望之高。

圖靈和他的同事在搜尋與打擊德軍潛艇、協(xié)助盟軍諾曼底登陸等重大軍事行動中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。據(jù)估計，“政府編碼與密碼學(xué)院”的工作使歐洲的戰(zhàn)事至少提前兩年結(jié)束。圖靈也因此在1946年獲得“不列顛帝國勛章”，那是英國皇室給予為國家和人民做出巨大貢獻(xiàn)、立下大功的人士的榮譽(yù)。

舉世聞名的圖靈測試

圖靈的興趣與志向絕不僅僅在于制造出性能超群的機(jī)器，圖靈所關(guān)注的問題，遠(yuǎn)非計算機(jī)本身，而是極富遠(yuǎn)見地設(shè)想計算機(jī)可以做什么，例如，從數(shù)字計算到代數(shù)運(yùn)算，破譯密碼，處理文檔資料，甚至下棋等等。他運(yùn)用那時僅有的計算機(jī)“馬克一號”去模擬生物生長的某些片段，尤其是接合子的基因如何決定動植物解剖結(jié)構(gòu)的機(jī)制。這成為后來“仿真系統(tǒng)”和“人工生命”學(xué)科的起源。他還不斷思考探討人腦與計算機(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)（即萬能圖靈機(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迸發(fā)出了力量，使圖靈成為當(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)才有了另外一個名字：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，后來被稱之為“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)言得到了部分證實(shí)：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。

在曼徹斯特大學(xué)，圖靈度過了他短暫生命的最后幾年，“人工智能”是他發(fā)出的最后的生命之光，他是這一領(lǐng)域開天辟地的大師。1951年，圖靈被英國皇家學(xué)會選為會員，那年他39歲，成為他家族中的第4位皇家學(xué)會會員。曼徹斯特大學(xué)也因為圖靈的存在，被英國皇家學(xué)會認(rèn)定為國家計算機(jī)科學(xué)的最高學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。

“大智若愚”的科學(xué)奇才

作為一代奇才，圖靈除了絕頂聰明也有些大智若愚，他的趣聞軼事在英國也流傳甚廣。

圖靈有很高的回頭率，倒不是因為他特別英俊，而是他有花粉過敏的毛病。一到春暖花開時節(jié)，人們就會看到劍橋的一道奇觀—— 一位頭戴防毒面具騎車上班的教授，從容穿過人群。

他還因為大事清楚，小事糊涂，鬧過不少笑話。二戰(zhàn)爆發(fā)后，人們擔(dān)心倫敦淪陷，紛紛提出存款，自己保管。圖靈則把存款兌換成兩個大銀錠，分別埋藏在兩處樹叢中，作上標(biāo)記，并且繪制了一份秘密位置圖，以為萬無一失。然而在戰(zhàn)爭結(jié)束后，圖靈按圖索驥，卻無論如何也找不到原來埋藏銀錠的地方。戰(zhàn)爭期間，倫敦雖然沒有淪陷，卻未能躲過德軍的狂轟濫炸。轟炸后，倫敦陷于火海。許多原來用于定位的參照物發(fā)生了改變，甚至完全消失了。圖靈智者千慮，卻沒想到他的秘密位置圖變得毫無用處。圖靈不甘心，自制一臺金屬探測器，在樹叢中廣泛搜索。但目標(biāo)范圍太大，他徒勞無功而返。由于戰(zhàn)爭時期瓷器奇缺，為了防止茶杯丟失，他居然弄來一條鐵鏈，把茶杯鎖定在暖氣管子上，此事成為布雷契萊園的笑談。

圖靈之死的謎團(tuán)

1954年6月8日，早就過了圖靈通常起床的時間，他卻仍然沉睡在床上，神態(tài)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。醫(yī)生在圖靈沒有吃完的那只蘋果里檢驗出了劇毒的氰化鉀。警方在多方搜集證據(jù)后，對外正式宣布：圖靈服毒自殺。

圖靈是個同性戀者，而且他公開承認(rèn)自己的同性戀身份。圖靈的同性戀問題，就如同其他的怪異行為一樣，絲毫沒有影響到他在事業(yè)上的地位，上司和同事都對這位天才寬容、尊敬。但圖靈的同性戀行為觸犯當(dāng)時的英國法律，1952年因此而被警方拘留。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，但情緒并未好轉(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。

圖靈的死無疑是計算機(jī)科學(xué)界的巨大損失，無以彌補(bǔ)。他25歲首創(chuàng)的“圖靈機(jī)”概念如石破天驚，不惑之年開創(chuàng)的人工智能和“圖靈測試”如開山辟路，無一不是超前的科學(xué)預(yù)見，無一不展現(xiàn)著這位天才的過人智慧。人們多么希望圖靈像童話中的白雪公主那樣：吃了有毒的蘋果，但并沒有死，只是睡著了，終有一天他會醒來。牛津大學(xué)著名數(shù)學(xué)家安德魯?哈吉斯說道：“圖靈似乎是上天派來的一個使者，匆匆而來，匆匆而去，為人間留下了智慧，留下了深邃的思想，后人必須為之思索幾十年、上百年甚至永遠(yuǎn)。”

【責(zé)任編輯】張小萌