阿蘭·圖靈與人工智能
圖靈的童年
阿蘭·圖靈（1912—1954）阿蘭?麥席森?圖靈，1912 年 6 月 23 日出生在倫敦帕丁頓的療養(yǎng)院。他的父親曾在印度公務(wù)署為英帝國效力，母親出生在馬德拉斯，外祖父是一位工程師，因?yàn)樵谟《刃藿蛄汉丸F路賺了大錢。1907 年，圖靈的父母在一艘從印度到英國的船上相遇，同年在都柏林結(jié)婚。1908 年年初，他們回到印度。阿蘭是他們的第二個男孩，他母親 1911 年在印度懷上了他，后回英國生產(chǎn)。
阿蘭和他的哥哥約翰幼年在英國度過，由一對退休夫婦照顧，父母則因?yàn)楣ぷ髯≡谟《?，這在當(dāng)時很常見。
求學(xué)時期的圖靈
1922 年，阿蘭進(jìn)入肯特的哈茲勒赫斯特預(yù)備學(xué)校學(xué)習(xí)。他最初的興趣是地圖、國際象棋和化學(xué)。期間圖靈讀到一本埃德溫?坦尼?布魯斯特所著的《每個兒童應(yīng)該知道的自然奇觀》。圖靈后來說，這本書開啟了他的科學(xué)視野，并對他理解人與機(jī)器之間的關(guān)系產(chǎn)生了更深刻的影響?！帮@然，人體也是一臺機(jī)器。” 那本書對此解釋道：
“它是一臺極其復(fù)雜的機(jī)器。雖然比任何手工制作的機(jī)器都要復(fù)雜千萬倍，但其本質(zhì)上仍然是一臺機(jī)器。有人曾將人體比作一臺蒸汽機(jī)，但那時我們還不太了解它的工作原理?，F(xiàn)在，我們會把它比喻為一臺內(nèi)燃機(jī)，就像是汽車、輪船和飛機(jī)的內(nèi)燃機(jī)一樣。”
20 世紀(jì)初，“人體是機(jī)器” 的想法被看成是非常無知的，就像現(xiàn)在兒童讀物里很幼稚的想法一樣。但事實(shí)并非如此。在圖靈出生前 200 年，法國醫(yī)生兼哲學(xué)家朱利安?奧佛雷?拉?美特利（1709—1751）在其 1747 年的爭議性作品 L’Homme Machine（《人是機(jī)器》）中，毫不掩飾地描述了人體甚至思維的機(jī)械般的工作機(jī)制。圖靈從小就覺得自己的身體也是一臺機(jī)器，后來也因探索機(jī)器和人類間的聯(lián)系而被世人銘記。
1926 年，他被一所最古老的英國公立學(xué)校舍伯恩錄取。圖靈在舍伯恩第一學(xué)期的第一天被大罷工所阻，不能乘火車去學(xué)校，阿蘭決定騎車 60 英里上學(xué)，這一壯舉被當(dāng)?shù)氐膱蠹埶鶊蟮馈?/p>
在舍伯恩，阿蘭沒能與其他男孩打成一片。他害羞、孤獨(dú)，似乎總是衣衫不整、墨跡斑斑?！八乃刑卣鞫既菀壮蔀樾Ρ?，尤其是他那害羞、猶豫、尖細(xì)的聲音 —— 不完全是口吃，而是吞吞吐吐，就像在等待一個復(fù)雜的程序?qū)⑺南敕ㄞD(zhuǎn)化成人類語言一樣。” 他本可以在學(xué)習(xí)上表現(xiàn)優(yōu)異而彌補(bǔ)自己的不足，但事實(shí)并非如此。只有在數(shù)學(xué)上，他才表現(xiàn)出一些智力天賦的端倪。
到了 1929 年，阿蘭開始著迷于《物理世界的自然》（1928）一書。這是一本廣為流行并極具影響力的書，由劍橋大學(xué)天文學(xué)家亞瑟?埃丁頓爵士所著，書中探討了相對論和量子理論的新科學(xué)所帶來的影響。阿蘭同時和一個名為克里斯托弗?莫科姆的同學(xué)交往密切，他和阿蘭在科學(xué)和數(shù)學(xué)上有著共同的興趣，而且出生在一個比阿蘭家更有意思并兼具科學(xué)氣氛的家庭?？死锼雇懈サ耐庾娓甘羌s瑟夫?斯萬爵士，他在 1879 年發(fā)明了白熾燈泡，獨(dú)立于愛迪生的發(fā)明。
回想起來，圖靈很可能在那時發(fā)現(xiàn)了他的同性戀傾向，克里斯托弗是他的初戀。但是沒有任何跡象表明，這兩名青年之間發(fā)生了身體接觸，他們一起做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，交流數(shù)學(xué)公式，并探討埃丁頓和劍橋大學(xué)另一位天文學(xué)教授詹姆斯?簡爵士所著書中的新天文學(xué)和新物理學(xué)。
大學(xué)時代的圖靈
劍橋大學(xué)是有抱負(fù)的英國科學(xué)家追逐向往之地，其在科學(xué)和數(shù)學(xué)上最享有盛名的學(xué)院就是三一學(xué)院。1929 年 12 月，阿蘭和克里斯托弗花了一周的時間到劍橋大學(xué)參加獎學(xué)金考試，一起沐浴在弗朗西斯?培根、艾薩克?牛頓、詹姆斯?克拉克?麥克斯韋母校的氛圍中。他們回到舍伯恩一周后，考試結(jié)果公布在了《泰晤士報》上。阿蘭沒被錄取，而克里斯托弗被錄取了?？死锼雇懈⑶巴粚W(xué)院，而阿蘭最大的希望是能爭取在下一年入學(xué)三一學(xué)院或者劍橋的其他學(xué)院。
兩個月后，克里斯托弗突然生病并在一周內(nèi)去世，病因是他小時候所感染的牛結(jié)核病。他們舍伯恩的一位舊日同窗在信中寫道：“可憐的圖靈因?yàn)檫@個打擊幾乎崩潰，他們一定是極其要好的朋友。” 雖然圖靈也與其他男人有著更親密的性關(guān)系，但顯然他對克里斯托弗的愛與崇拜是其他人所不能比的。
1930 年 12 月，圖靈再次參加了三一學(xué)院的考試，但仍然未被錄取。他的第二選擇是劍橋大學(xué)國王學(xué)院。這一次，他決定專攻數(shù)學(xué)，全心鉆研 G. H. 哈代的經(jīng)典著作《純數(shù)學(xué)教程》（A Course of Pure Mathematics）備考，這本書在當(dāng)時已經(jīng)是第 15 版了。1931 年秋，阿蘭開始了他在劍橋大學(xué)國王學(xué)院的學(xué)習(xí)。
接來的一年，圖靈研究起一本叫做《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》（Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik）的新書，這本書由年輕的匈牙利數(shù)學(xué)家約翰?馮?諾依曼所著。20 世紀(jì) 20 年代中期，馮?諾依曼曾與大衛(wèi)?希爾伯特在哥廷根大學(xué)一起共事。絕大多數(shù)早期量子力學(xué)的數(shù)學(xué)研究工作都是在哥根廷大學(xué)進(jìn)行的。20 世紀(jì) 30 年代，馮?諾依曼移民美國并在普林斯頓大學(xué)任教，1933 年成為普林斯頓高等研究院聘任的首批數(shù)學(xué)家之一?，F(xiàn)在，通過一些場合，馮?諾依曼和阿蘭?圖靈的生活開始有了交集。
圖靈與馮?諾依曼的第一次見面很可能是在 1935 年夏天，當(dāng)時馮?諾依曼利用在普林斯頓大學(xué)的工作假期來到劍橋大學(xué)做關(guān)于殆周期函數(shù)的演講。圖靈已經(jīng)熟知演講的主題以及馮?諾依曼在這方面的研究工作。就在那年春天，圖靈已經(jīng)發(fā)表了他的第一篇論文，共兩頁，討論了 “左右殆周期性的等價性”（Equivalence of Left and Right Almost Periodicity，倫敦數(shù)學(xué)學(xué)會，1935），推廣了馮?諾依曼在前一年發(fā)表的一篇論文。
他們都沒想到，兩人會在次年于新澤西州的普林斯頓再次相遇。
圖靈對于數(shù)理邏輯這一精妙深奧領(lǐng)域的興趣可能開始于 1933 年，當(dāng)時他閱讀了伯特蘭?羅素 1919 年的作品《數(shù)學(xué)哲學(xué)導(dǎo)論》。書的末尾寫道：
“如果有學(xué)生因?yàn)檫@本書而邁入數(shù)理邏輯的大門，并進(jìn)行認(rèn)真的研究，那么這本書就達(dá)到當(dāng)時寫作的初衷了?！?/p>
1935 年的春季學(xué)期，圖靈修讀了 “數(shù)學(xué)基礎(chǔ)” 課程，授課人是麥克斯韋?赫爾曼?亞歷山大?紐曼（1897—1984），其姓名縮寫 M.H. A.。紐曼更為人熟知，人們常親切地稱他麥克斯。麥克斯?紐曼名聲在外的是他在組合拓?fù)浞矫娴墓ぷ?，不過他也可能是劍橋大學(xué)在數(shù)理邏輯方面最有見識的人。紐曼整個課程的高潮是對哥德爾不完備性定理的證明。（研究生水平的數(shù)理邏輯導(dǎo)論課程至今仍然采用類似的結(jié)構(gòu)。
此外，紐曼的課程也涵蓋了尚未解決的判定性問題。“是否有一種確定的方法，或者紐曼所說的‘機(jī)械過程’，它可以應(yīng)用于一個數(shù)學(xué)命題，并得出該命題能否被證明的結(jié)論？” 當(dāng)然，對于 “機(jī)械過程”，紐曼指的不是一臺機(jī)器。機(jī)器也許能夠進(jìn)行簡單的算術(shù)，但幾乎不能解決實(shí)際意義上的數(shù)學(xué)問題。紐曼暗指的是后人稱為 “算法” 的一類過程 —— 用于解決某個問題的一組明確（但無意識的、非智能的）指令集。圖靈開始研究判定性問題很可能是在 1935 年初夏。那時，他已經(jīng)獲得了劍橋大學(xué)獎學(xué)金，每年 300 英鎊。圖靈后來說，想到判定性問題的解決思路時，他正躺在格蘭切斯特草坪上，這是劍橋?qū)W生很喜歡的一個休閑場所，距國王學(xué)院大約兩英里。
到 1936 年 4 月，圖靈把論文 “論可計算數(shù)及其在判定性問題上的應(yīng)用” 的草稿交給了紐曼。
大約在麥克斯?紐曼閱讀圖靈論文手稿的同一時間，他又收到美國數(shù)學(xué)家阿隆索?邱奇寄來的短論文 “判定性問題的筆記” 13 的單行本?；谝芽龅牧硪黄撐?，邱奇的文章同樣做出了判定性問題不可解的結(jié)論。
別人比圖靈捷足先登了。這通常意味著他的論文不能發(fā)表，注定要被遺忘。但麥克斯?紐曼意識到，圖靈的方法更具創(chuàng)新性，并且與邱奇的方法有著很大的差異。他仍然建議圖靈向倫敦數(shù)學(xué)學(xué)會提交論文發(fā)表。（從發(fā)表的論文看，該學(xué)會于 1936 年 5 月 28 日收到它。）圖靈在 5 月 29 日給他母親的信上對此做出了解釋：
“現(xiàn)在，有一篇論文同時在美國發(fā)表，作者是阿隆索?邱奇，他和我做的事相同，只是方法不同。盡管如此，紐曼先生和我覺得，截然不同的方法完全能夠讓我的論文得以發(fā)表。阿隆索?邱奇住在普林斯頓，所以我已經(jīng)相當(dāng)確定，我將去那里?！?/p>
圖靈的論文發(fā)表在倫敦數(shù)學(xué)學(xué)會 1936 年 11 月和 12 月的論文集里，1937 年 12 月發(fā)表了一份三頁紙的修訂稿。阿隆索?邱奇在 1937 年 5 月的《符號邏輯雜志》（Journal of Symbolic Logic）中針對這篇論文寫了一篇只有四段的評論，其中寫道：“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(jī)?！?這是已知的 “圖靈機(jī)” 一詞最早見諸文字的地方。
早在 1935 年 5 月，圖靈就考慮去普林斯頓大學(xué)，也申請了普林斯頓大學(xué)的訪問獎學(xué)金。一年后，他發(fā)現(xiàn)普林斯頓大學(xué)數(shù)學(xué)系教授邱奇也發(fā)表了一篇關(guān)于判定性問題的論文，于是圖靈 “相當(dāng)肯定地決定” 要去普林斯頓大學(xué)。
紐曼為此提供了幫助。他向邱奇介紹了圖靈的工作，并在同一封信中，請他幫助圖靈獲得獎學(xué)金：
“我應(yīng)該指出，圖靈的工作是完全獨(dú)立進(jìn)行的，一直沒有得到任何人的指導(dǎo)或者評判。因而，讓他盡早接觸本領(lǐng)域的頂尖人員變得更加重要，這樣他才不致于孤獨(dú)成性?！?/p>
傾向于獨(dú)立工作，不受外界影響，這實(shí)際上是圖靈的一個大問題。早在他年輕的時候，圖靈就重新創(chuàng)立了二項式理論，并發(fā)明了自己的微積分記號。在嘗試解決判定性問題時，他不熟悉邱奇及其同事們的早期成果，這也許是件好事，否則他可能就不會找到這樣有趣的解決方法了。然而，一般說來，還是有必要知道在世界其他地方發(fā)生了什么事情，而對于數(shù)理邏輯領(lǐng)域，普林斯頓就是這樣的地方。圖靈沒能獲得他申請的普羅科特獎學(xué)金，但得到了國王學(xué)院的獎學(xué)金。
圖靈攻讀博士
新澤西州普林斯頓的知識光環(huán)由于高等研究院的成立而變得更加熠熠生輝。高等研究院的成立得到路易斯?班伯格 5 百萬美元的捐贈。班伯格創(chuàng)建了班伯格百貨連鎖店，并在 1929 年經(jīng)濟(jì)大蕭條之前將其出售給了梅西百貨公司。
高等研究院一開始成立的目的是為了促進(jìn)科學(xué)和歷史研究。在最初的幾年中，高等研究院的數(shù)學(xué)學(xué)院與普林斯頓大學(xué)的數(shù)學(xué)系在同一座樓，這促成了兩個機(jī)構(gòu)之間的許多交流。高等研究院迅速成為了優(yōu)秀科學(xué)家和數(shù)學(xué)家的家園，他們中的一些人是逃離了危險的歐洲來到這里的，其中最有名的是愛因斯坦。他于 1933 年來到這里，并在此度過了余生。
圖靈于 1936 年 9 月到達(dá)普林斯頓大學(xué)時，非常想見到庫爾特?哥德爾。一年前，哥德爾還身在高等研究院，之后也回來過，可惜的是一直未能與圖靈謀面。
圖靈在劍橋大學(xué)時見過的馮?諾依曼此時在高等研究院，還有同樣來自劍橋大學(xué)的 G. H. 哈代。理查德?柯朗和赫爾曼?外爾也在高等研究院，他們幾年前逃離了哥廷根。
圖靈在普林斯頓大學(xué)待了兩年，并獲得了第二年的普羅科特獎學(xué)金（總共 2000 美元），邱奇成為了圖靈的論文指導(dǎo)教授。在邱奇的指導(dǎo)下，圖靈寫了一篇論文，并在 1938 年 6 月 21 日獲得了博士學(xué)位。圖靈婉拒了馮?諾依曼提出的一份 1500 元年薪、擔(dān)任其助理的工作，并于一個月后回到了英國。他在劍橋大學(xué)教授數(shù)學(xué)基礎(chǔ)這一課程。
圖靈與人工智能
圖靈是一位英國數(shù)學(xué)家，他是計算機(jī)科學(xué)史上相當(dāng)杰出的人物；學(xué)習(xí)過人工智能、計算機(jī)科學(xué)和密碼學(xué)課程的學(xué)生應(yīng)該熟悉他的貢獻(xiàn)。他對人工智能的貢獻(xiàn)在于著名的為測試人工智能開發(fā)的圖靈測試他試圖解決人工智能中有爭議的問題，如“計算機(jī)是否有智能？”，由此制訂了這個測試。在理論計算機(jī)科學(xué)中，有一門課程是研究圖靈機(jī)的計算模型。圖靈機(jī)是一個捕捉計算本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。它的設(shè)計旨在固答這個問題：“函數(shù)可計算意味著什么？” 讀者應(yīng)該理解，在第一臺數(shù)字計算機(jī)出現(xiàn)的七八年前，圖靈就在本質(zhì)上討論了使用算法來解決特定問題的概念。
你可能已經(jīng)看過描繪英國之戰(zhàn)的第二次世界大戰(zhàn)的電影。1940—1944 年間，德國飛機(jī)在英國丟下了近 20 萬噸炸彈：在倫敦外的布萊奇利公園，圖靈帶領(lǐng)一隊數(shù)學(xué)家破解德國密碼——人稱“恩尼格瑪密碼（Enigma Code）”他們最終用恩尼格瑪密碼機(jī)破解了密碼。這個設(shè)備破譯了發(fā)送到德國船只和飛機(jī)的所有軍事命令的密碼。圖靈小組的成功在盟軍的勝利中發(fā)揮了決定性的作用。
圖靈發(fā)明了存儲程序概念，這是所有現(xiàn)代計算機(jī)的基礎(chǔ)。1935 年之前，他就已經(jīng)描述了一臺具有無限存儲空間的抽象計算機(jī)器一它具有一個讀取頭（掃描囂〉，來回移動讀取存儲空間，讀取存儲在存儲空間中的程序指定的符號：這一概念稱為通用圖靈機(jī)（Universal Turing Machine）。
圖靈很早就對如何組織神經(jīng)系統(tǒng)促進(jìn)大腦功能提出了自己的見解：Craig Webster 在其文章中闡釋了圖靈的論文《Computing Machinery and Intelligence》（最終于 1950 年發(fā)表在 Mind 上），將圖靈 B 型網(wǎng)絡(luò)作為無組織的機(jī)器進(jìn)行了介紹，這個 B 型網(wǎng)絡(luò)在人類嬰兒的大腦皮層中可以發(fā)現(xiàn)。這種有遠(yuǎn)見的觀察提醒了我們智能體的世界觀。
圖靈論述了兩種類型的無組織機(jī)器，它們稱為類型 A 和類型 B。類型 A 機(jī)器由 NAND 門組成，其中每個節(jié)點(diǎn)具有用 0 或 1 表示的兩種狀態(tài)、兩種輸入和任何數(shù)目的輸出。每個 A 型網(wǎng)絡(luò)都以特定的方式與另外 3 個 A 型節(jié)點(diǎn)相交，產(chǎn)生組成 B 型節(jié)點(diǎn)的二進(jìn)制脈沖：圖靈已經(jīng)認(rèn)識到培訓(xùn)的可能性以及自我刺激反饋循環(huán)的需要，圖靈還認(rèn)為需要一個“遺傳搜索”來訓(xùn)練 B 型網(wǎng)絡(luò)，這樣就可發(fā)現(xiàn)令人滿意的值（或模式）。
在布萊奇利公園，圖靈經(jīng)常與唐納德·米基（他的同事和追隨者）討論機(jī)器如何從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)和解決新問題的概念。后來，這被稱為啟發(fā)法問題求解和機(jī)器學(xué)習(xí)。
圖靈很早就對用國際象棋游戲作為人工智能測試平臺的問題求解方法有了深刻的認(rèn)識。雖然他那個時代的計算機(jī)器還不足以開發(fā)出強(qiáng)大的國際象棋程序，但是他意識到了國際象棋所提出的挑戰(zhàn)（具有 <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><annotation encoding="application/x-tex">10^{20}</annotation></semantics></math>1020 種可能的合法棋局）。前面提到，其 1948 年的論文《計算機(jī)器和智能》為此后所有的國際象棋程序奠定了基礎(chǔ)，導(dǎo)致在 20 世紀(jì) 90 年代發(fā)展出了可以與世界冠軍競爭的大師級機(jī)器。
