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艾倫·圖靈

英國數學家、計算機科學家

艾倫·麥席森·圖靈，OBE，FRS（英語：Alan Mathison Turing，又譯阿蘭·圖靈，Turing也常翻譯成涂林或者杜林，1912年6月23日—1954年6月7日）是英國電腦科學家、數學家、邏輯學家、密碼分析學家和理論生物學家，他被譽為電腦科學與人工智能之父。

艾倫·麥席森·圖靈
Sajufo Alan Mathison Turing
攝於1936年
出生(1912-06-23)1912年6月23日
 英國倫敦麥達維爾
逝世1954年6月7日(1954歲—06—07)（41歲）
 英國柴郡威姆斯洛
死因自殺意外
墓地骨灰撒在沃金火葬場（英語：Woking Crematorium）[2]附近
居住地 英國柴郡威姆斯洛
國籍 英國
母校劍橋大學
普林斯頓大學
知名於圖靈機、圖靈測試（圖靈試驗）
科學生涯
研究領域數學、密碼分析、邏輯學及電腦科學 、數理生物學
機構劍橋大學
曼徹斯特大學
論文Systems of Logic Based on Ordinals（1938）
博士導師阿隆佐·邱奇[1]
博士生羅賓·甘迪（英語：Robin Gandy）[1]
運動生涯
運動田徑
專案長跑
  • 馬拉松：2小時46分03秒（手動） （1947年）
運動成績與頭銜
全國性決賽
  • 1947年英格蘭業餘田徑錦標賽：馬拉松第五名
最近更新於：2017年3月11日
簽章

二次世界大戰期間，「Hut 8」小組，負責德國海軍密碼分析。 期間他設計了一些加速破譯德國密碼的技術，包括改進波蘭戰前研製的機器Bombe（英語：Bombe），一種可以找到恩尼格瑪密碼機設置的機電機器。 圖靈在破譯截獲的編碼資訊方面發揮了關鍵作用，使盟軍能夠在包括大西洋戰役在內的許多重要交戰中擊敗軸心國海軍，並因此幫助贏得了戰爭[3][4]。

圖靈對於人工智能的發展有諸多貢獻，例如圖靈曾寫過一篇名為《計算機器和智能（英語：Computing Machinery and Intelligence）》的論文，提問「機器會思考嗎？」（Can Machines Think?），作為一種用於判定機器是否具有智能的測試方法，即圖靈測試[5]。至今，每年都有試驗的比賽。此外，圖靈提出的著名的圖靈機模型為現代電腦的邏輯工作方式奠定了基礎。

圖靈是著名的男同性戀者，並因為其性傾向而遭到當時的英國政府迫害，職業生涯盡毀。他亦患有花粉過敏症。

圖靈還是一位世界級的長跑運動員。他的馬拉松最好成績是2小時46分03秒（手動計時），比1948年奧林匹克運動會金牌成績慢11分鐘。1948年的一次越野賽跑中，他跑贏了同年奧運會銀牌得主湯姆·理查茲[6]。

生平

孩童和年輕時代

圖靈的父親朱利斯·麥席森·圖靈（Julius Mathison Turing）是一名英屬印度的公務員。1911年，圖靈的母親Ethel Sara Stoney（德語：Ethel Sara Turing）在英屬印度懷了孕。因為他們希望艾倫在英國出生，所以回到倫敦，住在帕丁頓，並在那裏生下了艾倫。父親的公務員委任使他在小時候經常來往於英倫和印度。由於擔心印度的氣候不利於兒童成長，他便把家庭留在英倫與朋友同住。圖靈很小的時候就表現出他的天賦，後來越發明顯[7]。

1927年，他的父母在吉爾福德購買了一所房子，圖靈在學校放假期間住在該處。該位置附近還標有藍色路牌。[8]

六歲的時候，他的父母為他在一間叫聖米高（St. Michael's）的日間學校註冊。女校長很快就注意到他的才能，隨後馬爾伯勒學院的許多教育家也注意到這點。1926年，他十三歲的時候考入在多塞特郡的舍伯恩學校（英語：Sherborne School）。[9]開學的第一天，不幸遇上了大罷工。圖靈堅決要上第一天的課，於是他獨自從南安普頓騎了六十英哩的自行車去上學，途中還在一間旅社度過一宵。[10]

圖靈天生對科學的喜好並沒有給他在謝爾本的老師留下好印象。他們對教育較爲着重於人文學科而不是科學。雖然如此，圖靈繼續在他喜歡的學科表現出驚人的能力，還沒有學過基礎微積分的他，就已經能夠解答以他年紀來說算是很高深的難題。

1928年，在圖靈16歲的時候，開始閱讀阿爾伯特·愛因斯坦的著作。他不但能夠理解，而且看出了愛因斯坦對牛頓運動定律存有質疑，即使愛因斯坦的著作中並沒有明白指出這點。[11]

大學生涯

 
劍橋大學國王學院的電腦房現在以圖靈為名

1931年，圖靈考入劍橋大學國王學院攻讀本科，並獲得了數學一等榮譽。

1934年他以優異成績畢業。

1935年，22歲的他憑藉證明中心極限定理的論文被選為國王學院院士。[12] [13]雖然說圖靈不知道，該定理已在1922年由亞爾·瓦爾德馬·林德伯格（英語：Jarl Waldemar Lindeberg）證明。儘管如此，委員會認為這項研究值得考慮提供研究金。

圖靈在他的重要論文《論可計算數及其在判定問題上的應用》（英語：On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem）里[14]，對哥德爾1931年在證明和計算的限制的結果作了重新論述，他用現在叫做圖靈機的簡單形式的抽象裝置代替了哥德爾的以通用算術為基礎的形式語言。雖然圖靈機過於緩慢的速度使其沒有實際用途，圖靈還是證明了這樣的機器有能力解決任何可想像的，並以數學式表達的數學難題。現今，圖靈機還是計算理論研究的中心課題。他繼續證明了判定問題是沒有答案的。他的證明首先展示了圖靈機的停機問題沒有答案，這是說不可能用一個演算法來決定一台指定的圖靈機是否會停機。儘管他的證明比阿隆佐·邱奇在λ演算方面相等的證明晚發表了幾個月，圖靈的著作是更易於理解和直觀。他的通用（圖靈）機的概念也很新穎。這一通用機能夠完成任何其他機器所能做的任務。這篇論文還介紹了可定義數的概念。[15]

1936年9月到1938年7月間，圖靈大部分時間都在普林斯頓大學的教堂下學習，第二年被評選爲簡·伊麗莎·寶潔獎學金客座教授（Jane Eliza Procter Visiting Fellow）。除了他的純數學工作外，他亦研究密碼學，並建造了機電二進制乘法器的四個階段中的其中三個。[16]1938年6月，獲普林斯頓數學系博士學位；[17]他的論文基於序數的邏輯系統[18][19] ,介紹了序數邏輯的概念和相對計算的概念，其中圖靈機增加了所謂的預言機，允許學者進一步研究圖靈機無法解決的問題。馮·諾依曼有意聘請圖靈做他的博士後助理，但他謝絕後又回到了英國。[20]

1939年圖靈回到劍橋，聆聽了維特根斯坦關於數學基本原理（Foundations of mathematics）的講座。他們激烈地爭論，圖靈為形式主義辯護，而維特根斯坦則認為把數學抬得太高反而不能發現任何絕對真理。

密碼分析

在第二次世界大戰期間，圖靈是布萊切利莊園破解德國密碼的主要參與者。歷史學家和戰時密碼破譯員Asa Briggs（英語：Asa Briggs）曾說過：「你需要非凡的天賦，你需要布萊切利的天才，而圖靈就是那個天才。」[21]

從1938年9月起，圖靈在英國密碼破譯組織政府密碼和密碼學校(GC&CS)兼職工作。他與高級GC&CS密碼破譯員第利溫·諾克斯一起專注於對德國使用的恩尼格瑪密碼機進行密碼分析。[22]

1939年7月，波蘭密碼局在華沙附近的會議上向英國和法國提供了恩尼格瑪密碼機機器的詳細資訊以及他們解密恩尼格瑪密碼機機器資訊的方法。不久後，圖靈和諾克斯開發了一個更具廣泛性的解決方案。[23]波蘭方法依賴於德國人的不嚴謹的程式。圖靈的方法更通用，使用基於恩尼格瑪分析，他為此製作了炸彈的功能規範（對波蘭炸彈的改進）。[24]

1939年圖靈被英國皇家海軍招聘，並在英國軍情六處監督下從事對德國機密軍事密碼的破譯工作。兩年後他的小組成功破譯了德國的密碼系統恩尼格瑪密碼機[註 1]，從而使得軍情六處對德國的軍事指揮和計劃瞭如指掌。但是軍情六處以機密為由隱瞞了圖靈小組的存在和成就，將其所得情報據為己有。

通過使用統計技術來優化密碼破譯過程中不同可能性的試驗，圖靈為該課題做出了創新貢獻。他寫了兩篇有關數學計算方法的論文，題為 The Applications of Probability to Cryptography[25]和Paper on Statistics of Repetitions[26] , 對 GC&CS 及其繼任者GCHQ具有十分重要的價值，以至於它們直到2012年4月才被發佈給英國國家檔案館，也就是他誕辰一百週年前不久。一位GCHQ數學家，「他只承認自己是理查德」，當時說，根據官方保密法，內容被封鎖了大約 70 年這一事實證明了它們的重要性，以及它們與戰後密碼分析的相關性：[27]

說，內容受到限制的事實「表明它在我們學科的基礎中具有多麼巨大的重要性」。...論文詳細使用「數學分析來嘗試確定哪些是更有可能的設置，以便盡快嘗試它們。」 ......理查德說，GCHQ 現在已經從這兩篇論文中「榨取了汁液」，並且「很高興將它們發佈到公共領域」。


圖靈在布萊切利莊園以其古怪的性格而聞名。他的同事稱他為「教授」（Prof），而他關於恩尼格瑪密碼機的論文被也被稱為「教授之書」。[28][29]根據歷史學家Ronald Lewin（英語：Ronald Lewin）的說法，與圖靈一起工作的密碼分析家I·J·古德（英語：I. J. Good）談到他的同事時說：

每年六月的第一周，他都會患上花粉熱，他會戴着防毒面具騎自行車去辦公室，以防花粉。他的自行車有毛病：鏈條會定期脫落。他沒有修理它，而是計算踏板轉動的次數，並及時下車手動調整鏈條。他的另一個怪癖是他把杯子拴在散熱器管上以防被偷。[30]


彼得希爾頓在他的「美國數學世紀的回憶」中講述了他在小屋8中與圖靈合作的經歷： [31]

遇到真正的天才是一種難得的經歷。我們這些有幸居住在學術世界的人都熟悉才華橫溢的同事提供的智力刺激。我們可以欣賞他們與我們分享的想法，並且通常能夠理解它們的來源；我們甚至可能經常相信我們自己可以創造這樣的概念並產生這樣的想法。然而，分享天才的智力生活的體驗卻完全不同；一個人意識到自己是在一種智能的面前，一種對如此深刻和獨創性的敏感性，以至於一個人充滿了驚奇和興奮。艾倫·圖靈就是這樣一個天才，而那些像我一樣，在第二次世界大戰的奇怪緊急情況下擁有驚人而意想不到的機會的人

希爾頓在 Nova PBS紀錄片《解碼納粹秘密》中也表達了類似的想法。[32]


在布萊奇利莊園工作期間，圖靈是也一位才華橫溢的長跑運動員，當需要開會時，他偶爾會跑 40 英里（64 公里）到倫敦，[33]他有能力達到世界級的馬拉松標準。[34][35]圖靈為 1948 年英國奧運代表隊進行了試訓，但他也被傷病的阻礙。他的馬拉松選拔時間僅比英國銀牌得主托馬斯·理查茲（Thomas Richards）的奧運會比賽時間（2小時35分鐘）慢了11分鐘。他是沃爾頓競技俱樂部最好的跑者，這一事實是在他獨自跑過小組時發現的。 [36][37][38]當被問及為什麼他在訓練中跑得如此努力時，他回答說：

我的工作壓力很大，要想擺脫它，唯一的辦法就是努力奔跑。這是我釋放壓力的唯一方法。[39]


由於歷史反事實的問題，很難準確估計超智能對戰爭的影響。[40]然而，官方戰爭歷史學家哈里·欣斯利（英語：Harry Hinsley）估計，這項工作將歐洲的戰爭縮短了兩年多，挽救了超過 1400 萬人的生命。[41]

戰爭結束時，向所有在布萊切利莊園工作的人傳送了一份備忘錄，提醒他們《官方保密法》規定的沉默守則不會隨着戰爭而結束，而是會無限期地繼續下去。[42] 因此，儘管圖靈在 1946 年被喬治六世國王任命為大英帝國勳章(OBE)，以表彰他在戰時的服務，但他的工作多年來一直保密。[43][44]

早期的電腦研究：圖靈測試

 
在布萊切利莊園的圖靈石像[45]
主條目：圖靈測試

1945年到1948年，圖靈在國家物理實驗室負責自動計算引擎（ACE）的研究工作。1949年，他成為曼徹斯特大學電腦實驗室的副主任，負責最早的真正的電腦---曼徹斯特一號的軟件工作。在這段時間，他繼續作一些比較抽象的研究，如「電腦械和智能」。圖靈在對人工智能的研究中，提出了一個叫做圖靈測試的實驗，嘗試定出一個決定機器是否有感覺的標準。[15]

1952年，圖靈寫了一個國際象棋程式。可是，當時沒有一台電腦有足夠的運算能力去執行這個程式，他就模仿電腦，每走一步要用半小時。他與一位同事下了一盤，結果程式輸了。

後來美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究組根據圖靈的理論，在ENIAC上設計出世界上第一個電腦程式的國際象棋－洛斯阿拉莫斯國際象棋。

圖案形成和數理生物學的研究

從1952年直到去世，圖靈一直在生物數學方面做研究。他在1952年發表了一篇論文《形態發生的化學基礎》（英語：The Chemical Basis of Morphogenesis）。[46]他主要的興趣是費波那契葉序列，存在於植物結構的費波那契數。他應用了反應-擴散公式，現在已經成為圖案形成範疇的核心。他後期的論文都沒有發表，一直等到1992年《艾倫·圖靈選集》出版，這些文章才見天日。[47]2012年，《自然》雜誌稱讚他是有史以來最具科學思想的人物之一。[48]

迫害和逝世

 
圖靈在東柴郡威姆斯洛的家，掛有藍色牌匾。

因為圖靈的同性戀傾向而遭到的迫害使得他的職業生涯盡毀。1952年，他的同性伴侶協同一名同謀一起闖進圖靈的房子行竊，但是英國警方的調查結果使得他被控以「明顯的猥褻和性顛倒行為」罪（請參看性悖軌法）。他沒有申辯，並被定罪。在著名的公審後，他被給予了兩個選擇：坐牢或女性荷爾蒙注射「療法」（即化學閹割）。他最後選擇了雌激素注射[49]，並持續一年。在這段時間裏，藥物產生了包括乳房不斷發育的副作用，也使原本熱愛體育運動的圖靈在身心上受到極大傷害。1954年，圖靈因食用浸過氰化物溶液的蘋果而死亡。很多人相信他有意吃這蘋果，並判決他是自殺。但是他的母親Ethel Sara Stoney（德語：Ethel Sara Turing）極力爭辯他的死是意外，因為圖靈工作室有很多化學品，而他不小心讓蘋果沾上氰化物溶液。

政府的道歉和平反

在2009年9月10日，一份超過3萬人的請願簽章，使英國首相白高敦在《每日電訊報》撰文，因為英國政府當年以同性戀相關罪名起訴圖靈並定罪，讓他自殺身亡，正式向艾倫·圖靈公開道歉。[50][51][52]

至2012年，有2萬多人簽名請願，要求英國政府追授圖靈死後赦免狀，但被當場拒絕。英國上議院的麥克納利勳爵（英語：Lord McNally）解釋說：「死後赦免狀是不合理的，因為圖靈是根據當時的法律被定罪。圖靈應當知道他的所做所為會觸犯法律，他也應當意識到他有可能會受到迫害。圖靈在當時的判罪在今天看來既殘酷又荒唐，這無疑是一個悲劇，尤其我們應當知道他對戰爭勝利做出了卓越的貢獻。然而，我們不應當脫離歷史背景看待這一事件，在那時的法律這的確是重刑。我們不應該在糾結於把不正確的事強行撥亂反正，我們所能做的是確保今日的社會再也不要回到過去及重複歷史。」[53]

2013年12月24日，英國司法部宣佈英國女王伊利沙伯二世赦免1952年因同性戀行為被定罪的艾倫·圖靈，不過有抗議者指出應將此赦免令範圍擴大到所有和圖靈同時代且受到同樣待遇的同性戀者。[54][55]

2015年2月23日，圖靈的家人向英國首相府邸發出了一份超過50萬人簽名的請願書，要求英國政府赦免49,000個和圖靈一樣因同性戀而獲罪的人。2017年1月31日，艾倫·圖靈法案生效，約49,000位因同性戀定罪者被赦免[56]。

獎項、榮譽、表彰和敬意

 
曼徹斯特大學的艾倫圖靈大廈（英語：Alan Turing Building）
 
圖靈紀念雕像，位於曼徹斯特的Sackville公園。

圖靈被授予1946年大英帝國勳章。他在1951年還被選為皇家學會（FRS）的成員。有幾件事情以他的名字命名：

自1966年以來，圖靈獎每年由電腦協會頒發給電腦界，為其提供技術或理論貢獻。 它被廣泛認為是電腦科學世界的最高榮譽，相當於諾貝爾獎[57]。

2021年英格蘭銀行選擇了圖靈作為印刷在新版50英鎊紙幣背面的人物[58]。

蘋果公司的商標

蘋果公司的商標有時會被誤認為是源於圖靈自殺時咬下的半個蘋果[59]，但該圖案的設計師[60]和蘋果公司都否認了這一說法[61]。而公司創辦人史蒂夫·喬布斯在接受史蒂芬·弗萊問到此事時說：「上帝啊，我們希望它（LOGO向圖靈致敬）是真的。但它只是巧合。」（"God we wish it were. It's just a coincidence."）[62]

顯示卡

圖靈的名字也被輝達用來命名NVIDIA GeForce 16系列,NVIDIA GeForce 20系列顯示卡核心名稱。

流行文化

影視作品

參見

註釋

  1. ^ 原型解碼機「炸彈（英語：Bombe）」經數學家戈登·魏齊曼（英語：Gordon Welchman）改良。[15]

參考資料

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  • Andrew Hodges; Douglas Hofstadter. Alan Turing: The Enigma: The Book That Inspired the Film "The Imitation Game". Princeton University Press. 2014-11-10. ISBN 978-069-116-472-4 （英語）. 
  • 柯利弗德·皮寇弗; 陳以禮（翻譯）. The Math Book:From Pythagoras to the 57th Dimension, 250 Milestones in the History of Mathematics [數學之書]. 時報文化. 2013-04-16. ISBN 978-957-135-699-0 （中文（繁體））. 

外部連結

 
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