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艾倫·麥席森·圖靈

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艾倫·麥席森·圖靈(Alan Mathison Turing 1912年6月23日 --- 1954年6月7日),英國數學家、邏輯學家,他被視為「計算機之父」。是計算機邏輯的奠基者,提出了「圖靈機」和「圖靈測試」等重要概念。人們為紀念其在計算機領域的卓越貢獻而設立「圖靈獎」。

1 艾倫·麥席森·圖靈 -簡介

艾倫·麥席森·圖靈艾倫·麥席森·圖靈

艾倫·麥席森·圖靈( Alan Mathison Turing) ,1912年6月23日生於英國倫敦。是英國著名的數學家和邏輯學家,被稱為計算機科學之父、人工智慧之父,是計算機邏輯的奠基者,提出了「圖靈機」和「圖靈測試」等重要概念。圖靈提出的著名圖靈機模型為現代計算機的邏輯工作方式奠定了基礎。人們為紀念其在計算機領域的卓越貢獻而設立「圖靈獎」。

圖靈也是一位世界級長跑運動員。他的馬拉松最好成績為2小時46分3秒,比1948年奧林匹克運動會金牌成績慢11分鐘。1948年的一次跨國賽跑比賽中,他跑贏了同年奧運會銀牌得主湯姆·理查茲(Tom Richards)。

圖靈是著名的同性戀之一,並因為其同性戀傾向而遭到迫害,使他的職業生涯盡毀。

2 艾倫·麥席森·圖靈 -生平經歷

Alan Mathison Turing 阿蘭・麥席森・圖靈 1912年6月23日 —1954年6月7日艾倫·麥席森·圖靈

1912年6月23日,出生於英國倫敦。   

1931年-1934年,在英國劍橋大學國王學院(King's College)學習。   

1932年-1935年,主要研究量子力學、概率論和邏輯學。   

1935年,年僅23歲的圖靈,被選為劍橋大學國王學院院士。   

1936年,主要研究可計算理論,並提出「圖靈機」的構想。   

1936年-1938年,主要在美國普林斯頓大學做博士研究,涉及邏輯學、代數和數論等領域。  

1938-1939年,返回劍橋從事研究工作,並應邀加入英國政府破譯二戰德軍密碼的工作。   

1940年-1942年,作為主要參與者和貢獻者之一,在破譯納粹德國通訊密碼的工作上成就傑出,並成功破譯了德軍U-潛艇密碼,為扭轉二戰盟軍的大西洋戰場戰局立下汗馬功勞。   

1943年-1945年,擔任英美密碼破譯部門的總顧問。   

1945年,應邀在英國國家物理實驗室從事計算機理論研究工作。   

1946年,這個時候,圖靈在計算機和程序設計原始理論上的構思和成果,已經確定了他的理論開創者的地位。由於圖靈的傑出貢獻,年輕的他被英國皇室授予OBE爵士勛銜。   

1947年-1948年,主要從事計算機程序理論的研究,並同時在神經網路和人工智慧領域做出開創性的理論研究。   

1948年,應邀加入英國曼徹斯特大學從事研究工作,擔任曼徹斯特大學計算實驗室副主任。   

1949年,成為世界上第一位把計算機實際用於數學研究的科學家。  

1950年,發表論文「計算機器與智能」,為後來的人工智慧科學提供了開創性的構思。提出著名的「圖靈測試」理論。   

1951年,從事生物的非線性理論研究。年僅39歲的圖靈,被選為英國皇家學會會員。   

1952年,在當年保守和冷戰的時代,當警察得知圖靈與同性朋友密切交往的消息之後,同性戀傾向的圖靈被逮捕入獄。在法庭審判過程中,圖靈明確告知人們,他認為自己沒有做錯什麼事。在那個觀念相對保守的年代,為了避免被判刑入獄,圖靈被迫選擇了為期一年的雌性激素注射的所謂「治療」,才得以重新返回研究工作。   

1953年-1954年,繼續在生物和物理學等方面的研究。被迫承受的對同性戀傾向的「治療」,致使原本熱愛體育運動的圖靈在身心上受到極大的傷害。   

1954年6月7日,圖靈被發現死於家中的床上,床頭還放著一個被咬了一口的蘋果。警方調查后認為是氰化物中毒,調查結論為自殺。

3 艾倫·麥席森·圖靈 -重要成就

艾倫·麥席森·圖靈劍橋大學國王學院的計算機房現在以圖靈為名

可計算性理論  

20世紀以前,人們普遍認為,所有的問題類都是有演算法的,人們的計算研究就是找出演算法來。萊布尼茨(Leibniz)開創了數理邏輯的研究工作。但是20世紀初,人們發現有許多問題已經過長期研究,仍然找不到演算法。

為消除後期演算法的不確定性,艾倫·麥席森·圖靈在他的「論可計算數及其在判定問題中的應用」一文中從一個全新的角度定義了可計算函數,他全面分析了人的計算過程,把計算歸結為最簡單、最基本、最確定的操作動作,從而用一種簡單的方法來描述那種直觀上具有機械性的基本計算程序,使任何機械(能行)的程序都可以歸約為這些動作。這不僅給計算下了一個完全確定的定義,而且第一次把計算和自動機聯繫起來,對後世產生了巨大的影響,這種「自動機」後來被人們稱為「圖靈機」。

圖靈機

艾倫·麥席森·圖靈圖靈機模型的理論

圖靈機是一種自動機的數學模型,它是一條兩端(或一端)無限延長的紙帶,上面劃成方格,每個方格中可以印上某字母表中的一個字母(亦可為空格,記為S0);又有一個讀寫頭,它具有有限個內部狀態.任何時刻讀寫頭都注視著紙帶上的某一個方格,並根據注視方格的內容以及讀寫頭當時的內部狀態而執行變換規則所規定的動作。每個圖靈機都有一組變換規則。

圖靈機的概念有十分獨特的意義:如果把圖靈機的內部狀態解釋為指令,用字母表的字來表示,與輸出字輸入字同樣存貯在機器里,那就成為電子計算機了。由此開創了「自動機」這一學科分支,促進了電子計算機的研製工作。

判定問題  

Analytical Engine - Turing machine圖靈機

所謂「判定問題」指判定所謂「大量問題」是否具有演算法解,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機械地判定它是否具有某種性質。圖靈機從初始格局出發,按程序一步步把初始格局改造為格局的序列。此過程可能無限制繼續下去,也可能遇到指令表中沒有列出的狀態、符號組合或進入結束狀態而停機。

在判定問題上,艾倫·麥席森·圖靈的另一成就是1939年提出的帶有外部信息源的圖靈機概念,並由此導出「圖靈可歸約」及相對遞歸的概念。運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,這方面的工作後來有重大的進展。

電子計算機  

電子計算機的出現和廣泛應用是20世紀新技術革命的主要標誌之一。很長時期中人們一直認為,第一台電子計算機是美國人按J.W.莫奇利(Mauchly)提出的方案於1946年製成的「電子數字積分和自動計算機」(ENIAC)。

艾倫·麥席森·圖靈在第二次世界大戰中從事的密碼破譯工作涉及到電子計算機的設計和研製,但此項工作嚴格保密.直到70年代,內情才有所披露.從一些文件來看,很可能世界上第一台電子計算機不是ENIAC,而是與圖靈有關的另一台機器,即圖靈在戰時服務的機構於1943年研製成功的CO-LOSSUS(巨人)機,這台機器的設計採用了圖靈提出的某些概念.它用了1500個電子管,採用了光電管閱讀器;利用穿孔紙帶輸入;並採用了電子管雙穩態線路,執行計數、二進位算術及布爾代數邏輯運算。

在艾倫·麥席森·圖靈的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,這都是現代電子計算中最基本的概念和思想。在說明書中,圖靈已提出了「模擬系統」的思想,所謂模擬系統,指機器可以沒有固定的指令系統,但它能夠模擬許多具有不同指令系統的計算機的功能。

人工智慧  

艾倫·麥席森·圖靈是人工智慧研究的先驅者之一,實際上,圖靈機,尤其是通用圖靈機作為一種非數值符號計算的模型,就蘊含了構造某種具有一定的智能行為的人工系統以實現腦力勞動部分自動化的思想。

艾倫·麥席森·圖靈圖靈試驗

1947年,圖靈在一次關於計算機的會議上作了題為「智能機器」(intelligent machinery)的報告,詳細地闡述了他關於思維機器的思想,第一次從科學的角度指出:「與人腦的活動方式極為相似的機器是可以製造出來的.」在該報告中,圖靈提出了自動程序設計的思想,即藉助證明來構造程序的思想。

數理生物學

從1952年直到去世,圖靈一直在數理生物學方面做研究。他在1952年發表了一篇論文《形態發生的化學基礎》(The Chemical Basis of Morphogenesis)。他主要的興趣是斐波那契葉序列,存在於植物結構的斐波那契數。他應用了反應-擴散公式,已經成為圖案形成範疇的核心。

圖靈試驗

1945年到1948年,圖靈在國家物理實驗室,負責自動計算引擎(ACE)的工作 。1949年,他成為曼徹斯特大學計算機實驗室的副主任,負責最早的真正的計算機曼徹斯特一號的軟體工作。圖靈在對人工智慧的研究中,提出了一個叫做圖靈試驗的實驗,嘗試定出一個決定機器是否有感覺的標準。

圖靈試驗由計算機、被測試的人和主持試驗人組成。計算機和被測試的人分別在兩個不同的房間里。測試過程由主持人提問,由計算機和被測試的人分別做出回答。觀測者能通過電傳打字機與機器和人聯繫(避免要求機器模擬人外貌和聲音)。被測人在回答問題時儘可能表明他是一個「真正的」人,而計算機也將儘可能逼真的模仿人的思維方式和思維過程。如果試驗主持人聽取他們各自的答案后,分辨不清哪個是人回答的,哪個是機器回答的,則可以認為該計算機具有了智能。這個試驗得到大部分人的認可,但不能完全解決機器智能的問題。

4 艾倫·麥席森·圖靈 -迫害和逝世

圖靈在Cheshire East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實施盜竊,圖靈為此而報警。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。他沒有申辯,並被定罪。在著名的公審后,他被給予了兩個選擇:坐牢或荷爾蒙療法(即化學閹割)。他最後選擇了荷爾蒙注射,並持續一年。在這段時間裡,藥物產生了包括乳房不斷發育的副作用。1954年,圖靈因食用浸過氰化物溶液的蘋果死亡。

5 艾倫·麥席森·圖靈 -平反

在2009年9月10日,一份超過3萬人的請願簽名,使英國首相戈登·布朗在《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,導致他自殺身亡,正式向艾倫·圖靈公開道歉。

6 艾倫·麥席森·圖靈 -人物影響

(圖)紀念雕像 紀念雕像

圖靈思想活躍,他的創造力也是多方面的。在戰時的秘密工作中,他曾創造好幾種新的統計技術,但都未形成論文發表,後來又重新為他人所創建,由A.瓦爾德(Wald)重新發現並提出的「序貫分析」就是其中之一。

他對群論也有所研究,在「形態形成的化學基礎」一文中,他用相當深奧而獨特的數學方法,研究了決定生物的顏色或形態的化學物質中的分佈規律性,試圖闡釋「物理化學規律可以充分解釋許多形態形成的事實」這一思想。在生物學界,80年代才開始探討這一課題。

圖靈還進行了後來被稱為「數學胚胎學」的奠基性研究工作。他還試圖用數學方法研究人腦的構造問題,例如估算出一個具有給定數目的神經元的大腦中能存貯多少信息的問題等。

7 艾倫·麥席森·圖靈 -圖靈獎

艾倫·麥席森·圖靈圖靈獎盃

「圖靈獎」是美國計算機協會(ACM,Association for Computer Machinery)於1966年設立的,專門獎勵那些對計算機科學研究與推動計算機技術發展有卓越貢獻的傑出科學家,它被公認為計算機界的「諾貝爾」獎。

圖靈獎對獲獎者的要求極高,評獎程序也極嚴,一般每年只獎勵一名計算機科學家,只有極少數年度有兩名以上在同一方向上做出貢獻的科學家同時獲獎。圖靈獎由英特爾公司贊助,獎金為100,000美元。每年,美國計算機協會將要求提名人推薦本年度的圖靈獎候選人,並附加一份200到500字的文章,說明被提名者為什麼應獲此獎。任何人都可成為提名人。美國計算機協會將組成評選委員會對被提名者進行嚴格的評審,並最終確定當年的獲獎者。截止至2005年,獲此殊榮的華人僅有一位,他是2000年圖靈獎得主姚期智。

8 艾倫·麥席森·圖靈 -紀念

2012年6月23日,谷歌塗鴉紀念其誕辰100周年。

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