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不朽的图灵

1999-01-06 来源:中华读书报  我有话说

图灵是个天才。

他16岁开始研究爱因斯坦的相对论。1931年,他进入剑桥大学,开始研究量子力学、概率论和逻辑学。这一逻辑学当然不是哲学史上的逻辑学,而是由剑桥大学的怀特海和罗素创立的数理逻辑。在剑桥期间,图灵还是现代语言哲学大师维特根斯坦班上最出色的学生。怀特海和罗素创建数理逻辑的原因,主要是为了对付“悖论”。他们坚信所有的数学成果都可以用逻辑推导出来。他们安慰自己,说“悖论”是由于人类语言的先天不精密造成的,而逻辑本身是天衣无缝的。德国大数学家大卫·希尔伯特(D.Hillbert)在此基础上,于1928年提出著名的“希尔伯特纲领”,认为《数学原理》所定义的系统既是一致的,也是完备的,换言之,任何系统的完备和一致性,可以由系统本身得到证明。1931年,“希尔伯特纲领”被奥地利逻辑学家库尔特·哥德尔(K.Godel)搠出一个大窟窿,他认为没有一种公理系统可以导出数论中所有的真实命题,除非这种系统本身就有悖论。这就是著名的“哥德尔定理”。它不仅推翻“希尔伯特纲领”,还直逼《数学原理》,说它本身就是不一致的。真是“城门失火,殃及池鱼”。一下子,整个逻辑和数学领空中阴云四布。

正是在这种背景下,天才的图灵在数理逻辑大本营的剑桥大学提出一个设想:能否有这样一台机器,通过某种一般的机械步骤,能在原则上一个接一个地解决所有的数学问题。1936年图灵发表一篇著名的论文《论数字计算在判决难题中的应用》。他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置,用它来计算所有能想象得到的可计算函数。它由一个控制器和一根假设两端无界的工作带组成。工作带起着存储器的作用,它被划分为大小相同的方格,每一格上可书写一个给定字母表上的符号。控制器可以在带上左右移动,控制带有一个读写头,读写头可以读出控制器访问的格子上的符号,也能改写和抹去这一符号。这一装置只是一种理想的计算模型,或者说是一种理想中的计算机。这就是电脑史上与“冯·诺依曼机器”齐名的“图灵机”。在这篇开创性的论文中,图灵给“可计算性”下了一个严格的数学定义,并提出著名的“图灵机”(Turing Machine)的设想。“图灵机”不是一种具体的机器,而是一种思想模型。它由三部分组成:一条带子,一读写头和一个控制装置,能计算出任何给定的计算,也即能执行任何可能的任务。

图灵的这一思想实际上奠定了现代计算机的基础。电脑事实上就是用相应的程序来完成任何设定好的任务。同年,图灵赴美,在普林斯顿高等研究院进修,遇见了冯·诺依曼,后者对他的论文击节赞赏,冯·诺依曼后来一再强调,他的“存储程序”的思想主要来自图灵。正如飞机的真正成功得力于空气动力学一样,计算机由模拟计算向数字计算的飞跃中,图灵的理论起了至关重要的作用。

1947年图灵写了一份内部报告,提出了“自动程序”的概念,但由于英国政府严密死板的保密法令,这份报告一直不见天日,1969年美国的瓦丁格(Woldingger)发表了同样成果,英国才连忙亮出压在箱底的宝贝,1970年给图灵的报告“解密”。图灵的这份报告后来收入爱丁堡大学编的《机器智能》论文集中。更令人扼腕的是,图灵早在1945年就提出“仿真系统”的思想,并有一份详细的报告,想建造一台没有固定指令系统的电脑,它能够模拟其他不同指令系统的电脑的功能,但这份报告直到1972年才公布。这说明图灵在二战结束后就开始了后来被称为“人工智能”领域的探索,他开始关注人的神经网络和电脑计算之间的关联。1950年,图灵发表了里程碑式的论文《电脑能思考吗?》,第一次提出“机器思维”的概念。图灵逐条反驳了机器不能思维的论调,作出了肯定的回答。图灵提出一假想:一个人在不知情的条件下,通过一种特殊的方式,和一台机器进行问答,如果在相当长时间内,他分辨不出与他交流的对象是人还是机器,那么,这台机器就可以认为是能思维的。这就是著名的“图灵测试”(Turing Testing)。当时全世界只有几台电脑,它们肯定无法通过这一测试,但图灵预言,在本世纪末,一定会有电脑通过“图灵测试”,电脑能做我们想象不到的事情。时至今日,图灵的天才预言终于在IBM的“深蓝”上得到彻底实现。

图灵在40年代以他杰出的才智赢得了人们的敬意,在他的同事和学生中间,这位衣着随便、不打领带的著名教授,不善言辞,有些木讷害羞,常咬指甲。在剑桥,图灵是一个妇孺皆知的怪才,常有出人料想的举动。他每天骑自行车到离公寓3公里的一个叫布雷奇莱公园的地方上班,因常患过敏性鼻炎,一遇花粉,鼻涕不止。图灵就常戴防毒面具骑车上班,招遥过市,成为剑桥的一大奇观。他的自行车链条经常在半道上掉落,要是换了别人,早就去车铺修理了。而图灵偏不,他在琢磨,发现这链条总是踏到一定的圈数时下滑,图灵在骑车时就特别留心计算,于是能做到在链条下滑前一刹那戛然停车!让旁人叹服不已,以为是在玩杂耍。后来,图灵居然在踏脚旁装了一个小的机械计数器,到圈数时就停,好换换脑筋想些别的问题。图灵的脑袋转得比自行车飞轮还快。有一位叫琼·克拉克(Joan Clarke)的姑娘爱上了图灵,他也向对方求婚,琼欣然接受。但不久,图灵自己退缩了,告诉琼,他是同性恋者。1952年3月31日,图灵因为和曼彻斯特当地一位青年有染,被警方逮捕。在法庭上,图灵既不否认也不为自己辩解,在那种严峻的氛围中,他告诉人们他的行为没有错,结果被判为有罪。在入狱和治疗两者中间,图灵选择了注射激素,来疗救所谓的“性欲倒错”。此后图灵开始研究生物学、化学,还和一位心理医生有很深的交往,那时他的脾气变得躁怒不安,性格更为阴沉怪僻。1954年6月8日,图灵在寓所身亡,他的床头有一个咬了一半的苹果,经解剖,发现是剧毒氰化物致死,那个苹果是在氰化物溶液中浸泡过的。

在42年的短暂生涯中,图灵在量子力学、数理逻辑、生物学、化学方面都有深入的研究,他在晚年还开创了一门新学科——非线性力学。当然他最高的成就还是在电脑和人工智能方面,是这一领域开天辟地的大师。缘此,后来人们把计算机领域的最高奖以他的名字命名。“图灵奖”,又通称“图灵大奖”,是世界电脑界的诺贝尔奖。图灵的才气纵横大西洋,脚跨剑桥和普林斯顿两校,上联罗素、怀特海、维特根斯坦、哥德尔,下开冯·诺依曼,是他用电脑、人工智能在现代数理逻辑和现实世界间搭一起一座不朽的桥梁。

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