如谜的解谜者阿兰·麦席森·图灵

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  全球著名科技公司、智能设备生产商苹果,其LOGO“咬掉一口的苹果”曾一度被外界猜测与一位天才的死亡有关。1954年6月8日,“人工智能之父”阿兰·麦席森·图灵被发现死于家中的床上,旁边有一只咬过的浸过氰化物的毒苹果,经鉴定为服毒自杀。虽然苹果图标的设计师否认了这一说法,然而一提起计算机、智能机器的发展,人们都会不经意地联想到这位计算机科学的先驱。他为二战中的英国做了杰出贡献,却反遭制度的迫害;他是一个钟爱化学实验的科学家,最后却死于他熟悉的化学药剂;他的思想引领了时代,而他的人格却无法被他所处的时代包容。尽管英年早逝,图灵的影响却在持续生发,无论过去、现在,还是未来。他富有传奇色彩的一生,是等待后人去解答的谜。
  跨越世纪的思想
  《人工智能》是2001年由斯皮尔伯格导演的一部科幻电影,虽然情节仅仅只是一部现代版的《木偶奇遇记》,但其主旨却触及了“机器的伦理”这一未来社会或将面临的问题。人工智能在今天已不是一个陌生名词,它发展成为一门涉及哲学、数学、心理学、社会学、计算机的交叉学科。科学家们试图了解智能的实质,生产出能模仿人类做出反应的智能机器。
  随着量子计算机的出现,机器的运算能力取得质的飞跃,可以想象21世纪将是人工智能的世纪。而“机器具有智能”这一思想的提出者,却生活在半个世纪之前。1950年10月,在冯·诺依曼(John von Neumann)发明计算机4年之后,英国数学家阿兰·麦席森·图灵发表了一篇名为《计算机器与智能》的论文,这篇划时代的佳作为他赢得了“人工智能之父”的美名。
  智能机器人能模仿人类做很多事情,于是人们不免会担忧类似电影情节的出现——机器人拥有自己的意识。那将是非常可怕的“机器失控”局面。许多后现代题材的科幻作品已经在这方面进行了反思。要解决这个难题,首先必须清楚:如何判断机器是否具有思维。图灵在他的论文中提出了一种方法,即著名的“图灵试验”。
  这个试验的基本过程是:让一个考官向一个人和一个机器发问,这个考官事先不知道他问的是人还是机器。如果在经过一定时间的提问以后,这位人类考官不能确定谁是人谁是机器,那这个机器就有智能了。
  “图灵试验”形象描绘了计算机智能和人类智能的模拟关系,但是却不能使哲学家们感到满意,因为它仅强调试验结果,而没有反映智能所具有的思维过程。而它的片面性还体现在:考官提出问题的标准没有明确,被测人本身所具有的智力水平也被疏忽。因此它还不能完全解决机器智能的问题。
  尽管“图灵试验”存在很多缺陷,但在计算机刚刚起步的年代,图灵就在研究智能的问题,这已经是很超前的了。有人说,图灵更像一个思想家,他惊人的原创思想总是快于技术的脚步。
  实际上,图灵还是计算机的发明者,他早于“计算机之父”冯·诺依曼,第一个提出了计算机模型理论。1936年,图灵向英国权威数学杂志投了一篇题为《论数字计算在决断难题中的应用》的论文,在文中他提出了著名的“图灵机”设想。
  图灵想象在一条无限长度的纸带上划分许多格子,格子画线,就代表“1”,空白就代表“0”。“0”和“1”代表解决某个特定数学问题的运算步骤。按这个步骤走下去,就能完成所有运算过程。
  “图灵机”被公认为现代计算机的原型,它虽然只是一种设想中的机器,但其理念在当时是革命性的。这台机器只保留一些最简单的指令,所有复杂工作只需分解为这几个最简单的指令。
  1939年,美国人阿坦纳索夫研制出世界上第一台电子计算机ABC,它采用二进位制,电路的开与合分别代表数字0与1。ABC是“图灵机”的第一个硬件实现。后来,冯·诺依曼在1946年研制出功能更好、用途更广泛的电子计算机,并且为计算机设计了编码程序,还实现了运用纸带存储与输入数据。
  “图灵机”与“冯·诺伊曼机”齐名,被永远载入计算机的发展史中,一个是思想,一个是实践。美国计算机协会在1966年设立“图灵奖”,如今它相当于计算机科学界的诺贝尔奖。
  天才与“怪人”
  天才通常会与自己所处的环境保持距离,他们喜欢钻研学术,而忽略社交活动,似乎也想以此来对抗现实世界中的失意。如果这个说法能够成立的话,那么图灵倒是很容易被脸谱化为“天才怪人”。或许是因为他从小就显露出的静默、孤独与不合群,还有那段让人唏嘘的少年畸恋。
  1912年6月23日,阿兰·麦席森·图灵出生在英国伦敦沃灵顿大街一家医院的产房里,而他的父亲朱利叶斯·麦席森·图灵则刚刚请完一个长假,从遥远的印度赶回来。朱利叶斯的工作是印度的一个省民政官,但由于那里环境恶劣,他决意让儿子留在英国。图灵从此过着寄养的生活,与父母长期分离。
  等他渐渐长大,到了该上学的年纪。图灵夫人忽然发现,小图灵的眼眸中常常带着一丝丝忧郁,而且他表现得非常孤僻,他总喜欢一个人拿着一块磁铁,在下水道里找铁屑。
  小学时期的图灵也与其他男孩不一样,他喜欢安静的小游戏,讨厌体育课和课后的打闹,比如男孩们冬天玩的冰球。不过他喜欢站在一边,精确地判断冰球出线的位置。在一次期末活动中,同学们调侃道:“图灵为什么喜欢冰球场?因为边线是一道几何题。”后面还加了一句“图灵在玩冰球时,一边在观察场边雏菊的生长。”
  一本名为《自然奇迹》的书,让图灵在不经意中迷上了化学实验。父母对此并不反对,因为几乎周围所有人都认为,图灵是个非同寻常的孩子,或许能在科学上有所成就。1924年圣诞节,图灵得到了一套化学药品、坩埚和试管,还有一间简陋的地下室。他喜欢从海边拖来水草,从中提取碘盐。
  然而,对科学的热情差点让图灵上不了公学,因为他不能静下心来准备入学考试。更糟糕的是,父母担心他不能适应公学的生活:他喜欢一个人闷着做实验,生活圈子太小。
  在公学的图灵,被老师描述为“沉默寡言,有点害羞,没有朋友”。当时英国的公学实行封闭式的管理,而学校是一个小型的社会,学生中老大和小弟分得很清楚。图灵所在的学院已经形成了监督生和小弟的等级分化,以不弱肉强食的生存法则。图灵对此很反感,他初来乍到就被捉弄了几回。   在公学,图灵继续他的化学实验,老师和同学们都觉得他“很脏”“生活邋遢”。他的皮肤本来就黑,加上总是沾上各种药剂,一伸出手仿佛就能喷出墨来。这让图灵成为一个被大家讨厌的人。他的学习成绩也在下降。
  图灵的父亲并没有因此而做出让图灵辍学的决定。或许父亲在这一点上是认同他的:每个人都该按照自己的兴趣自由发展。
  但很快,一个叫克里斯多夫·默卡的男孩出现,让图灵有了转变。
  1927年,图灵初次见到默卡时吃了一惊,一是因为这个男孩比图灵高一年级,却比同龄人瘦小很多,头发是金色的;二是因为图灵“好想再看一眼他的脸,太有魅力了”。
  默卡的学习成绩非常优秀,胜过图灵,同时他有着与图灵一样的对科学的热爱。图灵内心的孤独终于被打破了,他并不擅长与人交谈,却在数学上找到了突破口。他和默卡经常在课堂上讨论反正切函数的不同解法。后来,他们的兴趣拓展到物理、化学、天文学。图灵说自己看过《相对论》,并惊喜地知道默卡也看过。他们还一起做碘盐的实验,一起制作望远镜观测彗星,绘制星座图。两人不见面时,还保持书信的联系。
  默卡是图灵的初恋。图灵后来回忆,这是他诸多同性爱人中的第一个。他有被征服感和仰视感,默卡就像一抹鲜艳的色彩,在黑白世界里喷墨。最重要的是,默卡让图灵意识到除了科学之外,还有其他有趣的事情。比如默卡钢琴弹得很棒,五子棋下得很好,还会驾驶,会打台球。在图灵眼中,这就是默卡的魅力所在——他的能力可以应付生活中所有事情。
  然而,这段超乎友谊的同性关系,却没能持续下去,默卡因为“牛结核病”在3年后就离开了人世。这让图灵感到震惊和痛苦,因为他差不多把半颗心都献了出去。但图灵没有因此而放弃学业,反而在很长一段时间内发奋学习,并试图完成默卡的心愿(考上剑桥大学三一学院),用图灵的话说,“默卡对科学的态度”是他的榜样,“我要保持一样的干劲,就像他还活着一样”。
  1931年,图灵因为分数不够而没能进入三一学院。但他拿到了剑桥大学国王学院的奖学金,并开始了他真正的科学生涯。1935年,年仅23岁的图灵就被剑桥大学国王学院甄选为研究员,成为剑桥有史以来最年轻的研究员。同年,他又因“概率论”上的成就荣获“斯密思奖”,并被派往美国进修。此时的图灵,除了专攻数学之外,还对哲学感兴趣。数学与哲学在逻辑学上有联系,这为他后来解答那个既是数学又是哲学的艰深问题——“图灵机”设想打下了基础。
  解谜与战争
  历史似乎为一个天才的成长做好了准备,而等待他的命运却出人意料。
  1943年3月23日,一艘载有3876名新兵,471名军官,以及一位平民的英国军用运输舰苏格兰女皇号在当晚离开纽约港。它喷着蒸汽,向东进入中大西洋(德国海军潜艇的巡查区)。这几千条生命被卷入了战争的迷雾中,但此时此刻他们正被一套精密的密码通信系统庇护着。他们当中只有一个人了解这套系统。他就是数学家阿兰·麦席森·图灵,船上唯一的平民,而在这里,这些知识一点用都没有。此刻他也要像其他人一样承担风险,并且服从军官的命令。
  风险是巨大的,因为差不多在一周前,一艘类似的运输舰加拿大女皇号被发现并被击沉了。不过,从某种意义上说,早在1939年,图灵就已经站在了燃烧的甲板上。那时的他才刚刚结束在美国普林斯顿高等研究院的博士研究,回到英国不久,便被政府邀请加入一项秘密的工作。
  20世纪30年代至20世纪40年代的美国普林斯顿,是数学与物理泰斗云集之地,世纪天才冯·诺依曼和阿尔伯特·爱因斯坦等人都就职于此。图灵来到这里,很快就因为描述“图灵机”的那篇论文得到冯·诺依曼的赏识,并成为他的助手。数学家阿隆佐·丘奇与图灵一起工作,他们徜徉在数理、逻辑与几何的海洋中。然而,这样的时光也十分短暂。
  尽管冯诺依曼一再挽留,图灵还是在1938年毅然回到了伦敦。这一年,剑桥大学国王学院续聘他为研究员,但与此同时,他开始秘密地为英国“政府编码与密码学院”工作,研究“密码学”和编码技术。自此,他离开了纯粹数学这片宁静的土地。
  1939年9月3日,德国占领波兰。英国、法国相继对德宣战。此时的图灵已经完全放弃了“教授”的身份,全职效力“政府编码与密码学院”。这个机构实际上是英国的战时情报中心,机构的重要情报可直接送给首相丘吉尔。
  尽管是服役的性质,图灵却基本没有离开剑桥,每天上班的地方是一个对外称为“布莱切利”的庄园,他和同事们的任务是破解德军的通信密码。
  二战时期,数学已经广泛应用于各种军事密码的编制中,这对图灵来说,正好有用武之地。然而敌人并不简单。德国人此前就研制成功了一种密码电报机Enigma(俗称“谜”机),它能把平常的语言文字自动转变为代码,再通过无线电传送出去。代码即使被他人截获,也令人不知所云,因为“谜”机的转盘有很多种,而且可以随时更换接线,这意味着结果有千万种可能性。
  虽然“谜”机在战前就已经被商业化了,解码专家们对它的构造也很熟悉,但军用的“谜”机经德国改进后,更为复杂,几乎没有破解的可能。当时波兰在解码方面已经和德国苦战许久,德方稍稍改动接线,就能令解码装置失去效用。由于密码复杂,破译时间长,波兰方面有时候千辛万苦破解了一条情报,但却是几个星期前的,完全没有时效性。
  图灵带领200多名密码专家,设计出一种名为Bombe的破译机,其原理是:通过几台“谜”机环形相连,抵消接线增加的可能性。破解速度一下快了许多。后来,他们又研制出能自己工作的密码破译机“巨人”,破解速度从几天缩减到几小时,甚至几分钟。由于当时英国政府的保密与欺骗策略,德国并未意识到“谜”机已被破解,因而致使大量军事情报被泄露。
  图灵和同事们的解码工作,在搜寻与打击德军的U型潜艇,以及后来协助盟军诺曼底登陆等重大军事行动中发挥了关键作用。有人说,“谜”机的破解使二战的持续时间缩短了两年。   1943年3月31日,寒冷的黎明,苏格兰女皇号最终抵达了英国的港口。7天7夜的航程,没有德国潜艇瞄准它。船上的这位平民,安全地回到了自己的国家,他用智慧扭转了乾坤。在他服役的三年里,英国在利用他智慧的同时,也建造了数量庞大的武器。因为军队不能只靠大脑作战,丘吉尔口中的“胜利”最终需要付诸野蛮的杀戮中,而这是无人能逃避的法则。与其说图灵用智慧帮助英国赢了一场战争,不如说他也只是战争中的一枚棋子。
  图灵的另一面
  虽为二战的功臣,图灵却并未因此而获得特赦。
  1952年,他因为同性恋而被拘捕了。事发的原因是,图灵的一个同性伴侣阿诺德协同外人在图灵家盗窃,图灵一气之下报了警,可这一报警既招来了警察,也暴露了他自己想要隐瞒的东西。
  在当时的英国,同性恋是触犯法律的。虽然这种事情平日里也会见到,也没有人会去举报,实际上和图灵一起工作过的同事们,几乎都知道他的性取向。但既然触动了政府机关,而且当事人又是一个大名鼎鼎的科学家,情况就稍有不同了。
  同性恋身份曝光,对图灵来说或许不是最大的威胁,这个过程中还暴露出很多具体的细节。阿诺德25岁,而图灵已经40岁了,他不但会被看成一个性变态,而且会被外界看做“老不正经”。而最重要的是,图灵对之前的同性行为也全部摊牌。
  图灵违反的是英国1885年的刑法修正案第11条“严重猥亵罪”。当时触犯该条例的人除了要接受刑期两年的处罚之外,还必须接受雌性激素注射,即俗称的“化学阉割”。雌性激素不仅会导致人的生理变化,比如乳房发育,还会对人的思维和情感产生影响。图灵最终被判监禁一年,缓刑期结束后,图灵的大腿里被植入了一个激素植入体,取代了口服药物,图灵认为其作用还会持续很长时间,这让他颇为恼火。
  获得自由之后,图灵并没有继续在科学路上发光发热,而是在差不多一年后结束了自己的生命。此时计算机的发展已经有了重大突破。1952年,英国的工程师们不但有了马克2号,还开始设计基于晶体管的计算机,而这一切,作为该领域先驱的图灵几乎都缺席了。图灵的死没有丝毫的征兆,法医鉴定为自杀,而图灵的母亲一再坚持是意外死亡:因为图灵有吮手指的习惯,“他一定是用沾了氰化物的手不小心拿了苹果吃。”而且,图灵经常做电解氰化物的实验。
  大家只知道在1954年6月7日,图灵咬了那颗毒苹果,尽管原因扑朔迷离,但大多数人愿意相信,这个杰出的科学家之死是因为不堪忍受生命中最后两年的审问,他为此远离了自己热爱的科学研究。被迫接受的激素治疗也让图灵的身体受到了损害。原本热爱长跑运动的图灵,曾在1948年的一次跨国赛跑比赛中,跑赢了同年奥运会银牌得主汤姆·理查兹(Tom Richards),他马拉松的最好成绩是2小时46分3秒,比1948年奥林匹克运动会金牌成绩仅慢11分钟。
  2013年12月24日,英国女王伊莉莎白二世宣布赦免上世纪50年代因同性恋行为被定罪的数学家、密码学家、计算机科学之父图灵。
  图灵在生前寄希望于同性恋合法化,在他心中,性取向是一种天性的选择,就像他熟悉的万物生长的自然规律一样。他对生物感兴趣,并把生物的变化也看做是一种程序,也就是后来的“图灵机”的灵感来源。今天,同性恋越来越多地得到社会的认同,他们和正常人一样对生活充满了热爱,充满了幻想。而对于图灵来说,他一直在外部允许的范围内追随自己的梦想,探寻自己丰富的人性,他厌恶青年时代的公学体制,厌恶世界大战,但又不得不遵循世界的法则。在这个充满诱惑和危险的世界里,他尽力保持自己的简单与纯粹。
  图灵也许能预见这样的场景:各个阶层表现出多元的新文化,同性恋也可以自由地唱歌、跳舞、思考,还有结婚。但他没有活到这一天。
  图灵奖(A.M. Turing Award,又译“杜林奖”),由美国计算机协会(ACM)于1966年设立,又叫“A.M. 图灵奖”,被喻为计算机界的诺贝尔奖。它是以英国数学天才阿兰·图灵的名字命名的,阿兰·图灵对早期计算的理论和实践做出了突出的贡献。图灵奖主要授予在计算机技术领域做出突出贡献的个人,奖金10万美元,由Intel公司赞助。
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