计算机与人工智能之父—阿兰·图林

美国物理学家、曾在洛斯阿拉莫斯实验室担任过冯·诺依曼助手的弗兰克尔在一封信中这样写到：“许多人都推举冯·诺依曼为‘计算机之父'，然而我确信他本人从来不会促成这个错误。或许，他可以被恰当地称为助产士，但是他曾向我，并且我肯定他也曾向别人坚决强调：如果不考虑巴贝奇、阿达和其他人早先提出的有关概念，计算机的基本概念属于图林。按照我的看法，冯·诺依曼的基本作用是使世界认识了由图林引入的基本概念……”

正是冯·诺依曼本人，亲手把“计算机之父”的桂冠转戴在这位英国科学家阿兰·图林（ Alan M. Turing ，1912-1954）头上。

　　与巴贝奇一样，阿兰·图林的一生充满了“未解之谜”， 1983年美国出版的一部为他作传的文学作品，书名就叫做《阿兰·图林——谜》。图林的故事，更像是一篇难以理喻的神话，他似乎属于上天派往下界的神祗 ，匆匆而来，又匆匆而去，为人间留下了智慧，留下了深邃的思想，后人必须为之思索几十年甚至几百年。

　　阿兰·图林的挚友、英国曼彻斯特大学纽曼教授（ M.Newman）的夫人这样描写图林，她说：“阿兰轮廓奇特的脑袋很漂亮，黑褐色的头发，船首形的下巴，蓝得像明亮玻璃似的眼睛，看到他的人都会留下深刻的印象。他的穿着总显得别扭，不管是穿那件又脏又破的大衣，还是费心换上干净的白衬衣都是如此。他与人在一起的时候总用随便的态度和长时间的沉默来保护自己，十分腼腆害羞，从不与别人的目光相遇。然而，一旦在友好交谈的信任气氛中，他那双眼睛里透出的坦率和理解力就好像含有使人不敢喘气的东西。那目光不仅远远超出了言语和行动，而且仿佛也超出了人间。”

　　了解阿兰·图林生平详情的人并不太多，他的母亲在儿子不幸去世后强忍着悲痛，写下零星的传记材料，才使后人认识这位“怪才”的成长历程。

　　图林 1912年6月23日出生于英国伦敦，书香门第的家族里就有三位当选过英国皇家学会会员。虽然他的祖父曾获得剑桥大学数学荣誉学位，可他父亲对数学望而生畏，甚至认为要算出一个负数与负数相乘的结果，就已经超过了人类的理解能力。因此，阿兰的家庭教育，并不能对他以后在数学方面的成就有多少帮助。

孩提时代的图林性格活泼好动。 3岁那年，他进行了在科学实验方面的首次尝试——把玩具木头人的胳膊掰下来种植到花园里，想让它们长成更多的木头人。8岁时，图林尝试着写了一部科学著作，题名《关于一种显微镜》，这个小孩虽然连单词都拼错了许多，但毕竟写得还像那么回事。在书的开头和结尾，图林都用同一句话“首先你必须知道光是直的”前后呼应，但中间的内容很短很短，可谓短得破了科学著作的纪录。

　　图林很早就表现出科学的探究精神，他曾对母亲讲：“我似乎总想从最普通的东西中弄出些名堂。”就连与小伙伴打足球，他也只喜欢在场外当巡边员，因为这样能够有机会计算球飞出边界的角度。这孩子似乎有一种天才的直觉，能够一眼看出问题的答案。

　　有一年，中学考试刚结束，一位主管考试的官员急匆匆赶到图林就读的学校，请校长把几位老师叫到他的办公室。

　　“你们看看这几份考卷，”官员郑重地讲，“所有的答案完全正确，可没有任何中间步骤。这个叫图林的学生是否真有这种非凡能力？”

　　老师们相互交换了意见，然后分头为这些试题补上中间过程，耗费了九牛二虎之力。一位熟悉阿兰的教师告诉校长：“这孩子是有些奇怪的思想。有天我出了个有关房间照明的数学难题，图林不假思索地一口气道出了正确答案。可是当我向他要计算公式时，他却说现在不知道，必须过几天才能证明。我故意等了他两天，看着他在稿纸上算啊算啊，果然把公式给推导出来了，可他居然就能在不知道公式时悟出答案。说句笑话，阿兰的头脑可以像袋鼠般地跳跃。”

　　能“跳跃”思维的图林， 1931年考入了剑桥皇家学院。大学毕业后留校任教，不到一年功夫，他就发表了几篇很有份量的数学论文，被选为皇家学院的研究员，年仅22岁。为此，他的母校宣布放假半天以示庆贺，连当代数学泰斗罗素也来函邀请他讲学。

1937年，伦敦权威的数学杂志又收到图林一篇论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》。这篇论文是阐明现代电脑原理的开山之作，被永远载入了计算机的发展史册，照耀着现代电脑的前进方向。后来，冯·诺依曼在他的《自动计算机的一般逻辑理论》一文中写道：“大约12年前，英国逻辑学家图林开始研究下列问题，他想给自动计算机的含义下一个一般性的定义。”在这篇文章中，冯·诺依曼阐述了图林在理论上的重大贡献。

　　熟悉科学史的人都知道，伟大的科学发明往往是在理论取得重大突破之后才能够得以实现。巴贝奇和阿达终身奋斗，致力于发明一台通用计算机——分析机，但他们并没有从理论上证明它的可行性，凭借的只是自己的经验和热情。图林的这篇论文，涉及的议题并非是如何研制一台具体计算机，而是为了解决数学领域一个基础性问题。

　　还在剑桥读书时，图林天才的大脑就常常在思索数学函数的“可计算性”问题。物理学家阿基米德曾手持杠杆宣称：给我一个支点，我就能移动地球。如果茫茫宇宙间真有这么个支点，只要给阿基米德足够的时间，比方说数以亿计的年度，地球的确可以被他的杠杆撬动。然而，数学上的一些函数，是不是只要给人以足够的时间演算，也都能够通过有限次机械步骤求得解答呢？

　　这是一个必须在理论上做出解释的数学难题，传统数学家当然只会想到用公式去推导，证明它是否成立。可是，具有“跳跃思维”头脑的图林不愿意墨守陈规，他独辟蹊径地想出了一台冥冥之中的机器，一台理想中的计算机。

　　图林想象的机器说起来很简单：该计算机使用一条无限长度的纸带，纸带被划分成许多方格，有的方格被画上斜线，代表“ 1”；有的没有画任何线条，代表“0”。该计算机有一个读写头部件，可以从带子上读出信息，也可以往空方格里写下信息。该计算机仅有的功能：把纸带向右移动一格，然后把“1”变成“0”，或者相反把“0”变成“1”。

　　这就是图林设计的“理想计算机”，后人把它称为“图林机”，实际上这是一种不考虑硬件状态的计算机逻辑结构。在他的论文中，图林还提出可以设计出另一种“万能图林机”，用来模拟其它任何一台“图林机”的工作。如果认为“图林机”是理想计算机，那么“万能图林机”就是通用计算机的原始模型。图林甚至还想到把程序和数据都储存在纸带上，从而比冯·诺依曼更早提出了“储存程序”的概念。

　　图林把证明数学题的推导过程，转变成为一台自动机器的运行过程后，不仅证明了这一数学难题，而且用“万能计算机”的设想，从理论上证明了制造出通用计算机的可能性。他的“万能计算机”就是现代通用计算机的一种模型，这种机器只要为它编好程序，就可以承担其他机器能做的任何工作。 后来研制出来的通用计算机，无论是 5年之后楚泽研制的Z-3、8年之后艾肯研制的MarkⅠ， 还是10年之后莫契利等创造的第一台电脑ENIAC，莫不是图林在头脑里早就在构思的机器。

　　纽曼教授感慨地说过：“现在的人很难认识到，当时把纸带及在纸带上的穿孔模式这类话题引进数学基础的讨论是多么大胆的革新。”从“理想计算机”和“储存程序”开始、直到后来论证的“自动程序设计”和“系统仿真”等等，阿兰·图林以其独特的洞察力提出了大量有价值的理论思想，似乎都成为计算机发展史不断追逐的目标，不断地被以后的发展证明其正确性。

曾应征入伍，加入到战时英国情报中心“布雷契莱庄园”，从事破译德军密码的工作。在这个秘密基地里，他与战友们一起成功地制作了第一台密码破译机“罗宾逊”。这个“庄园”后来又研制出一种破译密码的专用电子管式计算机“巨人”，在盟军诺曼底登陆等战役中立下了丰功伟绩。据主持研制“巨人”机的纽曼教授和工程师弗劳尔斯回忆，他们都得益于受到图林通用计算机研究的启示。

　　在布雷契莱庄园，图林留下好多逸闻趣事，人们至今还在津津乐道。

　　据说，布雷契莱有一辆出了名的自行车，它是图林在庄园里代步的交通工具。这辆车子有点小毛病——链条经常脱落。别人或许马上把车送到车行修理好再骑，可图林偏不修，他仔细琢磨链条脱落的规律， 发现每踏到 X圈时链条才会脱落。于是，他用十分“愚笨”的办法对付着骑车， 边骑边数踏过的圈数，一到X圈就停止不踏，让车自己滑行。不久他觉得数数太费事，便制造了一台计数器装在车轮上，真是“笨”到了家，被同事们传为笑料。这件小事实际上反映了图林善于观察并用理论解决问题的性格特点。

　　另一件笑话说的是战争初期，图林预感到英国可能会沦陷，为了不把个人存款留给德国占领军，他取出全部现金换成两个大银锭，分别埋在两处并作上标记。可是，当战争结束后，尽管他保留了一张“藏宝”的秘密图纸，仍然找不到埋藏银锭的地点。沮丧之余，图林自制了一台“探雷器”，像工兵那样钻进丛林，弄得满身泥土，还是一无所获。每当别人提起这件往事，图林总为自己的粗心大意而满面羞愧，不过，同事们谁都没往心里去。阿兰这种对个人琐事粗枝大叶的作风，可能就是后来酿成一场不该发生悲剧的根源。

1945年，脱下军装的图林，带着大英帝国授予的最高荣誉勋章，被录用为泰丁顿国家物理研究所的高级研究员。由于有了布雷契莱的实践，阿兰·图林提交了一份“自动计算机” 的设计方案，领导一批优秀的电子工程师，着手制造一种名叫ACE的新型电脑。1950年ACE电脑的样机公开表演， 被认为是世界上最快最强有力的电子计算机之一。它大约用了800个电子管， 成本约为4万英镑。图林在介绍ACE的存储装置时说：“它能十分容易地把一本小说中的10页内容记住。”显然，ACE比EANIC的存储器容量更大。英国人似乎特别喜欢保密，图林写的那份50页ACE设计报告，直到1972年才以单行本的形式发表，保密时间长达27年之久。

　　1950年，图林来到曼彻斯特大学任教，并被指定为该大学自动计算机项目的负责人。就在这一年的10月，他的又一篇划时代论文发表。这篇文章引来的惊雷，今天还在震撼着电脑的世纪。在“第一代电脑”占统治地位的时代，这篇论文甚至可以作为“第五代电脑”和“第六代电脑”的宣言书。从此，人们更愿意把阿兰·图林称作“人工智能之父”。 这篇论文题名为《计算机与智能》，后来被重新汇编入书时更名《机器能思维吗？》。在这篇人工智能的“宣言书”里，图林首次从行为主义的角度给出了人工智能的定义。 在对该论文作补充说明的另一篇文章中， 图林进一步写道：“‘你无法制造一台替你思考的机器'，这是人们一般会毫无疑义接受下来的老生长谈。……我的论点是：与人脑的活动方式极为相似的机器是可以制造出来的。这些机器有时会出现错误，但有时它们也会提出非常新颖的语句，而且总的来说，它们输出的东西将与人脑输出的东西同样值得注意。”

　　更有趣的是，图林设计了一个著名的“图林试验”，试图让机器模仿人来回答某些问题，通过实验和观察来判断机器是否具备智能。他设想了一种“问”与“答”的模式：观察者通过控制打字机向两个试验对象通话，其中一个是人，另一个是机器。观察者和试验者之间相互隔离，不能看见对方。“图林试验”要求观察者不断提出各种问题，根据回答来辨别哪一个是人，哪一个是机器。图林曾预言，随着电脑科学和机器智能的发展，本世纪末将会出现这样的机器。在这点上，图林可能过于乐观。但是，“图林试验”大胆地提出“机器思维”的概念，为人工智能确定了奋斗的目标，并指明了前进的方向。

　　1951年春天，英国皇家学会把会员的称号授给阿兰，这是图林家族的第四位会员。连以前不赞成他的学术观点的人都写来热情洋溢的贺信。1953年，阿兰回到读中学时的母校，他站在教室的讲台上，向中学生作了一次关于计算机的讲演。身为剑桥大学教授的他，竟紧张得不断地走来走去。因为听众席上有他过去的老师，他仿佛又在台上接受着老师的测验。他决心以此为新的起点，向智能计算机理论发起冲击。

　　1954年，阿兰就要跨进他人生的第42个年头，风华正茂，年富力强，正处于生命最辉煌的创造巅峰期，计算机科学界都在翘首等待着他新的发现。6月8日清晨，阿兰的女管家像往常一样走进他的卧室，台灯还亮着，书桌上放着一封准备寄出的信，在这封信里，阿兰写到他同意接受几天后的一次访问邀请。床头柜上有个苹果，只吃了一小半。阿兰安祥地沉睡在床上，他永远地睡着了，再也没有醒来……

　　巨大的噩耗顿时震惊了整个英国，震惊了全世界！一颗正在升起的巨星殒落了。就在阿兰吃剩的那只苹果里，法医检验出剧毒的氰化钾残液。事实上，图林在个人私生活方面也并非完美无缺， 1952年曾因同性恋被警方拘留。他采用注射激素方法试图治疗这种倾向。他的母亲绝不相信所谓“图林服毒自杀”的传闻，认为图林可能死于无法解释的意外事故。

　　图林的死无疑是电脑科学界的巨大损失。目前，计算机界仍有个一年一度“图林奖” ，由美国计算机学会（ ACM）颁发给世界上最优秀的电脑科学家，它就像科学界的诺贝尔奖那样，是电脑领域的最高荣誉。