“计算机科学之父”图灵传奇又悲惨的一生
“计算机科学之父”图灵传奇又悲惨的一生
艾伦·图灵（Alan Mathison Turing）是计算机科学和人工智能领域的先驱，他的贡献不仅帮助盟军提前结束了二战，还为现代计算机科学和人工智能的发展奠定了基础。本文将为您详细介绍这位天才科学家的传奇一生。
炸弹机：完美破译纳粹代码
“得益于图灵超乎常人的智慧，二战提前两年结束。”
——英国首相丘吉尔
二战初期，德军凭借闪电战战术迅速征服了欧洲大陆，并在大西洋利用U型潜艇实施“海狼战术”严重破坏了盟军的补给线。这些潜艇协同攻击，击沉了盟军2000多艘舰船，让德国几乎保持了整个制海权。
德军潜艇之所以难以对付，是它们使用恩尼格玛机（Enigma）加密通信。尽管英国和盟军能够截获这些加密信息，但在英国的布莱奇利庄园内超6000名数学家、工程师们无法快速破解，也就无法有效防御潜艇的攻击。
恩尼格玛机是德国工程师阿瑟·谢尔比乌斯（Arthur Scherbius）于 1923 年发明的一种机电密码设备，它的外观和操作与打字机类似，通过转子和插线板的组合来改变字母，生成难以解读的加密信息，转子的初始位置和插线板的连接方式是解密的关键。
但在第二次世界大战期间，纳粹使用它来编码从德国指挥部到纳粹军队的战略信息。德国海军把它做了改进，让它所有可能的组合数增加到158,962,555,217,826,360,000种。如果用暴力破解的方法，破解一段信息，即使用现在的计算机也要跑一年。
幸运的是，1939年，艾伦·图灵被招募到英国皇家海军，并在英国军情六处监督下从事对纳粹德国机密军事密码的破译工作。
两年后，图灵成功破译了德国的密码系统 ，他设计研究出一种更加直接暴力的破解方式：机器对抗机器，它能使用多个谜语来缩小可能的消息，然后机械化地破译密码。同时，图灵和他的同事们还做了两个非常重要的优化，一个就是对推理过程的优化，另外一个就是对计算力的优化。在图灵看来，机器创造出来的密码计算方式，只有用机器才能战胜。而这种机器也被成为“炸弹机”。
在图灵的帮助下，盟军知道德国U型潜艇何时何地发动攻击。
战争后期，英国的炸弹机数量已经超过了200台，每台机器宽3米，高2米，重达2.5吨。它们可以在50秒之内就完成恩尼格玛机的破解。
与此同时，德国人转向更为复杂的洛伦兹密码机（Lorenz cipher machine），它用于高级指挥官之间的通信。图灵和他的团队再次面临挑战，他们开发了一种名为“科洛萨斯”（Colossus）的电子计算机，这是世界上第一台可编程的电子计算机之一。科洛萨斯能够快速处理和分析洛伦兹密码机生成的加密信息，让盟军深入了解希特勒及其最高军事官员交换的详细信息，为扭转二战盟军的大西洋战局立下汗马功劳。
可计算性：26岁博士的天才数学构想
从孤独的童年成长为数学界的翘楚
尽管图灵和所有从事解密工作的人对二战做出了如此巨大的贡献，但对外界而言，很长一段时间里，都没人知道他们的工作和贡献，他们所有人都被要求这段经历要终生保持缄默。甚至那几百台巨大的炸弹机，也在战争之后都被解体销毁，仿佛从来都没有存在过。
即使如此，图灵凭借在数学和计算机领域的重大贡献，仍然是二十世纪最伟大的天才之一。
图灵的童年在缺少父母陪伴的环境中度过，也许这种孤独和敏感转化成了他对数学的无限热爱。他的数学才华在很小的时候就已显现，上学后更是迅速展露头角。
年仅15岁时，图灵就帮助母亲撰写了爱因斯坦相对论的注解和提要。同时期他发表了两篇关于数学理解的论文，并荣获爱德华六世国王金盾奖章。
1931年，图灵以优异的成绩考入剑桥大学国王学院。1935年，他的论文《左右周期性的等价》发表于《伦敦数学会杂志》，同年，他还完成了《论高斯误差函数》，这些成就使他直接从学生身份当选为国王学院的研究员，并在次年荣获史密斯数学奖，成为该学院历史上声名显赫的毕业生之一。
1936年，图灵发表了两篇论文《论可计算数及其在判定问题上的应用》和《可计算性与λ可定义性》。通过这两篇论文，图灵不仅定义了“可计算性”，并开始形成了对后世影响深远的“丘奇-图灵论点”，更重要的是提出了著名的“图灵机”概念，为现代计算机科学的发展奠定了基础。“图灵机”与“冯·诺依曼机”齐名，被永远载入计算机的发展史中。
图灵《论可计算数及其在判定问题中的应用》 载于1936年《伦敦数学学会学报》
1936年9月，图灵应邀前往美国普林斯顿高级研究院深造，并与数理逻辑的先驱阿隆佐·丘奇共同工作。1938年，他以《以序数为基础的逻辑系统》为题获得普林斯顿大学博士学位，该论文对数理逻辑领域产生了深远的影响。
这三篇论文让图灵在学术界名垂青史，彼时，博士毕业的图灵只有26岁。
图灵机：计算机科学的灵魂
为什么他关于计算和人工智能的想法至今如此重要？
为了完成上述数学问题的论证，图灵做出了一个改变人类文明发展的工作——图灵机。
上世纪30年代，计算机科学还未建立，因此，当图灵开始思考如何设计一种能够解决所有问题的通用计算机时，他面临的挑战巨大。图灵坚持深入研究"通用图灵机"的想法，这是真正的工作计算机的第一个理论想法。
实际上，图灵机只是图灵作研究的一个副产品，真正的课题叫《论可计算数及其在判定问题上的应用》。图灵在研究这个课题时提出了一个名叫计算机的东西（computing machine），它并不是一个真正的机器，而是一个抽象的数学概念，非常强大，可以模拟任何附近的算法，是我们现代所有计算机的理想模型，因此我们把它叫做图灵机。
别看图灵机如此强大，但是它的结构其实非常简单，就是一个画着格子的纸带，然后可以左右移动，还有一个能够读写纸带的探头。图灵机可以执行一系列的指令，比如说在纸带的某一个格子上写零一，或者是根据当前格子的值把纸带移到另外一个格子等等。这其实就对应着计算机的程序的读写、状态的判断和跳转这些非常基本的操作，而它的本质其实就是在模拟人类在做计算时候的操作，只不过把这些操作细分成了最简单的读写判断图。
图灵机的出现为现代计算机提供了重要理论基础，它能够将任何复杂问题拆解为简单问题，并逐步解决。算法每一步的控制都需要遵循一定的原则，这些原则构成了软件程序和编程语言的基础。在图灵机的启发下，美国的大科学家冯·诺依曼后来提出了经典的冯·诺依曼架构，这标志着现代计算机发展的起点。因此，很多人将图灵机视为现代计算机的灵魂，而冯·诺依曼架构则是这个灵魂的实现和载体。
如今ChatGPT等人工智能工具日益成熟，展现出与人类相似甚至难以区分的交流能力时，这引发了大家对图灵测试的重新关注，因为图灵提出了一个关键问题：机器能否真正拥有智能？图灵的理论和遗产，至今仍然深刻影响着全世界对计算、智能和意识的理解。
图灵测试：机器能思考吗？
无比超前的哲思
图灵一直对探索人脑和机器之间联系的领域深感着迷。战后的 1945 年到 1948 年，图灵没有闲下来，他开始在国家物理实验室负责自动计算引擎（ACE）的研究工作。他发表的"自动计算引擎"设计被认为是几年后出现的第一台功能计算机的先驱。
1949 年，他成为曼彻斯特大学计算机实验室的副主任，负责最早的真正的计算机—曼彻斯特一号的软件工作。在这段时间，他继续做一些比较抽象的研究，如“计算机械和智能”。图灵在对人工智能的研究中，提出了一个叫做图灵测试的实验，尝试定出一个决定机器是否有感觉的标准：图灵测试是一个衡量机器智能的重要标准，如果机器能够通过图灵测试，那它在智能行为上与人类没有区别。
图灵认为，如果编程得当，计算机完全可以和大脑相媲美。据此，图灵创立了未来几十年的“人工智能”计划。
1950年，图灵的论文《计算机械与人工智能》（Computing Machinery and Intelligence）发表在哲学期刊《Mind》上。在论文中，图灵将人类的思想与机器进行了比较，并提出有一天机器可能会相互学习。虽然以他那个时代的技术不可想象，但如今却是人工智能的核心——类似ChatGPT这样的语言大模型应用在巨大的数据库中接受训练，他们利用这些数据来解决问题和与人类交谈。
1952 年，图灵还撰写过国际象棋程序。由于当时没有一台计算机有足够的运算能力去执行这个程序，他就模仿计算机，每走一步要用半小时。他与一位同事下了一盘，结果程序输了。
在图灵的余生，他还在生物数学方面做研究。他在 1952 年发表了一篇论文《形态发生的化学基础》（The Chemical Basis of Morphogenesis）。图灵主要的兴趣是斐波那契叶序列，也就是存在于植物结构的斐波那契数。他应用了反应-扩散公式，现在已经成为图案形成范畴的核心。
时至今日，图灵的名字依然是人工智能测试的基准。现在，计算机领域的很多人，都站在这位巨人的肩膀上。他后期的论文都没有发表，一直等到 1992 年《艾伦·图灵选集》出版，这些文章才重见天日。
结语：辉煌成就与未竟命运
他破解了二战最先进的密码机，却解不开
身份认同的枷锁
图灵的创新突破对盟军的胜利至关重要，他的贡献不仅帮助盟军提前结束了二战，还为现代计算机科学和人工智能的发展奠定了基础。然而，图灵的成就在他生前并未得到广泛认可，他甚至因为同性恋行为在当时的英国法律下被定罪并受到迫害。
图灵的同性恋身份不被世人所容，政府要求图灵入狱或实施化学阉割，图灵选择了后者。化学阉割就是定期注射雌性激素，但药物产生的副作用，让图灵饱受其害。酷爱马拉松的他，此时甚至连1000米都跑不下来了。
1954年夏天，图灵收到一封信，他的导师和前辈冯 · 诺依曼教授被确诊为骨癌。图灵想去看望他，却发现自己也不可能再去美国了。
1954年6月6日，冰冷的图灵被女佣发现时，床头还有半个涂有氰化钾剧毒的苹果 ，距离自己的42岁生日，仅仅还剩两周。而毒苹果是图灵有意吃下还是一场意外，成为了永远无法证实的事情。
1966 年，以他的名字命名的“图灵奖”设立，专门奖励那些对计算机事业作出重要贡献的个人。由于图灵奖对获奖条件要求极高，评奖程序又是极严，一般每年只奖励一名计算机科学家，只有极少数年度有两名合作者或在同一方向作出贡献的科学家共享此奖。因此它是计算机界最负盛名、最崇高的一个奖项，有“计算机界的诺贝尔奖”之称 。
Google把图灵奖奖金提到了100万美元
直到2013年，英国女王伊丽莎白二世才正式赦免了图灵，并在2013年，英国政府公开向图灵道歉。
2021 年，英格兰银行为纪念图灵对计算机科学和人工智能的贡献，选择了图灵作为新版 50 英镑纸币背面的人物。图片来源：英国英格兰银行网站
图灵曾说：“有时候，世界需要一个英雄。”然而，当他被自己的国家抛在身后的时候，人们不由得反思：什么才是真正的公正和公平？