“艾伦·图灵”系列十:图灵机

作者:刘小震云来源:蝌蚪五线谱发布时间:2016-02-25

当图灵还是小孩的时候,他就梦想着能够制造一台属于自己的打字机。只是他没有想到,时间的叠加和知识的丰满将他这个小小的梦想进行了一些提升改造。

  题记:

  抛开那枯萎的宗教和乏味的科学吧,掌控自己的生命,我们可以尽情地在花园中嬉戏,直至时间让我们进入墓园。

  ——萧伯纳《千岁人》

  萧伯纳在《千岁人》这部戏剧里提到了生命有其自身的力量,这引发了图灵对于“灵魂”的思考。萧伯纳的形容是唯心而主观的,很多描写都是有感而发,没有经过严格论证。这反而让图灵更加迷惑:如果一台机器也能够进行人的思考和判断的话,一个人和一个机器的本质区别是什么?

  那一年,他已经成为剑桥大学国王学院数学系的一名学生。那年是1933年,图灵22岁的大好年华。

  20世纪之初,著名数学家希尔伯特对数学界提出23个问题作为对新世纪的问候。1928年,在一次数学大会上,他再次着重而明确地选出23个问题之中的3个进行论述。第一:数学是完备的吗?第二:数学是相容的吗?第三:数学是可判定的吗?对于最后一点,图灵的数学老师纽曼将其阐释为有没有一个明确的方法,可以用一个机械的过程来判断一个数学命题的真伪,并且自动给出让人信服的证明。这个问题深深刺激到图灵,只要脑子一有档期就开始运转这个问题。我们在形容一个作家获得灵感的时候常说,如同上帝握着他的手在写作,而对于当时的图灵,他思考的则是上帝的问题。对于大多数人来说,那只是一个假设,一个思维游戏,根本不可能制造出一种机器来进行推演和计算。在当时那个年代看来,这无异于天方夜谭,就像手里握着大哥大的人们无法想象智能手机一样。

  当时,除了萧伯纳,另外一个科学大拿也闯入了图灵的视线,那个人在后来跟图灵紧紧捆绑在一起,他就是被人们称为是“计算机之父”的冯·诺依曼。(关于“计算机之父”这个光荣称号也有一段小轶事,据说冯·诺依曼对“计算机之父”的殊荣坚辞不授,并且认为此桂冠当属比自己小9岁的图灵。)图灵第一次接触到冯·诺依曼的《量子力学的数学基础》时,被萧伯纳搅乱的思维得到了彻底而理性地梳理,因为冯·诺依曼的研究都是依着严谨的数学方法和逻辑。对量子力学和群论的研究,使得图灵第一次对那个“机械的过程”有了清晰的认识。1935年的初夏,他在沿着康河长跑之后躺在草地上休息,电光石火之间,他想到了机器。是的,这本是一个很简单的答案,用“机械的过程”进行思考和解答的工具就是机器啊。他想到了文章开始的问题,将人的大脑活动依附在机器上。萧伯纳也好,冯诺依曼也好,在他这里得到了整合;希尔伯特也好,纽曼也好,在他这里得到了升华。

风诺依曼

冯·诺依曼与图灵的 交集还不只于此,参见(《命运的交错:图灵与冯•诺伊曼》

  这大概就是图灵机可以追溯的源头所在。

  只是图灵机是世人对这个机器的称呼,对图灵来说,它有自己的名字。图灵将其命名为自动机器或者通用机。顾名思义,自动机器可以自主地进行运作,根据其自身的构造,自动地读出和写入信息。前进或者后退,它走得每一步完全是由它的状态和读出的符号来抉择,不需要人类智力的干预。通用机的名字就更加直白简单,通用就是通吃,一切问题都可迎刃而解。

  图灵开始想到通用机的时候就想到了已经面世并且非常熟悉的打字机。图灵夫人有一台打字机,当图灵还是小孩的时候,他就梦想着能够制造一台属于自己的打字机。只是他没有想到,时间的叠加和知识的丰满将他这个小小的梦想进行了一些提升改造。对于打字机来说,人们可以准确地预测敲下其中一个按键之后得到的反馈,一篇小说或者报告就这样噼里啪啦从脑子里誊到了打印纸上。当然,图灵要制造的通用机远比这个设定复杂得多。

图灵机构想图1

图灵机构想图2

图灵机构想图3

图灵机构想图(网络图)

  图灵沿袭并推广了打字机的基础结构,同样有一个可以在纸上移动的打印头。他忽略了页边距和换行这样的技术问题,设想这台机器只在一行上工作,也就是说,设想一条无限长的纸带。纸带上划分成大小统一的方格,每个方格只能容纳一个字符,打印头每次只能在一个方格上进行左右移动。图灵假设思维状态是可数的,以此作为论证的基础,设定了当前位置读入的字符、当前位置写入的字符、纸带的移动方向、将要转移到的状态这四条规则,然后就得到一个在无限长的纸带上形成的有限大小的“行为表”。图灵将这个“行为表”称为是“机械的过程”的具化。

最简易的图灵机模型_副本

最简易的图灵机模型(网络图)

  这看起来似乎非常简单,但是却在抽象符号和实体世界之间搭起一座可以往来通行的桥梁,只要有足够长的时间和纸条,今天的电脑所能做的一切,图灵机都可以办到。最主要的是在那个还没有电脑的年代,这个构思本身就可以不朽。不用多说,就是回到二十年前,我们手里的IPad也会让当时的人们惊为天物。

  图灵和他的图灵机很快得到数学界的认可,但是图灵机的构想最先应用的领域竟然是战场上。到底发生了什么,在接下来的文章里为大家揭开谜题。

大图

 

“艾伦·图灵”系列一览:

系列一:艾伦图灵的爷爷爸爸妈

系列二:你们城里孩子真会玩(上)

系列三:你们城里孩子真会玩(下)

系列四:越长大越孤单

系列五:十亿英镑的赌约

系列六:你就是我的天使

系列七:生命中最快乐的一周

系列八:挚友离去

系列九:今天你跑了吗?

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