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艾倫·麥席森·圖靈

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艾倫·麥席森·圖靈（英語：Alan Mathison Turing，1912年6月23日~1954年6月7日），英國計算機科學家、數學家、邏輯學家、密碼分析學家、理論生物學家 [14]  ，“計算機科學之父”、“人工智能之父” [21]  ，英國皇家學會院士 [2]  。
艾倫·麥席森·圖靈於1935年當選為劍橋大學國王學院研究員 [2]  ；1936年提出被稱為圖靈機的邏輯機通用模型 [11]  ；1938年獲普林斯頓大學博士學位 [2]  ；1939年開始在英國軍方工作，期間破解德國密碼系統恩尼格瑪密碼機和金槍魚密碼機，加速了盟軍取得了二戰的勝利 [4]  ；1946年獲大英帝國勳章 [7]  ；1945年—1948年在倫敦泰丁頓國家物理實驗室負責自動計算引擎（ACE）的研究工作 [3]  ；1948年任曼徹斯特大學高級講師、自動數字計算機（Madam）項目的負責人助理 [9]  ；1949年任曼徹斯特大學計算機實驗室副主任 [9]  ；1950年提出機器具備思維的可能性和“圖靈測試”的概念 [9]  ；1951年當選為英國皇家學會院士 [2]  ；1954年服用含氰化物的蘋果去世，享年41歲 [10]  。
圖靈主要從事數理邏輯、純數學、計算機科學、理論生物學方面研究。 [39] 
中文名
艾倫·麥席森·圖靈
外文名
Alan Mathison Turing
國    籍
英國
出生地
英國倫敦
出生日期
1912年6月23日
逝世日期
1954年6月7日
畢業院校
普林斯頓大學
職    業
教學科研工作者
代表作品
《論可計算的數及其在密碼問題中的應用》
《計算機器與智能》
主要成就
1936年提出圖靈機模型
1950年提出圖靈測試
1951年當選為英國皇家學會院士
學    歷
研究生
學    位
博士

目錄

  1. 1 人物生平
  2. 2 主要成就
  3. ▪ 科研成就
  4. ▪ 人才培養
  1. ▪ 榮譽表彰
  2. 3 社會任職
  3. 4 個人生活
  4. 5 人物評價
  1. 6 人物紀念
  2. 7 人物影響

艾倫·麥席森·圖靈人物生平

  • 年輕時期
16歲時的圖靈 16歲時的圖靈
1912年6月23日，艾倫·麥席森·圖靈出生於英國倫敦。 [2] 
1922年6月，就讀於哈澤爾赫斯特名為“威爾士”的預科學校，他寫給父母的信顯示了他對數學和化學的興趣以及他的最新發明。 [3]  [6] 
1926年，考入倫敦謝伯恩公學，受到良好的中等教育。在中學期間圖靈就能讀懂愛因斯坦的相對論，撰寫了愛因斯坦的一部著作的內容提要，並獲得國王愛德華六世數學金盾獎章。 [2]  [4] 
  • 科研時期
圖靈在劍橋大學國王學院 圖靈在劍橋大學國王學院
1931年，圖靈考入劍橋大學國王學院專攻數學，並獲得數學獎學金。 [2] 
1935年，發表論文《論高斯誤差函數》，因此當選為國王學院的研究員，並於次年獲得英國史密斯數學獎。 [2] 
1936年，發表論文《論可計算的數及其在密碼問題中的應用》，提出被後人稱為圖靈機的邏輯機通用模型。 [11]  同年9月，圖靈應邀到美國普林斯頓高級研究院學習，在阿朗佐·丘奇（Alonzo Church）的指導下攻讀博士學位。 [3] 
1938年，獲普林斯頓大學博士學位，主要工作為純粹數學和早期的密碼研究。同年夏天，回到英國工作，仍在劍橋大學國王學院任研究員。 [2]  [5] 
  • 二戰期間
1939年秋，圖靈應召到英國外交部通信處從事軍事工作，主要是破譯敵方密碼的工作。 [4] 
英國國家計算機博物館內的Bombe複製品 英國國家計算機博物館內的Bombe複製品
1940年春，圖靈設計了一台新的名為“甜點”（Bombe）的機器以對抗德國軍隊的恩尼格瑪密碼機，該機器每個月就能破譯多達8400條恩尼格瑪密碼機的加密信息。圖靈還親自破譯了恩尼格瑪密碼機發出的U型潛艇攻擊北大西洋商船隊的加密信息，保障了英國戰時物資的運輸。 [4] 
1942年，圖靈發現了第一種破譯金槍魚密碼機信息的系統方法，讓盟軍對德國的戰略有了更深入的瞭解，同時也改變了戰爭的進程。金槍魚密碼機的通信網絡是移動電話網絡的先驅，它橫跨歐洲和北非，為希特勒和柏林的陸軍總司令部以及前線將領建立了聯繫。 [4] 
1946年，圖靈被授予大英帝國勳章，以表彰他在戰時的貢獻。 [7] 
  • 戰後工作
圖靈（右一）在曼徹斯特大學工作 圖靈（右一）在曼徹斯特大學工作
1945年到1948年，圖靈在倫敦泰丁頓國家物理實驗室負責自動計算引擎（ACE）的研究工作，寫出一份長達50頁的關於ACE的設計説明書。在圖靈的設計思想指導下，1950年製出了ACE樣機，1958年製成大型ACE機。 [3]  [8] 
1948年，擔任曼徹斯特大學高級講師，並被指定為曼徹斯特自動數字計算機（Madam）項目的負責人助理，具體領導該項目數學方面的工作。 [9] 
1949年成為曼徹斯特大學計算機實驗室的副主任，負責最早的真正意義上的計算機——“曼徹斯特一號”的軟件理論開發。 [9] 
1950年，圖靈編寫並出版了《曼徹斯特電子計算機程序員手冊》，繼續進行數理邏輯方面的理論研究，並提出了著名的“圖靈測試”。同年10月，圖靈發表論文《機器能思考嗎》，這一劃時代的作品使圖靈贏得了“人工智能之父”的稱號。 [9] 
1951年，由於在可計算數方面所取得的成就，當選為英國皇家學會院士。 [2] 
1952年，圖靈開始研究理論生物學，並發表了一篇論文《形態發生的化學基礎》（The Chemical Basis of Morphogenesis）。 [2] 
  • 迫害逝世
1953年1月，圖靈家裏被盜，警察調查案件的過程中發現了他與同性伴侶的關係，結果圖靈被審判並定以嚴重猥褻的罪名。圖靈面臨兩個選擇：坐牢或接受化學閹割（注射雌激素），他選擇了後者。持續一年的合成雌激素注射造成了他的性無能和乳房發育。 [5] 
1954年6月7日，圖靈被發現死於家中的牀上，牀頭還放着一個被咬了一口的泡過氰化物的蘋果。 [10] 
2009年，時任首相戈登·布朗代表英國政府就“圖靈所受的駭人聽聞的對待方式”作出正式道歉。 [30] 
2013年，英國女王伊麗莎白二世向圖靈追加了“皇家赦免令”，赦免令説，“圖靈對戰爭的卓越貢獻和在科學界留下的遺產應該被後人銘記和認可。” [7] 

艾倫·麥席森·圖靈主要成就

艾倫·麥席森·圖靈科研成就

圖靈主要從事數理邏輯和計算機科學方面研究，其研究成果構成了現代計算機技術的基礎。 [24] 
  • 圖靈機
圖靈機示意圖 圖靈機示意圖
1936年，圖靈發表了一篇論文《論可計算的數及其在密碼問題中的應用》，首次提出邏輯機的通用模型，人們把這個模型機稱為圖靈機。圖靈機是一種抽象計算模型，其更抽象的意義為一種數學邏輯機，可以看做等價於任何有限邏輯數學過程的終極強大邏輯機器。
圖靈機不是一種具體的機器，而是一種思想模型；雖然簡單但運算能力極強，可以計算出所有想象到的可計算函數。它有一條無限長的紙帶，紙帶分成了一個一個的小方格，每個方格有不同的顏色。有一個機器頭在紙帶上移來移去。機器頭有一組內部狀態，還有一些固定的程序。在每個時刻，機器頭都要從當前紙帶上讀入一個方格信息，然後結合自己的內部狀態查找程序表，根據程序輸出信息到紙帶的方格上，並轉換自己的內部狀態，然後進行移動。
經典的計算機實際上就是一個通用的圖靈機，馮·諾依曼計算機是圖靈機的一種物理化。圖靈機被公認為現代計算機的原型，這台機器可以讀入一系列的0和1 ，這些數字代表瞭解決某些問題所需要的步驟，按這個步驟走下去，就可以解決某一特定的問題。雖然圖靈機只是一種理論的計算模型，但圖靈的這一創新思想奠定了整個現代計算機的理論基礎。 [11]  [12] 
  • 丘奇-圖靈論題
戴維·希爾伯特（David Hilbert）於1928年提出了著名的“判定性問題”（Entscheidungs problem）：是否存在一系列有限的步驟，它能判定任意一個給定的數學命題的真假？丘奇和圖靈在1936-1937年各自獨立解決了這一問題。他們的主要貢獻在於將“判定性問題”形式化，詳細定義了何為“一系列有限的步驟”。丘奇描述“有限的步驟”的模型為算子（-Calculus），而圖靈描述“有限的步驟”的模型為圖靈機（Turing Machine）。 [14] 
1937年，圖靈發表論文《可計算性與λ可定義性》（Computability and λ-definability）拓廣了丘奇（Church）提出的“丘奇論題”而形成“丘奇-圖靈論題”，這個論題斷言圖靈機同直觀的有效的函數計算具有等價的問題求解機制。即所有“能解”的問題都存在一個圖靈機，只要把問題放在圖靈機帶子上，若有解則停機後帶子內容即是解答。這個斷言叫做“論題”是由於他無法嚴格證明。這個論題對計算理論的嚴格化，對計算機科學的形成和發展都具有奠基性的意義。 [2] 
  • 圖靈測試
圖靈測試示意圖 圖靈測試示意圖
1950年10月，圖靈發表了一篇題為《計算機器與智能》的論文，首次提出機器具備思維的可能性。他在其中提出了一個被稱為“圖靈測試”的概念。論文的開篇是一條明確的聲明：“我準備探討‘機器能思考嗎’這個問題。”圖靈設計了一個遊戲來解釋這個問題的實證含義。他為人工智能給出了一個完全可操作的定義：如果一台機器輸出的內容和人類大腦別無二致的話，那麼我們就沒有理由堅持認為這台機器不是在“思考”。
圖靈測試，也就是圖靈所説的“模仿遊戲”的操作很簡單：一位詢問者將自己的問題寫下來，發給處於另外一個房間之中的一個人和一台機器，然後根據他們給出的答案確定哪個是真人——如果無法判斷或混淆了被考察的機器和人，則可認為被測試的機器具有某種程度的智慧。 [13] 
  • 理論生物學
1952年，圖靈發表了一篇論文《形態發生的化學基礎》，他用相當深奧而獨特的數學方法，研究了決定生物的顏色或形態的化學物質（他稱之為成形素）在形成平面形態（如奶牛體表的花斑）和立體形態（如放射形蟲和葉序的分佈方式）中的分佈規律性，試圖闡釋“物理化學規律可以充分解釋許多形態形成的事實”這一思想。圖靈還進行了後來被稱為“數學胚胎學”的奠基性研究工作，他還試圖用數學方法研究人腦的構造問題，例如估算出一個具有給定數目的神經元的大腦中能存貯多少信息的問題等。 [2] 
  • 學術論著
圖靈一生中撰寫了大量的論文，但其大部分工作並沒有以正式的形式發表在當時的科學期刊上，而是以內部報告、談話等形式發表，一些甚至在多年之後才得以解密。以下列舉了圖靈公開發表的部分論文。 [39] 
數理邏輯
Turing A M. On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem（論可計算的數及其在密碼問題中的應用）[J]. J. of Math, 1936, 58(345-363): 5.
Turing A M. Computability and λ-definability（可計算性與λ可定義性）[J]. The Journal of Symbolic Logic, 1937, 2(4): 153-163.
Turing A M. Systems of logic based on ordinals（基於序數的邏輯系統）[J]. Proceedings of the London Mathematical Society, Series 2, 1939, 45: 161-228.
Newman M H A, Turing A M. A formal theorem in Church's theory of types[J]. The Journal of Symbolic Logic, 1942, 7(1): 28-33.
Turing A M. The use of dots as brackets in Church's system[J]. The Journal of Symbolic Logic, 1942, 7(4): 146-156.
Turing A M. Practical forms of type theory[J]. The Journal of Symbolic Logic, 1948, 13(2): 80-94.
純數學
Turing A M. Equivalence of left and right almost periodicity（左右殆週期性的等價性）[J]. Journal of the London Mathematical Society, 1935, 1(4): 284-285.
Turing A M. Finite approximations to lie groups（對李羣的有限逼近）[J]. Annals of Mathematics, 1938: 105-111.
Turing A M. The extensions of a group[J]. Compositio Mathematica, 1938, 5: 357-367.
Turing A M. A Method for the Calculation of the Zeta‐Function[J]. Proceedings of the London Mathematical Society, 1945, 2(1): 180-197.
Turing A M. Rounding-off errors in matrix processes[J]. The Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics, 1948, 1(1): 287-308.
Turing A M. The word problem in semi-groups with cancellation[J]. Annals of Mathematics, 1950: 491-505.
Turing A M. Some calculations of the Riemann zeta-function[J]. Proceedings of the London Mathematical Society, 1953, 3(1): 99-117.
計算機科學
Turing A M. Computing machinery and intelligence（計算機器與智能）[J]. Mind, 1950, 59(236): 433.
數理生物學
Turing A M. The Chemical Basis of Morphogenesis（形態發生的化學基礎）[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B, 1952, 59(236): 433.
參考資料： [35-38] 

艾倫·麥席森·圖靈人才培養

  • 指導學生
艾倫·麥席森·圖靈在劍橋大學期間於1953年指導了羅賓·甘迪（Robin Gandy），並與道格拉斯·哈特里（Douglas Hartree）共同指導了比阿特麗斯·沃斯利（Beatrice Worsley）。 [17-18] 

艾倫·麥席森·圖靈榮譽表彰

授予時間
榮譽名稱
授予單位
1934年
“B級明星牧馬人（B Star Wrangler）”一等榮譽
劍橋大學 [6] 
1936年
史密斯數學獎
劍橋大學 [16] 
1946年
不列顛帝國勳章
英國政府 [7] 
1999年
20世紀全世界最具影響力的100位人物
美國《時代》週刊 [40] 
2019年
20世紀最偉大科學家
BBC [15] 

艾倫·麥席森·圖靈社會任職

時間
職務
1942年11月
美國貝爾實驗室訪問成員 [19] 

艾倫·麥席森·圖靈個人生活

  • 感情關係
1941年春，圖靈向他在布萊切利園的同事瓊·克拉克（Joan Clarke）求婚，她在被聘來做解碼工作前在劍橋大學研究數學。求婚幾天後，圖靈向她坦白自己有同性戀傾向。克拉克雖然有些擔心，但依然將感情維持了下去。但六個月後，圖靈感到這段感情不會圓滿收場，便結束了這段感情。 [20] 
1952年1月，圖靈在曼徹斯特期間看電影時在影院門口遇到了名叫阿諾德·穆雷（Arnold Murray）的19歲青年。圖靈對他一見如故，約他到家中過夜。穆雷將他與圖靈的事告訴了一個朋友，朋友卻認為應該抓住圖靈是同性戀者這個把柄，敲詐一筆錢，圖靈卻不願屈服。 [21] 
  • 家庭成員
圖靈的父親是朱利葉斯·馬西森·圖靈，他早年就讀於牛津大學基督學院，並獲得學士學位。1896年7月，朱利葉斯通過英屬印度文職人員統一考試，擔任印度民政部的官員。 [2]  [22] 
圖靈的母親是艾賽兒·斯托尼，她生於一個鐵路工程師家庭，曾就讀於巴黎大學文理學院。 [2]  [22] 
  • 個人愛好
圖靈在參加跑步比賽 圖靈在參加跑步比賽
圖靈是一位出色的長跑愛好者，他説過：“我的工作壓力很大，唯一能讓我忘掉它的方法就是努力跑步，這是我獲得釋放的唯一途徑。”他在劍橋國王學院時，會沿着劍橋和伊利之間的河邊步道奔跑。後來學校為紀念他也在這裏舉辦一年一度的“圖靈接力賽”。在布萊切利園工作時，圖靈甚至偶爾會跑40英里到倫敦參加會議。他還參加了1948年英國奧運代表隊的選拔賽，但當天由於傷病，沒有獲得參賽資格。然而，他的馬拉松選拔賽成績只比英國銀牌得主托馬斯·理查茲（Thomas Richards）慢了11分鐘。 [23] 

艾倫·麥席森·圖靈人物評價

艾倫·圖靈是一位傑出的人物，他在第二次世界大戰中破解了德國密碼，為拯救這個國家發揮了關鍵作用，他的行動挽救了無數生命。他還通過其實質性的科學成就留下了非凡的國家遺產。（英國原首相戴維·卡梅倫評 [32]  ）
艾倫·圖靈博士是一位才華橫溢的傑出人物，因其對戰爭的傑出貢獻和對科學的遺產而值得被銘記和認可。（英國原司法部長克里斯·格雷林評 [32]  ）
一個古怪的不信上帝的同性戀，一個成就輝煌的英國數學家，兩頂大帽子把圖靈扣得好生糾結。然而，他卻肩負着兩項偉大的歷史使命，一邊是計算機科學中最有詩意的概念和理論，一邊是在第二次世界大戰時為世界和平而解謎。（《哥德爾·艾舍爾·巴赫》作者，人工智能專家道格拉斯·理查·郝夫斯台特評 [1]  ）
2012年，是一個偉人的百年誕辰。即使他們把所有崇高的致意奉獻給他都不為過。他就是艾倫·圖靈。100年前，艾倫·圖靈誕生在一個文化和科技水平都與如今完全不同的時代裏，但這並不影響他成為最偉大最值得紀念的人之一。他為計算機領域奠定了不可埋沒的基礎，沒有他就沒有的計算機。（圖靈獎獲得者、Google資深副總裁兼首席因特網專家文特·瑟夫評價 [34]  ）

艾倫·麥席森·圖靈人物紀念

  • 圖靈獎
1966年，美國計算機協會（ACM）設立圖靈獎，用以獎勵那些對計算機事業作出重要貢獻的個人，是美國計算機協會在計算機技術方面所授予的最高獎項，被喻為計算機界的諾貝爾獎。 [24] 
  • 紀念雕像
布萊切利園內圖靈的塑像 布萊切利園內圖靈的塑像
英格蘭米爾頓凱恩斯的布萊切利園（Bletchley Park）裏豎立着一座艾倫·圖靈的塑像，以紀念這位計算機科學與人工智能之父，以及盟軍取得二戰勝利的大功臣。 [25] 
2013年12月，英國女王伊麗莎白二世正式為圖靈平反，在曼徹斯特的圖靈故居前豎起了紀念圖靈的銅牌與銅像。 [26] 
  • 人物傳記
《艾倫-圖靈傳》 《艾倫-圖靈傳》
1983年，安德魯·霍奇斯（Andrew Hodges）最早出版了一部圖靈的權威傳記《艾倫·圖靈傳：如謎的解謎者》，他曾在當時的版本里説，隨着社會的進步，圖靈的意義會越來越重要。 [27] 
  • 影視形象
《破解密碼》（Breaking the Code）：休·懷特摩爾（Hugh Whitemore）於1986年創作的一部關於圖靈的戲劇，在倫敦西區和百老匯等地上演。圖靈由德里克·雅各比（Derek Jacobi）扮演。該劇獲得了三項託尼獎提名。 [28] 
《模仿遊戲》：莫騰·泰杜姆（Morten Tyldum）執導的傳記電影，改編自安德魯·霍奇斯編著的傳記《艾倫·圖靈傳》，2014年11月28日上映。本尼迪克特·康伯巴奇（Benedict Cumberbatch）飾演主人公艾倫·圖靈。故事主要聚焦於天才數學家艾倫·圖靈協助盟軍破譯德國密碼系統恩尼格瑪，從而扭轉二戰戰局的經歷。該片獲得第87屆奧斯卡金像獎最佳改編劇本獎。 [29] 
  • 登上英鎊
50英鎊紙幣（背面） 50英鎊紙幣（背面）
2018年，英格蘭銀行決定在新版50英鎊紙幣上使用科學領域突出貢獻者肖像，並由公眾進行提名。最終，圖靈超過了一眾候選者，被選中作為新一代英鎊的代表圖案。在已公佈的紙幣設計圖上，包含了當時圖靈用來破譯德軍密碼所使用的機器和一串藏有他生日日期的二進制編碼。紙幣上面印着一句圖靈在1949年對英國泰晤士報所説的話：“This is only a foretaste of what is to come，and only the shadow of what is going to be（這不過是將來之事的前奏，也是將來之事的影子）。”該版鈔票於2021年開始流通。 [4] 

艾倫·麥席森·圖靈人物影響

  • 圖靈法案
2017年1月31日，英國宣佈赦免歷史上其他因過時的“嚴重猥褻法”而被定罪的上萬名同性戀以及雙性戀人羣，向那些在1967年前因同性戀傾向而被定罪的人道歉，這也被稱為“圖靈法案”。 [31]  [33] 
參考資料
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