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“一个古怪的不信上帝的同性恋者，一个成就辉煌的英国数学家，两顶大帽子把图灵扣得好生纠结。然而，他却肩负着两项伟大的历史使命，一边是计算机科学中最有诗意的概念和理论，一边是在第二次世界大战时为世界和平而解谜。图灵，是个如谜一样的解谜者。”——《Alan Turing：the enigma》序在ChatGPT等人工智能（AI）工具掀起新一轮生产力革命的现在，许多AI工具的使用者都惊讶于它们已经媲美人类的顺畅沟通能力，甚至怀疑这些AI可能已经真的产生了些许的“自主意识”。每当这时候，人们都会想起“图灵测试”这个广为人知、用于评估计算机究竟是否具有智能的测试，以及它的提出者——艾伦·麦席森·图灵（Alan Mathison Turing）。今天，药明康德内容团队将结合公开资料来带大家一起解密这位被誉为“计算机科学之父”的天才数学家短暂而非凡的一生。
▲Alan Mathison Turing（图片来源：Science History Images/Alamy）艾伦·图灵出生于英国伦敦，他的父亲朱利斯·麦席森·图灵（Julius Mathison Turing）是一个在印度文职机构任职的英国官员。在从印度回英国的一次旅途中，他遇到了艾伦的母亲埃塞尔·萨拉·斯托尼（Ethel Sara Stoney）。婚后的第一年，俩人就有了爱情的结晶——艾伦的哥哥约翰。两年后（1912年6月23日），艾伦呱呱坠地。要说起艾伦的数学天赋，这可能来自于他的祖父。1848年时，艾伦的祖父就曾以第11名的成绩从剑桥大学三一学院数学系毕业。不过在毕业后，祖父并没有继续在数学方面深造，而是成为了一名牧师。由于工作需要，自艾伦刚出生父母就无法陪伴在他和哥哥身边，他们只能将两个幼子寄养在了一对军人夫妇家中。在外人眼中，艾伦和他哥哥约翰打小就和其他孩子不太一样，寄养家庭的女主人沃德夫人也曾多次和图灵夫人告状，说大儿子约翰是个书呆子，小的也一样对打架和玩具枪不感兴趣。而艾伦似乎更加放荡不羁一些，他的“不拘小节“连他的哥哥都有些受不了。约翰曾描述说：“艾伦什么都不管，哪只脚穿哪只鞋对他来说根本没有差别。”而就是这样一个在形象上不修边幅的孩子，在阅读和数字上有着惊人的天赋。艾伦在学会识数之后以记下路灯上的数字编号为乐，这让其他孩子都认为他是个怪人。
图片来源：123RF
1922年末，也就是小艾伦10岁时，有人送给艾伦一本名为《儿童必读自然奇迹》的儿童科普著作。正是这本书为小艾伦打开了新世界的大门，他第一次知道了世界上还存在着如此美妙的东西——科学。自那以后，艾伦就开始了他的科学之旅，时常搞些没有用的小发明，为他的“怪人”称号再添力证。1926年秋天，艾伦进入了英国一所历史悠久的公立学校谢伯恩（Sherborne）学院。尽管刚入校时艾伦由于他的天赋，属于那种平时不学习，一考考第一的“学霸”。但后来他长期在学习上吊儿郎当，不感兴趣的学科就彻底放弃，感兴趣的学科也只喜欢按照自己的方式去学习。因此，慢慢的，不论是他喜欢的还是不喜欢的科目，他的成绩都不太理想，这一度让他的任课老师们都感到非常头疼。不过那会儿，艾伦在数学方面的天赋已初现端倪——他在没有使用微积分的情况下就独立给出了反正切函数的无穷数级。当时不明就里的老师还对他做出过这样的评价：“他花了大量的时间研究高等数学，却忽视了基础课的学习。任何学科都需要先打好基础，他在这方面表现很糟糕。”15岁那年，为了让母亲能够看懂爱因斯坦的《相对论》，他为其写了一本小册子来概括研究其中的内容。在谢伯恩学院的头一年，“神童”艾伦过得并不好。他说话结结巴巴（后来有人解释那是他为了花时间寻找合适的词），衣着邋遢还看上去脏兮兮，不爱参加运动项目也不合群。因为这些，艾伦在学校没少受到欺负。即使如此，他也不觉得需要学会合群，并一直沉浸在自己的小天地里，直到那个命运中的人的出现。1927年，艾伦第一次见到了那个使他意识到自己性别取向的男孩——克里斯朵夫·默卡（Christopher Morcom）。他对那个比他大一岁、金发碧眼、身形瘦弱的男孩一见钟情。艾伦说：“好想再看一眼他的脸，太有魅力了。”和艾伦完全不是一个类型的人，克里斯朵夫出身名门，人品和修养都非常好，在学习成绩上更是优秀得令人望尘莫及。为了和克里斯朵夫拉近关系，艾伦开始改变自己，他克服了自己害羞不善与人交流的毛病，去参加他并不感兴趣的音乐社团，不再总是自己一个人关在书房里，并开始关心自己的成绩。所有这一切都只为了能和克里斯朵夫多待一会儿，并追赶上这个让他崇拜的男孩儿。艾伦是这么形容克里斯朵夫对他的意义的：“他就像一抹鲜艳的色彩，让世界上的其他人都失去了颜色。“渐渐地，克里斯朵夫对艾伦的感情也认真了起来，尽管由于环境原因，俩人还是有些拘谨，并且从未捅破过这份懵懂感情的窗户纸。他们开始一起讨论各种数学和科学问题，一起做化学实验，一起看星星。在艾伦升上6年级后，他如愿以偿和克里斯朵夫每天都一起上课。不过对艾伦来说，这些简单而美好的时光很快将被打破。克里斯朵夫要去上大学了。他获得了剑桥大学三一学院的奖学金，而艾伦却没有。对艾伦来说，这是一个巨大的打击。更大的打击接踵而至。其实在刚见到克里斯朵夫那年，克里斯朵夫就因为喝了病牛的奶染上了牛结核病。为了治病他接受了一场手术，因此在俩人初见时，克里斯朵夫才看上去那么的弱不禁风。此后，克里斯朵夫的健康一直受到牛结核病的威胁。1930年2月13日，在经历了6天的痛苦挣扎后，克里斯朵夫的生命燃烧到了尽头，而艾伦则失去了他最初的挚爱。
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但令人感到意外的是，接到克里斯朵夫噩耗的艾伦冷静且理智得出奇，他向克里斯朵夫的母亲默卡夫人要来了克里斯朵夫的照片，并珍藏了所有克里斯朵夫写给他的信件。在给自己母亲的信中他写道：“我相信，我一定会在某个地方再次遇到默卡，在那里，我们又可以一起工作。现在，我要暂时独自前行，我不能让他失望，就算物是人非，我也要保持一样的干劲，就像他还活着一样。我只有获得成功，才能有资格享受他的陪伴。”艾伦化悲痛为力量，他两次获得了默卡夫人为了纪念克里斯朵夫而设立的“默卡科学奖”，因为这能够获得一张写着“你卓越的表现不负克里斯的精神”的证书。1931年，艾伦考入了剑桥大学国王学院（King's College），并因优异的成绩获得了数学奖学金。在国王学院，他处于当时科学世界的中心，各个学科和领域的大师在那里比比皆是，他终于有机会能潜心学习纯数学了。除了对数学本身的兴趣，这还能使他忘却现实世界中的悲伤和失意。1935年，艾伦就因为他在数学上的突出表现成为了国王学院的研究员。在这一任命之后，他在一个不为人知的领域——数理逻辑领域引发了一场引人注目的变革。1930年代，计算机科学还是一个尚未建立的领域，人们并不知道什么是计算机，更不用说如何设计一台计算机了。当时，计算机领域的发展仍然停留在数学家和工程师手工操作机器的阶段，而且几乎所有的计算机都只能解决特定类型的问题。因此，当艾伦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，他面临的是一个巨大的挑战。功夫不负有心人，1936年时，通过对量子力学基础理论的理解和从数学逻辑中汲取的诸多灵感，艾伦在《论可计算数及其在判定问题中的应用》（On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem）一文中，提出了一种新的抽象计算模型，这就是后来被称为“图灵机”的东西。
图灵机是一种理论上的机器，它的构造非常简单，由一条无限长的纸带和一个能够在纸带上左右移动的可读写头组成。纸带被划分成了一个个格子，每个格子上可以写入一个符号（0或者1）。可读写头能够读取当前所在格子上的符号，并根据一些规则改变自己的移动方式和纸带上的符号。这些规则被称为“转移函数”，它们描述了图灵机在读取某个符号时应该采取什么行动，例如改变当前格子上的符号、向左或向右移动可读写头、或者停机等。图灵机的能力基本上就只有这些。但当艾伦仔细思考图灵机的能力和限制，发现图灵机能够解决所有可计算问题，而无法解决不可计算问题。在论文中，艾伦给出了计算的定义，并对计算所能实现的目标给出了绝对限制，这一发现也成为了现代计算机科学的奠基之作。图灵机本身不是计算机模型，而是一种数学模型，它告诉了我们计算是一系列指令的集合。假如有无限多台的图灵机组合在一起，每台图灵机能够对应不同的方法或程序，是否就能变成艾伦所希望的那种能够解决所有问题的通用计算机了呢？在提出图灵机模型后，他前往普林斯顿从事逻辑学和其他数学分支方面的更高级的工作。他有机会留在美国，但仍在1938年选择返回英国。从1939年到1945年，图灵几乎全神贯注地投入到了破解当时最难破解的德国密码机Enigma（意思为“谜”）的工作中，此处我们先按下不表。在欧洲战争结束时，艾伦的抱负是创造一台完全现代意义上的电子计算机。他的想法在1946年时就成为了该领域的先驱，但鲜为人知。尽管在工作上屡屡受挫，他很快又调整好状态回到了研究计算的理论局限性上，这次的研究重点是比较计算机的能力和人脑的能力，这也直接导致了现在人工智能领域大名鼎鼎的“图灵测试”的诞生。
艾伦认为，如果编程得当，计算机完全可以和大脑相媲美。据此，艾伦创立了未来几十年的“人工智能”计划。1948年，他搬到了曼彻斯特大学。两年后，他写下了著名的论文《计算机器与智能》（Computing Machinery and Intelligence）。1951年，时年39岁的艾伦因其1936年的成就而成为了英国皇家学会的会员。当时没人能想到，图灵测试对人工智能领域的发展起到了多大的推动作用，它促进了人工智能技术的发展和应用，也促进了对人类智能的理解和研究。通过图灵测试，人们可以更好地理解和评估人工智能技术的发展，也可以更好地探索人类智能的本质。艾伦一生中的另一大成就是在第二次世界大战中成功破解了德国最先进的密码机Enigma。有人说，这使得二战的结束时间直接提前了两年，挽救了千百万普通人的生命。在二战期间，德国的Enigma密码机成为了英国和盟军最头痛的问题之一。这种机器是一种电子密码机，使用了三个或四个旋转的转盘来加密信息。每天，德国军方都会生成一个新的密码设置，破译的速度根本跟不上加密方法改变的速度，这意味着破解Enigma机密信息的任务几乎是不可能的。为了解决这一最为棘手的难题，英国政府将当时在数学方面已崭露头角的艾伦和其他天才数学家一起征召到了负责破解密码的密级部门。当时图灵迅速意识到，要破解Enigma机，他需要了解机器如何加密信息以及如何生成每天的新密码设置。通过长期的努力，图灵和同事们开始开发了一种叫做Bombe（原意是一种甜食）的机器，这是一种机械装置，能够在进入穷举法前先排除一些自相矛盾的解读方式，然后将多台这样的机器环形相连就能更快速地测试可能的密码设置，以找到正确的答案。
▲密码机Enigma（图片来源：Museo della Scienza e della Tecnologia "Leonardo da Vinci", CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons）
尽管Bombe是非常有用的工具，艾伦和他的同事们仍然需要解决如何解密每天更新的密码设置的问题。最终，艾伦和他的同事们发现了一个名为“Joker”的漏洞，这是Enigma机内部的一个错误，导致了某些密码设置的重复出现。通过利用这个漏洞，图灵和他的团队能够更快地破解新的密码设置，大约几分钟就能解读出一条信息，从而大大提高了盟军的情报收集能力。艾伦的工作对于盟军在二战中的胜利至关重要。他的工作不仅使得盟军能够更好地了解德国的计划和意图，还导致了更多的场战争的胜利。他的Bombe机器也成为了现代计算机的前身，开创了计算机科学和密码学的新时代。尽管艾伦的工作对于英国的胜利至关重要，但他却面临着自己国家的不公正待遇。因为他在战时的成就需要完全保密，世人并不知道是他和一系列数学家的贡献大幅缩短了战争结束的时间。此外，1952年2月，艾伦在举报自己的同性伴侣盗窃自己的财物时，由于非常坦诚地叙述了自己与同性伴侣之间的关系而被英国政府指控为“猥亵罪”。当时，在英国的法律中，同性之间的恋情被认为是违法的。艾伦没有否认指控，但在他被捕时，他说的第一句话就是他认为这不应该违法。他被迫发表了一份毫无歉意的声明，并详细地说明了所发生的事情，包括他和那名同性伴侣之间的关系。事实上，尽管当时的法律不认可同性关系的存在，但艾伦也从未隐瞒过自己的性取向。并且艾伦喜欢待在国王学院的一部分原因就是，那里的社交环境相对开放，是接受同性关系存在的“绿洲”。对于艾伦来说，承认指控的代价巨大，要么坐牢，要么接受化学阉割，爱好自由的他选择了后者。注射雌激素的惩罚不仅对他的身体造成了严重的伤害——使他长出了乳房，也对他的精神和职业生涯造成了巨大的打击。那时，他根据自己的事件写了一个经典的三段式说谎者悖论：Turing believes machines thinkTherefore machines do not think这些句子的字面意思是：图灵相信机器能思考，图灵对人们说谎了，因此机器并不会思考。艾伦究竟是出于对这个世界的失望，还是对那些仅因为他的性取向而否定他的想法的人的讽刺，我们不得而知。在旁人眼中，艾伦并没有屈服于不公正的对待，他尽可能多的以幽默和挑衅来处理这些事。他一如既往的活泼，就像什么都没发生过一样继续工作。他不仅着手对他开创性的数学生物学理论尝试进行更有野心的应用，还提出了基础物理学的新思想。当大家认为艾伦将再次在事业上大展宏图时，1954年6月7日，艾伦·图灵毫无征兆地在家中逝世，死因是氰化物中毒。在他的手边戏剧性地放着一个吃掉一半的苹果，没有遗嘱，就像一场意外。有人说外表开朗的艾伦实际上承受着同时代的人从未意识到的压力，为了履行对母亲作出的“不会伤害自己“的承诺，因而制造了这样一场意外，不过也有人怀疑是有预谋的暗杀。不管原因是什么，这位20世纪最伟大的数学家和计算机科学家之一就这样早早地离开了我们，他身上的”谜“或许也在等有缘人来为他解开。尽管艾伦在他的时代并没有得到应有的认可，他的工作和成就在后世被广为流传，并受到了诸多的拥护。他的母亲为他写了回忆录，同样公开承认自己同性恋性取向的英国牛津大学的数学家安德鲁·霍奇斯（Andrew Hodges）为其写了详细的传记。此外，还有众多根据他的故事衍生出来的戏剧、影视剧和艺术作品。2013年，在众多科学家、民众和公职人员的多年努力下，英国政府终于正式宣布为图灵平反，并且颁布了“图灵法案”，使得所有因为同性恋罪名而被判有罪的人都可以得到平反和赔偿。艾伦·图灵的成就对人类的进步和发展产生了深远的影响，在这个人类有可能因人工智能再次产生巨大变革的当下，谨以此文来向这位超凡脱俗的伟大科学家致以最崇高的敬意！
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[1] 8 things you didn’t know about Alan Turing. Retrieved March 23, 2023, from https://www.pbs.org/newshour/science/8-things-didnt-know-alan-turing.[2] Alan Turing. Retrieved March 23, 2023, from https://plato.stanford.edu/entries/turing/[3] Andrew Hodges. Alan Turing: the enigma. 免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。版权说明：本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「药明康德」微信公众号回复“转载”，获取转载须知。