艾伦·麦席森·图灵(1912年6月23日—1954年6月7日)是英国数学家、逻辑学家和密码破译专家,其研究为计算机科学和人工智能奠定了基础。他提出了计算的数学模型,在第二次世界大战期间参与盟军的密码破译工作,设计了早期电子计算机,并研究了生物形态的形成。他的学术生涯将有关机械计算的抽象问题与实际计算技术及机器智能研究联系起来。(amturing.acm.org)
早年生活与教育
图灵出生于伦敦,父亲朱利叶斯·麦席森·图灵是英属印度文官,母亲是埃塞尔·萨拉·图灵。他先后就读于黑兹尔赫斯特预备学校和舍伯恩学校,1931年进入剑桥大学国王学院学习数学。他于1934年以优异成绩毕业,1935年当选为国王学院研究员。马克斯·纽曼的讲座使他接触到数理逻辑学的基础问题,包括数学推理能否归结为一种通用的机械程序。(kings.cam.ac.uk)
1936年至1938年,图灵在普林斯顿大学师从阿隆佐·丘奇,并于1938年获得数学博士学位。他的研究属于当时国际学术界探索形式方法适用范围与局限的工作,而非一个已经成形的电子计算学科。(universityarchives.princeton.edu)
可计算性与通用机
在1936年的论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》中,图灵描述了一种理想化的计算装置,即如今所称的图灵机。这种装置按照有限的内部状态和明确的读写、移动规则,对纸带上的符号进行操作。该模型不依赖任何特定的物理机制,就将逐步执行的算法这一非形式化概念转化为严格的数学定义。(cs.virginia.edu)
图灵还描述了一种通用机:只要向它提供其他机器规则的编码描述,它就能模拟这些机器。这将通用计算机制与决定其任务的指令区分开来,为可编程计算机提供了理论基础。通用性讨论的是原则上能够计算什么,并不保证计算能够在实际可行的时间或存储空间内完成。(cs.virginia.edu)
这篇论文证明,与大卫·希尔伯特相关的判定问题不存在通用的算法解法:没有任何机械程序能够判定一阶逻辑中所有陈述的有效性。丘奇使用另一种形式体系,独立得出了相应的结果。二人的方法构成了丘奇—图灵论题的基础,该论题认为,有效可计算的程序等同于图灵机所能执行的计算。图灵的论证还确立了与现代停机问题密切相关的不可判定性结果,不过他最初的表述与如今常见的表述有所不同。(cs.virginia.edu)
战时密码分析
1939年战争爆发后,图灵加入了设在布莱切利园的政府密码学校。他参与分析由德国恩尼格玛密码机加密的消息,为英国战时的密码学与密码破译工作作出了重大贡献。这些成就是一项大规模协作行动的组成部分,也建立在波兰密码分析专家此前取得的突破之上。(turingarchive.kings.cam.ac.uk)
图灵设计了英国炸弹机所采用的核心方法。这是一种用于搜索恩尼格玛密码机可能设置的机电设备。它利用“猜测明文”,即推测出的明文片段,寻找矛盾并排除不相容的设置。戈登·韦尔奇曼提出的对角线板改进方案显著提高了机器的效能,而机器的建造则由工程团队完成。炸弹机用于协助恢复密钥,而不是独立地将截获的密文转换成可读的消息。(tnmoc.org)
这项工作的成功有赖于通信截获、数学分析、机器操作人员、工程师以及情报评估。战时保密要求使公众在此后数十年间都难以了解这项行动。图灵因其贡献于1946年获授大英帝国官佐勋章(OBE)。(tnmoc.org)
电子计算与机器智能
图灵于1945年加入英国国家物理实验室,并制定了自动计算引擎(ACE)的设计方案。他的方案探讨了电子可编程计算机的实际架构。他在简化版的试验型ACE建成之前离开,于1948年转赴曼彻斯特大学,参与曼彻斯特Mark I计算机的研究工作。(npl.co.uk)
他于1950年在《心灵》杂志发表论文《计算机器与智能》,以一个涉及模仿游戏、可实际操作的问题,取代了关于机器能否思考的宽泛争论。在通常与图灵测试联系起来的测试安排中,提问者通过文字交流,试图区分机器与人类应答者。论文考察了涉及意识、数学局限、创造力以及其他被认为会阻碍机器智能的因素的反对意见。(courses.cs.umbc.edu)
图灵还探讨了能够学习的机器,提出可以通过教育来培养一个相对简单的“儿童”程序,而不必预先赋予它成年心智的全部特征。这使他的讨论与后来形成的机器学习领域产生了联系,但他并未规定后来的系统所采用的架构或训练方法。(courses.cs.umbc.edu)
数学生物学
1952年,图灵发表了《形态发生的化学基础》。他通过相互作用、发生反应并进行扩散的化学物质,研究形态发生,即生物形态的发育过程。他的分析说明了一个近乎均匀的系统如何变得不稳定,进而形成空间图案。(dna.caltech.edu)
他提出的反应—扩散系统是简化的数学模型,并非对胚胎发育的完整描述。其意义在于展示了一种机制:局部化学相互作用和物质输运,无须外部施加的空间模板,就能产生有组织的结构。图灵明确承认,他所采用的假设具有理想化性质。(dna.caltech.edu)
定罪、逝世与纪念
1952年,图灵因与另一名男子发生性关系,被判犯有严重猥亵罪,并被迫接受激素治疗,作为惩罚的一部分。他于1954年6月7日去世;死因调查认定他死于氰化物中毒,并裁定为自杀。他此前于1951年当选为英国皇家学会会士。(manchester.ac.uk)
英国政府于2009年就他所受到的对待道歉,伊丽莎白二世女王于2013年12月24日追授他皇家赦免。美国计算机协会于1966年设立图灵奖,以他的名字命名,表彰对计算领域作出具有持久重要意义贡献的人士。(manchester.ac.uk)