图灵：“登上”英国50英镑新钞的“人工智能之父”

作者：徐令予

2019年7月15日，英格兰银行宣布，英国著名数学家、计算机科学和“人工智能之父”、密码破译专家艾伦·图灵 (Alan Turing) 将“登上”英国50英镑新钞。

英伦三岛人杰地灵，群英荟萃，有太多杰出的科学家值得缅怀了。据说这次50英镑新钞的候选人物包括霍金、麦克斯韦、狄拉克等12位天才科学家。为什么图灵最后能够胜出？如果单凭学术成就和声望，图灵并无压倒性优势。但是在反法西斯战争中，图灵对英国乃至全世界人民作出的实质性的贡献是无人可以相比的。图灵不仅是一位杰出的科学家，更是一位民族英雄。

破译密码 怒海千里决胜负

第二次世界大战期间，为了迫使英国这个资源匮乏，生活和生产资料高度依赖海上运输线的岛国屈服，德军对英国发起了大西洋潜艇战。残酷的潜艇绞杀战让英国在物资供给上出现了严重的危机，这是大英帝国的至暗时刻。

在茫茫大海深处的德军U型潜艇部队需要从德国情报部门获取敌方舰船的正确位置，发动狼群式攻击时潜艇之间也必须保持密切的联系，这些都离不开安全隐秘的无线电通信。可以毫不夸张地说，德国的海上军事行动严重依赖于无线密电码。为了扭转战局，盟军展开了一场特殊的隐蔽行动——密码破译战，生死存亡在此一举。这既是刀光剑影的武力较量，更是不见硝烟的脑力竞赛。交战双方在通信密码技术上的较量成了怒海争锋的焦点。

第二次世界大战中德国军队使用的恩尼格玛( Enigma)密码机把密码技术推到了当时的顶峰。恩尼格玛密码机在密码技术上有三个突破：（1）密码机依靠机电设备自动完成加密和解密过程，因而可以高效正确地完成高度复杂的密码算法；（2）密码机上的转轮的设置和面板对接孔联线方式决定了字母复杂多变的替代关系，它们就是系统的密钥，密钥可以轻松地每天一变，这使得对密文的破译变得更为困难；（3）算法和密钥的彻底分离，使英国缴获密码机没有多大用处，通信的安全是靠复杂多变的密钥保障。

战时的英国情报机关为了破译德国的恩尼格玛密码伤透了脑筋。回顾这段历史的《模仿游戏》（Imitation Game） 是部值得一看的好电影。天才数学家图灵为破译恩尼格玛密码作出了巨大的贡献。图灵首先意识到“解铃还须系铃人”，机器生成的密码只能依靠机器破译，为此他越级向英国首相丘吉尔直接打报告，申请10万英镑研制破译机器。这在当时是一笔巨款。令所有人意外的是，丘吉尔竟然批准了这个看似极不靠谱的项目，而且在百忙之中亲自探望了以图灵为首的破译小组，演绎了一个“伯乐知良驹”的生动故事。丘吉尔曾表示第二次世界大战取得胜利最应该感谢的人就是图灵。

图灵设计的密码破译机器其实就是现代数字计算机的雏型。对密码学有着深刻认识的图灵还探索出一种高效的解密算法，人称图灵方法（Turingery）。该算法成为破解德国密码的核心理论。在破译德国恩尼格玛密码过程中，图灵取得了一系列原创性的成果，这些成果完全可以变成许多杰出的论文。但是图灵把所有的精力倾注在密码破译上， 他要的是把德军更多的密文破解成明文。图灵为盟军的军事胜利作出了实实在在的贡献，1945年他获得英国政府的最高奖——大英帝国荣誉勋章。

一个真正爱国的科学家，在和平时期，他会把论文写在祖国的大地上；在战争时期，他就把论文写在血与火的战场上。

图灵机 开创现代计算理论

1936年5月，年仅24岁的图灵发表了一篇题为《论可计算数及其在判定性问题上的应用》的论文，论文中提出一种计算装置，后被称为“图灵机”（Turing Machine）。图灵机不是具体的计算机，严格来讲是一种计算理论的数学模型，它为现代电子数值计算机的诞生奠定了坚实的理论基础。

据此图灵设计了一个抽象的机器。它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。这部抽象的机器就是图灵机。

图灵机的主要意义可归纳为以下三个方面：（1）图灵机模型建立起通用计算理论，肯定了计算机实现的可能性，同时也给出了计算机应有的主要架构；（2）图灵机模型引入了读写、算法与程序语言的概念，开创了计算机器全新的设计理念；（3）图灵机模型理论是计算学科最核心的理论，因为计算机的极限计算能力就是通用图灵机的计算能力，很多问题可以转化到图灵机这个简单的模型进行分析对比。

图灵机是经典计算的理论基础。扩展图灵理论认为，任何在可实现物理装置上完成的流程，都可以被概率图灵机仿真。直至20世纪80年代量子计算的概念诞生后，科学家希望能够用量子物理装置完成经典计算机无法完成的任务，实现所谓的量子优势，从而挑战扩展图灵理论。但是直到今天，依旧没有充分的科学依据可以否定扩展图灵理论。由此可见，图灵机中蕴含着极为深邃的思想，图灵对计算理论所作的贡献具有划时代意义。

图灵测试 助推人工智能发展

1950年，图灵发表了一篇论文《计算机器与智能》，文中预言了创造出具有真正智能的机器的可能性。图灵试图解决长久以来关于如何定义意识的哲学争论，他提出一个可操作的标准：如果一台机器的表现（act）、反应（react）和相互作用（interact）都和有意识的个体一样，那么它就应该被认为是有意识的、具有智能的。

通俗地讲，一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的方式，和对方进行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据这些问答判断对方是人还是机器，那么，就可以认为这个机器具有与人相当的智力，即这台机器是能思维的。这就是著名的“图灵测试”（Turing Testing）。所谓图灵测试就是测试机器是否具备人类智能的一种方法。图灵预测，到2000年，普通人在图灵测试中将机器与真人区分开的概率将不到70%。

2014年，为了纪念图灵逝世60周年，雷丁大学在伦敦进行了一场图灵测试。其中一个叫尤金·古斯曼（Eugene Goostman）的聊天机器人程序达到了33%的成功率，也就是说有33%的评判员误认为尤金·古斯曼是一个真实的人。但是这场表演并未在AI领域引起轰动效应。

长期以来，图灵测试一直被当成衡量AI发展的标志，但是由于受到年代的限制，近年来其局限性愈发明显。图灵测试的设计初衷是一个思想实验，而不是对实用型人工智能的终极测试。总的来说，图灵测试无法为AI系统提供全面客观的定量分析和评估。

换言之，一个优秀的AI系统应该“能够”通过图灵测试，但并不表明图灵测试是AI的全部。图灵测试虽然并没有过时，但是现代人工智能研究不会把图灵测试作为重要标准了。

图灵在计算理论、人工智能和密码破译等领域都作出了开创性的成果，他在自己41年短暂的生涯中为科学进步作出了难以估量的贡献。“英年早逝天地泣，壮志未酬山河悲。”图灵原本可以作出更多更伟大的成就的。

20世纪50年代，图灵因个人性倾向受到了不公待遇，这也是导致他早逝的原因之一。2009年时任英国首相戈登·布朗代表英国政府对图灵所受的“骇人听闻的对待方式”作出正式道歉，2013年英国女王为图灵颁布王室赦免令。这次推举图灵成为50英镑新钞人物，在某种意义上也许是向图灵赔礼道歉的另一种方式吧。图灵将永远活在英国人民的心中。

本文刊载于《金融博览》2021年第6期