“人工智能之父”图灵：“机器可以像人类一样思考”
人工智能之父图灵——
机器可以像人类一样思考
■董旭光 朱 强 赵镜然
图灵年轻时的照片。资料照片
最近，关于ChatGPT的新闻成为网上热点话题，人们纷纷讨论着人工智能未来究竟怎样？其实，早在80多年前就有人提出这个问题，并给予了阐述和论证。他就是人工智能之父——艾伦·麦席森·图灵。
1912年，图灵出生于英国伦敦一个富裕家庭。年少时因缺少父母陪伴，图灵的性格变得孤僻封闭。9岁那年，父亲将他送到贵族学校，但在那里他感受不到快乐，只能在发明创造的世界里找到归属感：他设计了一款钢笔，用它给父母写信并附上详细设计图，还发明了一款可以为自行车车灯供电的蓄电池。
求学时，图灵在数学和自然科学方面表现出非同常人的学习天赋。他的数学老师说：图灵很难教，他更喜欢使用自己的方法。这一期间，图灵获得了英国国王乔治六世设立的数学奖学金。
1931年，图灵考入英国剑桥大学国王学院。没过多久，他用一种更简单的方法重新论证了当时波兰著名数学家谢尔宾斯基证明的一条定理，并在4年后当选为学院成立以来最年轻的院士。之后，他攻读了硕士学位，并用18个月时间拿到美国普林斯顿大学博士学位。
那一年，图灵只有26岁。这位前途无量的年轻人，将用什么方式让世人记住他的名字？
一场席卷全世界的战争，很快给出答案——
二战初期，盟军被打得节节败退。德军通过恩格玛机的千万种英文字母组合传递军情，战场连连得胜。生死攸关之际，一道密令将图灵和各行业专家集结到英国布莱切利庄园，他们的任务是破解恩格玛机。
关于破解方法，图灵的想法有些大胆。当其他人采用坐标纸和铅笔计算时，图灵脑子里却浮现出用机器对抗机器的想法，他尝试制造一台模拟人类大脑分析的机器。他认为，众人的计算和推理能力叠加到一起，也远比不上一台机器。
凭借过人天赋，图灵研制出一台庞大的机器——炸弹机，这台炸弹机的计算能力，约等于36台恩格玛机。通过日夜不停地运算，炸弹机找出了恩格玛机千万种英文字母组合背后的秘密。随后，德军的进攻或撤退命令、部队士气情况、侦察报告等情报，被一一破译。
可好景不长，德军仿佛察觉到了异样。德国海军将领邓尼茨发明了狼群战术——通过信息优势迅速集结潜艇摧毁盟军舰船，进一步缩短了信息时间差。炸弹机需要一定时间破译情报，导致盟军多次错过战机。
战场上时间就是胜利。如何短时间破译‘恩格玛机’组成的‘密码矩阵’？正当图灵一筹莫展之际，盟军俘获了一台恩格玛机和密码本，他很快利用炸弹机破译出完整的密码电报全文，为了确保先敌一步，他还制造出计算能力更强的巨人机。至此，他们重新掌握情报主动权，德军一举一动都被盟军提前获知。
据统计，巨人机每月能有效破译8400条情报，无论是库尔斯克坦克大决战还是诺曼底登陆，图灵团队的破译工作都发挥了重要作用。
二战结束后，图灵并未停止向人工智能领域迈进。他提出图灵机概念，按照设想，图灵机将实现虚拟机器替代人脑进行数学运算。此项研究需要高昂费用，他向英国政府极力争取，最终科研项目得到通过，图灵设计出一台支持存储程序的巨型电子计算机——艾斯。
图灵在《计算机和智能》一文中，首次详细阐述了计算机代替人脑运算的原理，这也是图灵引导人类向人工智能领域迈出的第一步。他的超前理念很快遭到质疑，为了证明自己的设想，他专门进行了著名的图灵测试。测试中，机器能够让30%参与提问的人误以为他们真的是在与人类对话。
为了进一步验证机器可以像人类一样思考，图灵还研发出世界上第一个AI国际象棋程序。由于当时计算机计算能力不足，每走一步象棋，计算机要测算半小时。虽然计算机与人脑的首次博弈以失败告终，却标志着早期AI的诞生。
由于图灵对计算机科学和人工智能领域贡献巨大，后人为纪念他专门设立了图灵奖。图灵是公认的人工智能之父，图灵奖则被誉为计算机界的诺贝尔奖。
出生与家庭
图灵生在西伦敦，但按日子算，他妈是在印度怀上的他。他爸是大英帝国驻印度的公务员。图灵出生的时候，他爸在印度已经工作了十年。他父母把印度当家，偶尔回英国是为了度假。图灵有一个哥哥约翰。他家祖上应该都是聪明人，他爷爷毕业于剑桥三一学院，是学数学的，他姥爷是印度马德拉斯铁路局的总工程师。他妈家有个远亲，据说是最早在理论上发现电子的人。汤姆逊六年后才在物理上证实，那远亲因此进入皇家学会，相当于中科院院士。
20世纪初，英国流行父母把孩子留给保姆养育，不知这同罗素的教育理论是否有关系。可能是经济或其他原因，中国20世纪50年代到70年代，也流行过双职工把孩子交给祖父母或保姆养育的，实行独生子女政策后才改过来。图灵的保姆汤普森小姐回忆说这孩子正直，聪明。她的例证是图灵和别人下棋，从不让子，也不悔棋。
他三岁时，他妈到伦敦看完他又要回印度，临别时对他说：当个乖孩子，啊！图灵回道：但有时我会忘的。图灵十岁时进了预备学校，这是为了进公学做准备的。英国的公校（public school）相当于美国私立中学，叫public是因为面向社会，不是光有钱就能上，得考。预备学校和公学的主要课程是经典（指拉丁、希腊），这都不是图灵的兴趣。他喜欢智力挑战，而且一些东西自己觉得会了，就没兴趣了。他考试时，总是先挑难的做，这也是他考试总考不好的原因。他和哥哥被寄养在华德上校夫妇家，过的是乏味的生活。图灵十岁时就有厌世的情绪，自视甚高就会孤独，维特根斯坦也这德性。
他爸本以为在印度会得到提升，但上级没把他当回事，于是愤而辞职，举家搬回欧洲。图灵读的谢伯恩中学，1550年就建校了，是英国名校，到现在还是男校。他中学成绩一般，但老师同学都注意到，这孩子上数学课不听讲，也不看书，所有定理都是自己推出来的。如果自己推对了，考试成绩就好，自己推错了，成绩就不好。这玩意哪说理去，所有中学以前的数学知识他自己从头发明了一遍。化学课也如此，他自己发明了从海藻里分离碘，化学老师都没整明白。其他科学科目成绩也不错，但校长还是在他爸那儿告了一状：你孩子偏科，我们这儿培养文化人，他要是想当科学家，那来错地方了。他哪知道这孩子后来还被追认成有史以来最伟大的哲学家之一啊。
他父母为避税，定居法国。图灵兄弟俩只能从法国过英吉利海峡去各自的学校。图灵在南安普顿上岸太晚，结果所有去学校的交通都没了，于是他从行李里拿出自己的自行车，买了张地图，就向学校骑行。车太不给力，中途坏了两次。60英里地，他走了一夜，中间还住了五星级酒店。整个一侯宝林《夜行记》啊。最后图灵把五星级酒店的发票给父母寄去，表示自己没乱花钱。
初恋及影响
关于图灵是何时知道自己性取向的，霍奇斯作了一番考证。图灵初恋对象是中学同学摩尔康（Christopher Morcom）。同维特根斯坦喜欢苦孩子不同，图灵的恋人都智力高尚家境富有。图灵同摩尔康一起讨论科学，但他们的关系从没有超越精神。
摩尔康身材高挑，比图灵大一岁，也高一级，梦想学校是剑桥大学三一学院。这让图灵也把三一学院定为自己的目标，并给图灵带来了学习动力，他决定提前一年高考，这样可同摩尔康接着做同学。但成绩不给力，文科不行，英文全班倒数第一，拉丁文倒数第二。提前高考失败，图灵只得再努力一年。尽管头一次考试失败，但图灵回忆，他同摩尔康在剑桥一起考试时的日子是他这一生中最美好的日子。摩尔康寒假时还同图灵一起讨论科学。1930年2月6日晚，他俩一起去听了音乐会。晚上图灵回家，做梦惊醒，醒来的念头居然是再见，摩尔康。图灵不知道，那晚摩尔康病倒，一周后离世。图灵和摩尔康的故事还被写进了百老汇（其实是外百老汇）的音乐剧《电动熊的情歌》（Lovesong of the Electric Bear）。其中扮演摩尔康的是英国女演员博伊德（Cassidy Boyd），女扮男装。有时会想，英美的编剧怎么会对一位数学家感兴趣？布莱希特写《伽利略》时是啥心情？摩尔康的妈妈是文艺女青年，早年毕业于法国索邦，自己还有艺术画廊。摩尔康死后，图灵总去看摩尔康太太，他们成为了终身朋友。图灵觉得摩尔康仍然活着，通过自己活着。
关于图灵的一生，有两件事我不明白。其中一件是，图灵测试说的是如果把人和机器放在两个黑盒子里，如果不能区分，那么机器就是有智能的。这给人一个印象，图灵是支持机器有智能的。但是，图灵自己在日记里却说，机器智能其实赶不上人。这有点像数学家、哲学家普特南（Hilary Putnam），普特南一辈子一会儿支持实在论，一会儿反实在论，不知到底是哪一派的。其实图灵也类似，他提出的问题和他期望的答案不一样。他问自己的问题，写成文章问世人，别人给出了不同的答案。后人说图灵给争论的双方都提供了弹药。
另一件事是，我不明白图灵为什么只发明了图灵机，而没有发明量子图灵机。摩尔康的妈妈以摩尔康的名义给剑桥捐了个奖学金，图灵是第一个获奖者，奖项中包括一本冯诺伊曼的著作《量子力学的数学基础》。图灵在剑桥有段时间痴迷量子物理。但量子图灵机是牛津数学家、物理学家多伊奇（David Deutsch）于1985年提出的。关于我对图灵的这两大疑问，彭罗斯（Roger Penrose[1]）曾写过两本书，企图回答这两个问题，但争论颇多。
摩尔康死后，图灵觉得自己不会再爱上别人；他要做的无非是完成摩尔康的理想。所以，我认为我对图灵的两个困惑是摩尔康给图灵出的两个难题。图灵如愿考上了剑桥大学，三一学院录取但没给奖学金，国王学院给奖学金，图灵最后在剑桥大学国王学院学数学。摩尔康之死让图灵觉得应该追求终极的知识。他变了。
学业与研究
20世纪30年代的国王学院人才济济，数学系有刚从牛津大学回归的哈代、纽曼，当然还有凯恩斯（也是同性恋）。他们都欣赏图灵。图灵天生内向，讲话略带结巴，嗓音尖利，不喜欢集体活动，不喜欢体育。但他很快发现了自己的长跑天分，后来得了剑桥长跑冠军。他的第一次性经历是与数学同学阿特金斯（James Atkins）。
图灵对逻辑感兴趣大约是在1933年，那时他读到罗素的《数理哲学导论》。1939年图灵回剑桥大学教《数学基础》课，而同一学期维特根斯坦也在开一门同名的课程。图灵是讲数理逻辑，而老维则在讲数学哲学。图灵出于好奇，去旁听维特根斯坦的《数学基础》课。后来维特根斯坦的学生整理出版了《数学基础讲义》，这书虽然说的事很深，但是采用对话体，现代版的苏格拉底和柏拉图。其中记载的最多的对话就是老维和小图，整个课程变成了老维和小图的对掐，有意思啊。说到悖论，维特根斯坦说那只是语言游戏而已。但图灵不同意，他跟老维叫板说：如果你使用的演算里有悖论，桥会塌的。尽管观点不同，但两人在智力上互相尊重。据维特根斯坦的传记作家蒙克（Ray Monk）的说法，当图灵不来上课时，维特根斯坦会很失望，因为他的很多思想是在与学生的对话中形成的，他一直认为哲学的教学就是对话。关于这段维特根斯坦和图灵的交流，我曾有专文论述，见《哲学评书》维特根斯坦，图灵：1939。特别值得指出的是，我认为维特根斯坦和图灵是最早考虑计算复杂性的人。
说牛顿是在苹果树下被掉下来的苹果砸了一下才想出万有引力，这是胡扯。图灵自己回忆他是躺在草坪上把图灵机的构造想明白的，他看到哥德尔那篇文章后就开始琢磨图灵机。哥德尔之后，大家企图在更基本的层面构造演算装置。普林斯顿大学的丘奇（Alonzo Church）发明了λ演算。图灵在剑桥的导师纽曼看到了丘奇的文章，就把图灵推荐给丘奇，让小图跟丘奇读博士，并告诉丘奇：这孩子搞了个图灵机。丘奇一看，推荐发表。这就是后来被大家称作丘奇-图灵论题的东西。简单地说，图灵机是最强的可实现的计算装置。注意这是论题，不是定理。这个论题的证据是所有已知的计算装置在可计算性上是等价的：λ演算，Post系统，哥德尔的递归函数，以及图灵机。按照哥德尔的说法，图灵机是最令人信服的。冯诺伊曼再次慧眼识英雄，就像他高度评价哥德尔一样，他高度评价了图灵。其实正是冯诺伊曼给这个领域起的名：可计算性。
图灵在普林斯顿大学的两年很无聊。其实那时普林斯顿相当自由，也有同性恋活动，但他没参加过。他性格上自闭，而且不喜欢美国人的行事方式。有记载的一次体育活动还是同女校瓦萨尔学院的女生们玩了一次曲棍球。他博士一毕业，就要回英国。冯诺伊曼让他留下当助理，他婉拒了。图灵从美国回来后申请剑桥大学数学讲师职位被拒，只得接着做研究员（Fellow）。他除了继续数学研究（包括概率论、代数、分析和数论）外，开始在布莱彻利庄园兼职。布莱彻利庄园是英国政府代码和加密学校（Government Code and Cypher School，GCCS）所在地。该庄园的主要职责是为英国海陆空三军提供密码加解密服务，是机密机构。现在这儿已成为英国国家计算机博物馆的一部分。
破解密码