朱利叶斯·图灵,计算机科学的奠基人

战争英雄、同性恋和计算机科学的奠基人

 

1895年， 英国人朱利叶斯·图灵参加了一次竞争激烈的公务员考试，笔试排名第7 。

 

在复试中，由于对印度各项法律，英属印度历史非常熟悉，他一路过关斩将，成功上位。

 

一年后，他成了一名光荣的印度公务员。

10年后，朱利叶斯·图灵在轮船上邂逅了艾赛儿·斯托尼，坠入爱河。

 

1911年，艾赛儿怀了一个孩子，但是不想让他在印度出生，于是回到英国生下了这个孩子

朱利叶斯和艾赛儿绝对不会想到，他们的孩子将会成为传奇人物：杰出的数学家，计算机科学之父。

 

这个孩子就是阿兰·图灵。

 

少年的图灵天资聪慧。

 

7岁和父母一起采蜂蜜时， 就通过观察蜜蜂的飞行路线，确定蜂巢的方位。

11岁发明自己的钢笔。

 

12岁就自己做实验，用海藻提取碘。

 

15岁的时候，就独立地得出了反正切函数的无穷级数。

 

但是和很多天才一样，图灵性格孤僻，沉默寡言，不合群。

 

他不断受到同学的欺负，甚至老师的挖苦。

图灵甚至被一群喜欢做恶作剧的男孩子用钉子钉在了地板下面，当无力的敲打得不到任何回应时，他得出了一句金句：

 

“暴力是来源于人的快感”

对于一个敏感而无辜的男孩来说，公学简直就是一个地狱。

 

每当图灵有难，克里斯托弗·摩孔总会帮忙， 这是图灵在公学唯一真正的朋友。

 

克里斯托弗甚至比图灵更聪明，也对科学很有兴趣， 他们常一起讨论最新的科学新闻，一起做实验。

这段友谊不断点燃图灵的求知欲，而且更重要的，也在他心灵勾起一份非常深刻的情感。

克里斯托弗比图灵更有天分，  他以优异的成绩获得了剑桥大学三一学院的奖学金。

 

三一学院是剑桥大学最著名的学院， 牛顿、培根、麦克斯韦都是曾经的校友。

 

但是阿兰却失败了，这是个沉重的打击。

更沉重的打击很快到来，1930年2月13日，克里斯托弗·摩孔突然死于牛结核病。

 

失去他唯一真正爱过的人，几乎让图灵崩溃。他承受摩孔之死的方法是：专注于科学研究，努力实现他朋友的潜能。

 

他跟克里斯托弗的母亲要了一张相片，相片寄达后，他回信致谢：“他正在我的桌上，鼓励我勤奋研习。”

图灵没有进入三一学院，但是他的第二志愿被满足了，他得到了剑桥大学国王学院的奖学金。

 

 

剑桥的象牙塔中，自由的学术氛围让图灵如鱼得水，他的数学天才开始在这里绽放。

 

每个清晨和黄昏，长跑健将图灵习惯一个人沿着河边边跑思考问题，某次长跑到精疲力竭地躺倒在草地，他的灵感一下子迸发了

 

 

他兴奋地一跃而起，跑回宿舍写下自己的思路。

 

1936年，年仅24岁的图灵证明了: 停机问题是一个无法判定的数学问题。

 

（详情参见：《漫画：我把这个程序搞砸了》）

 

他写了一篇叫做《论可计算数及其在判定问题上的应用》的论文，交给了自己的导师纽曼。

 

巧合的是，在大洋彼岸的美国，邱奇提出了一个叫作“λ演算”的模型，也解决了判定问题。

在纽曼的帮助下，图灵前往美国，便决定去普林斯顿找邱奇“理论”，其实不是“理论”，而是读邱奇的博士生。

 

邱奇很喜欢图灵的想法， 他把图灵假想的机器命名为“图灵机”，并且和他一起证明了图灵机和“λ演算”是等价的。

大部分人都没有意识到，图灵机将会成为未来计算机的理论基础。

 

除了图灵办公室对面那位大名鼎鼎的教授：冯·诺伊曼。

 

冯·诺伊曼开朗外向，和孤僻木讷的图灵形成鲜明对比。

大概是在1937年的秋天，图灵首先警觉，德国可能会引发一次战争。

 

他除了埋头纯粹的数学之外，还抽时间研究了密码学，用继电器了一个二进制的乘法器。

 

这是一个重要的标志：图灵已经跨过数学与工程、逻辑与物理之间的界限。

1938年，图灵拿到博士学位， 面临着一个重要选择：留美还是回国

图灵带着他的二进制乘法器回到了剑桥国王学院，在数学系做一个一学期才给10英镑的临时教员。

 

这一年， 图灵经常和朋友去看一部电影《白雪公主和七个小矮人》，他最喜欢的场面，是那个邪恶的巫婆把一个苹果放进沸腾的毒汤：让苹果浸满这汤，渗入沉睡与死亡。

 

图灵一遍又一遍地反复吟唱这个不祥的征兆。

不久，德国入侵波兰，第二次大战爆发。

 

数学家图灵应招来到布莱切利镇， 住在一个叫做皇冠客栈的小旅馆，每天骑车5公里去镇中心的布莱切利庄园。

实际上，图灵就在打仗，他和一群数学家，语言学家，密码学家一起，从事着最机密的任务：破解纳粹德国的终极密码机Enigma。

 

 

Enigma由键盘、接线板、多个转子、指示灯组成。当密码操作员在键盘上按下一个字母（比如字母A），电流会通过一个可自行改接的接线板，启动一个或者多个转子转动，同时点亮某个字母指示灯（比如字母L），于是字母A被加密成字母L。

哑谜机精巧的设计使得，在下一次按下字母A时，它将被加密成另一个不同的字母（比如字母X）。

更巧妙的是，当且仅当发送端和接收端的哑谜机拥有同样的初始设定（同样的接线板、同样的转子排列、同样的转子初始位置），密码L才可以使用接收端的哑谜机还原成A。而对于不知道初始设定的敌方，他们面对的可能情况多达万亿亿种！

当时，布莱切利庄园从曾经研究过Enigma的波兰数学家那里继承了一种叫“炸弹”(Bombe)的原始解密仪器，每一个“炸弹”模仿一个哑谜机的转子，许多“炸弹”相链接来模拟一种哑谜机的初始设定生成可能的电报。

 

简而言之，这是一种利用暴力，穷举搜寻答案的算法。

 

图灵敏锐地发现，只要利用一些简单的事实，例如一个字母的密码不可能是其本身， 一些固定词语（比如“元首”）将高频出现，就能大大改进波兰人的笨法子，来快速寻找最有可能的转子设定。

 

图灵把穷举法改进成了贪心算法。

图灵把“炸弹” 命名为克里斯托弗，可见他对克里斯托弗的感情。

 

改进过的“炸弹”大获成功， 每次德国人发出电报后，接收方过几分钟将发一封短电报表示“收到”。

 

许多时候，电波中还未监测到“收到”电报，图灵的“炸弹”机已经将密码还原成了原文！

 

图灵和其他科学家在布莱切利庄园的工作显著地缩短了二战的进程。

 

二战以后，布莱切利庄园大部分资料被销毁，其余视为机密， 所有人都要对工作保密。头号功臣图灵被授予大英帝国勋章， 但是他毫不在乎。

 

在大洋彼岸，美国人制造了第一台现代计算机ENIAC。

这个30吨的庞然大物虽然有着开创性的意义，但是它的局限性越来越明显：只为专门目的设计，不能储存程序。

 

在冯·诺伊曼的参与下，一个叫做EDVAC的替代品进入了后续计划。

由于这份草案报告，后来的计算机也被称为冯·诺伊曼结构。

 

冯·诺伊曼的设计思想，其实就是来源自1936年图灵论文中的图灵机。

 

此时的英国不甘落后， 英国国家物理实验室邀请图灵，设计一个更加先进的通用计算机：ACE(自动计算引擎)

 

1945年底，图灵提交了ACE的设计，这是世界上第一个存储程序计算机的详细设计，比冯·诺伊曼的那份草案要详细得多，并且有很多图灵独有的创造。

二进制、存储程序、精简指令集、子程序、远程登录，这些在现代程序员看起来都是司空见惯的概念。 

 

但是请注意，这是在70多年前！现代的计算机和编程语言还不存在！

 

虽然图灵事无巨细地列出所有图纸和经费计划，可是，国家物理实验室不是战时布莱切利庄园。那时候，别人替他完成了所有的组织和协调，而且得到了丘吉尔的个人支持。

 

现在有的是拖拉的官僚作风和经济危机，大部分人甚至不相信计算机能造出来。

到了1947年9月，ACE缓慢的进展让图灵非常沮丧，他离开了国家物理实验室， 加入了曼彻斯特大学参与Mark I项目。

 

1950年，图灵写了一篇论文， 提出了至今广泛使用的的图灵测试。

论文完成不久，图灵是同性恋的事实被警方发现，并且向公众曝光。

 

这在当时的英国不能被世俗所允许，他被送上法庭受审。

图灵选择了后者，因为这样至少能呆在家里继续做研究。

 

他被持续注射雌激素长达一年，导致胸部发育，变声，他心理上承受的折磨只有他自己清楚。

 

1954年6月7日，他在家中咬了一口沾有氰化物的毒苹果，年仅42岁的天才自杀了。

图灵去世后，人类逐渐进入了数字时代，大型机、小型机、PC，互联网、智能手机……  技术的进步，并没有摆脱对图灵的依赖，相反，我们每个人都工作在一台“图灵机”上面。 

 

图灵惨死以后50多年，英国计算机科学家康明发起了为图灵平反活动，签名者超过了三万，2009年英国首相布朗不得不发表正式声明向图灵道歉：“我们很抱歉。你本该被更好对待。”

 

2013年，英国女王伊丽莎白二世对图灵追授特赦。

 

其实，他不需要特赦，也没有什么人能赦免他。

我有时候在想：如果图灵多活20年，世界会是什么样子呢？

向伟大的图灵致敬！