Алан Тьюринг — выдающийся учёный, чья жизнь и работа оказали глубокое влияние на развитие математики, логики и информатики. Он считается одним из основоположников теории алгоритмов и искусственного интеллекта. Во время Второй мировой войны Алан Тьюринг сыграл ключевую роль в расшифровке немецкой шифровальной машины «Энигма», что значительно способствовало победе союзников. Его методы и идеи заложили основы для создания современных компьютеров и вычислительных технологий.
Ушедший из жизни в 1954 году при загадочных обстоятельствах, Алан Тьюринг оставил после себя наследие, которое продолжает вдохновлять и вызывать интерес у исследователей и программистов по всему миру.
Детство и юность
Дирекция Шербонской школы: «Ваш сын, видимо, хочет быть только научным специалистом. Может быть, математиком – такие ученики, как он, рождаются раз в двести лет. Но… что он делает в нашей школе?»
Алан Тьюринг родился 23 июня 1912 года в Лондоне, в представительной семье среднего класса. Его отец служил в Индийской гражданской службе, а мать была домохозяйкой. Ещё в раннем детстве Алан проявил выдающиеся способности, когда в шестилетнем возрасте самостоятельно научился читать за 3 недели, а в семь лет рассчитал траекторию полёта пчёл, чтобы найти дикий мёд.
В 1926 году Тьюринг поступил в частную школу Шербон. В учебном заведении ценили гуманитарные науки, поэтому Алан, увлекающийся математикой и игнорирующий остальную образовательную программу, был белой вороной для одноклассников, да и учителя были им не очень довольны.
После школы Алан Тьюринг поступил в Кембриджский университет, где начал развивать идеи о вычислениях, что в значительной степени предопределило его будущие исследования. В 1936 году он опубликовал статью, в которой представил концепцию абстрактной вычислительной машины, которую мы сегодня знаем как машину Тьюринга. Этот труд стал основой для теории алгоритмов и оказал огромное влияние на дальнейшую область информатики.
Дешифровальная машина
Математик И. Дж. Гуд, сотрудник Блетчли-парка: «Я не берусь утверждать, что мы выиграли войну благодаря Тьюрингу, но я заявляю со всей ответственностью, что без него мы бы могли ее и проиграть!»
В 1939 году Алан Тьюринг начал работать в Блетчли-парк, занимаясь созданием дешифровщика для «Энигмы»:
Немецкая шифровальная машина «Энигма» использовалась для защиты сообщений от противника, благодаря сложной системе шифрования и постоянно меняющимся настройкам она считалась неуязвимой. Польские криптографы уже работали над взломом «Энигмы», успешно взламывая первые версии, поэтому на основе их исследований Тьюринг и создавал свою систему.
В 1940 году Тьюринг представил проект машины под названием «Бомба». Эта машина была использована для распознавания возможных настроек «Энигмы» и облегчала работу криптографов, анализируя миллионы комбинаций возможных ключей. «Бомба» представляла собой электромеханическое устройство, с помощью которого стало возможным выполнять вычисления быстрее, чем это могли делать люди.
Было предложено дешифровать сообщения путём перебора последовательностей символов на основе подобранного открытого текста. Необходимо было ежедневно узнавать или угадывать один небольшой отрывок из сообщения и механическим перебором двадцати шести символов латинского алфавита определить точное место этого отрывка в полном зашифрованном тексте. Благодаря известной особенности «Энигмы» — при шифровке она заменяла каждую букву любой другой, но не такой же буквой, этот процесс должен был осуществляться по принципу «исключения».
С помощью «Бомбы», на основе принципов, заложенных Тьюрингом, союзники смогли значительно повысить свою эффективность в военных операциях.
Машина Тьюринга
Эндрю Ходжес: «Его машины предлагали мост, связь между абстрактными символами и физическим миром»
Машина Тьюринга — это абстрактная вычислительная модель, которая стала фундаментом для теории вычислений и сыграла ключевую роль в понимании пределов вычислений.
Устройство состоит из следующих компонентов:
1. Лента: бесконечная лента, разделенная на ячейки, каждая из которых может содержать символ. Лента служит для хранения данных и промежуточных результатов вычислений.
2. Головка чтения-записи: механизм, который может перемещаться по ленте, читать символы и записывать новые символы. Головка может двигаться влево или вправо по ленте.
3. Таблица состояний: набор правил, которые определяют поведение машины в зависимости от текущего состояния и символа, считанного с ленты.
4. Начальное состояние: состояние, в котором машина начинает свою работу.
5. Набор конечных состояний: состояния, при достижении которых вычисления останавливаются. Эти состояния обычно указывают на успешное завершение работы машины или на ошибку.
Запуск машины Тьюринга начинается с определённой конфигурации на ленте и в начальном состоянии. Затем, следуя таблице состояний, машина выполняет шаги: читает символ с ленты, в зависимости от текущего состояния и считанного символа, записывает новый символ, изменяет состояние и перемещает головку. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто одно из конечных состояний.
Машина Тьюринга является важным инструментом для формального определения понятия вычислимости. Она показала, что существует множество задач, которые невозможно решить алгоритмически. Кроме того, концепция машины Тьюринга легла в основу разработки современных компьютеров и языков программирования, а также стала основой для теоретической информатики.
Тест Тьюринга
Стюарт Рассел: «Тест был задуман как мысленный эксперимент, чтобы объяснить людям, которые в то время были настроены очень скептически, что возможность существования разумных машин не зависит от достижений сознания — у вас может быть машина, которая ведёт себя разумно, потому что её поведение неотличимо от человеческого».
Тест Тьюринга — эмпирический тест, идея которого была предложена Аланом Тьюрингом в статье «Вычислительные машины и разум», опубликованной в 1950 году в философском журнале Mind. Тьюринг задался целью определить, может ли машина мыслить. Так появился тест Тьюринга, похожий на «игру в имитацию».
Стандартная интерпретация этого теста звучит следующим образом: «Человек взаимодействует с одним компьютером и одним человеком. На основании ответов на вопросы он должен определить, с кем он разговаривает: с человеком или компьютерной программой. Задача компьютерной программы — ввести человека в заблуждение, заставив сделать неверный выбор».
Все участники теста не видят друг друга. Если судья не может сказать определённо, кто из собеседников является человеком, то считается, что машина прошла тест. Чтобы протестировать именно интеллект машины, а не её возможность распознавать устную речь, беседа ведётся в режиме «только текст», например, с помощью клавиатуры и экрана (компьютера-посредника). Переписка должна производиться через контролируемые промежутки времени, чтобы судья не мог делать заключения, исходя из скорости ответов. Во времена Тьюринга компьютеры реагировали медленнее человека. Сейчас это правило тоже необходимо, потому что они реагируют гораздо быстрее, чем человек.
Большим плюсом предложенного метода являются его простота и универсальность, а также наличие хоть сколько-то измеряемого критерия оценивания — способность подражать человеческому поведению. Однако одновременно это и недостаток теста — люди не всегда действуют логично, поэтому машина не должна быть ни глупее, ни умнее человека.
Спустя много лет ни одна программа не смогла пройти этот тест, по крайней мере ни один результат не был принят единогласно.
Вклад
Вклад Алана Тьюринга в науку и информационные технологии нельзя переоценить. Его идеи и исследования сформировали фундамент для современного понимания вычислений и программирования и продолжают оказывать влияние на новые поколения ученых, исследователей и инженеров, вдохновляя их на развитие и применение собственных инноваций в быстро меняющемся мире технологий. Тьюринг всегда будет оставаться символом умения соединять теорию с практикой. Кроме создания машины Тьюринга и расшифровшика «Энигмы», он оказал влияние и на другие сферы, создав тест Тьюринга и разработав теорию алгоритмов.