计算机世界第一人——艾兰·图灵(上) 袁传宽 |
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他的英年早逝,像他横溢的才华一样,令世界吃惊与难以置信。生命虽然短暂,但那传奇的人生,丰富多彩的创造力和智慧而深邃的思想,使他犹如一颗耀眼的明星,持续地照耀着人间后世在科学的浩瀚太空里探索未来的人们。本文摘自《人物》2007年第11期。 伦敦的神童,思维可以像袋鼠般地跳跃 自上个世纪60年代以来,计算机技术飞速发展,信息产业逐渐成为影响人类社会的最重要的工业之一。众所周知,“诺贝尔奖”是世界上最负盛名的奖项,但仅用于奖励那些在物理、化学、文学、医学、经济学与促进世界和平等方面做出开拓性重大贡献的人士。“图灵奖”则是计算机科学领域的最高奖项,有“计算机界诺贝尔奖”之称。设立这个大奖,既是为了促进计算机科学的进一步发展,也是为了纪念一位天才数学家、计算机科学的奠基人艾兰·图灵。 艾兰·图灵,1912年6月23日出生于英国伦敦一个“书香门第”。图灵很小的时候就表现出与众不同的天分,在他三四岁的时候自己学会了阅读,读的第一本书叫做《每个儿童都该知道的自然奇观》。他特别喜欢数字和智力游戏,并为之着迷。图灵自幼充满好奇与想象,母亲回忆说:“他把一个玩具木偶的胳膊、腿掰下来栽到花园里,期待能‘生长’出更多的玩具木偶,那年他3岁。”图灵天生悟性过人,16岁就能弄懂爱因斯坦的相对论,并且运用那深奥的理论,独立推导力学定律。 有一年,图灵参加了地区的中学数学会考。阅卷结束,几乎没有学生能够答对所有的问题,主考官员却发现图灵的答卷上,所有的答案完全正确,可没有任何中间步骤。主考官员心中疑惑,但办事认真负责,亲自到学校找校长和老师核查有无作弊行为。老师们却见怪不怪,心中有数。一位教过图灵的老师告诉主考官员:“这孩子的思维超常。我给学生们出了个光学的难题,图灵竟不假思索,立即算出了正确答案。可是当我要他给出计算过程时,他却回答不出,那必须要运用几个图灵没有学过的光学公式。几天之后,图灵竟然把光学公式自己推导出来了。”老师们说:“艾兰的思维可以像袋鼠般地跳跃。” 普林斯顿的数学博士,计算机科学的开路先锋 1931年,图灵考进了剑桥大学,在该大学的“国王学院”专攻数学。剑桥大学的大数学家罗素和怀特海创立了“数理逻辑学”。这是一门非常抽象、讲究逻辑思维、令人煞费脑筋且望而生畏的学科。一群聪明而勤奋的青年数学家聚集在数学泰斗罗素教授的周围,图灵是其中的佼佼者。1935年,刚刚毕业,年仅23岁的图灵就被剑桥大学国王学院甄选为研究员,成为剑桥大学有史以来最年轻的研究员。同年,图灵又因他在“概率论”上的成就,荣获“斯密思奖”。图灵在数学,尤其是在“数理逻辑学”方面的深厚功底,令他几年后终于厚积薄发,一举成为计算机科学的创始人。 1936年他来到美国的普林斯顿大学攻读数学博士学位,他在伦敦权威的数学杂志上发表了一篇划时代的重要论文《可计算数字及其在判断性问题中的应用》。文章里,图灵超出了一般数学家的思维范畴,完全抛开数学上定义新概念的传统方式,独辟蹊径,构造出一台完全属于想象中的“计算机”,数学家们把它称为“图灵机”。 “图灵机”是一个虚拟的“计算机”,完全忽略硬件状态,考虑的焦点是逻辑结构。图灵在他那篇著名的文章里,还进一步设计出被人们称为“万能图灵机”的模型,它可以模拟其他任何一台解决某个特定数学问题的“图灵机”的工作状态。他甚至还想象在带子上存储数据和程序。“万能图灵机”实际上就是现代通用计算机的最原始的模型。 图灵的文章从理论上证明了制造出通用计算机的可能性。几年之后,美国的阿坦纳索夫在1939年果然研究制造了世界上的第一台电子计算机ABC,ABC是“图灵机”的第一个硬件实现,看得见,摸得着。而冯·诺依曼不仅在上个世纪40年代研制成功了功能更好、用途更为广泛的电子计算机,并且为计算机设计了编码程序,还实现了运用纸带存储与输入。到此,天才图灵在1936年发表的科学预见和构思得以完全实现。 欧洲的战事因之至少提前两年结束 第二次世界大战爆发后,英国在1939年对德宣战,图灵随即应征入伍,正式到“政府编码与密码学院”服役。“政府编码与密码学院”实际上是英国的战时情报中心,该学院的重要情报可直接送给首相丘吉尔。虽然参军服役,图灵却没有离开剑桥,每天上班的地方是一个对外称为“布雷契莱园”的庄园,他和同事们的主要任务是破解德军的军事密码,那得靠数学工具和数学家的智慧。任务极具挑战性,对手非常不简单:德国人在二战之前研制成功了一种密码电报机,它能把平常的语言文字(俗称“明文”),自动转变为代码(俗称“密文”),再通过无线电或电话线路秘密传送出去。“密文”即使被他人截获,也令人不知所云,如“谜”一般。这个设计精密、似乎无懈可击的密码电报机,因之被称为“谜”,德国人洋洋得意。 图灵在布雷契莱园领导着一个200来位密码专家的队伍,成功破解了“谜”的秘密。而德军却还毫无觉察,继续用“谜”传输军事情报,因此泄露了大量的军事机密,导致在战事上屡屡挫败。英军则节节胜利,屡建战功。 1942年,他曾赴美数月,目的是使两国的语音加密系统能够协调兼容,以便在联合对付德军的u-潜艇危机方面建立两国最高层的情报共享,以及为英国丘吉尔首相和美国罗斯福总统建立秘密安全通话热线。当时美国的语音加密系统庞大,要占据一个大房间;而图灵为英国研制的系统,则轻巧如一台打字机。就在图灵出差期间,德国海军突然更新加密系统,提高了密码的复杂度,图灵手下那200多位专家为此绞尽脑汁,仍束手无策。一直等到图灵回国,亲自出马,难题才迎刃而解,令同侪极为惊佩。在布雷契莱园,无论年长年幼,大家一律称呼图灵为“教授”。 至于图灵是如何破译德军密码的,由于英国政府严格的保密法令,一直没有公之于世,图灵如何破译“谜”也成了一个永远的“谜”。我们仅仅知道,为提高实际破译的速度,他和布雷契莱园的同事们首先研制了一台密码破译机,取名“邦比”,后来又研制出一台专门破译密码的电子计算机,取名“巨人”。它们使“政府编码与密码学院”如虎添翼——过去每月大约能够破译39000条截获的密码情报,后来提升到84000条,差不多每两分钟就能破译一条。而立之年的图灵已经成为“政府编码与密码学院”总顾问,全面影响着布雷契莱园的运作。 德国人在二战后期,又研究开发了一个代号为“鱼”的密码系统,十分复杂,比“谜”更为“安全”,是德军最高统帅部和希特勒本人专用的密码。“鱼”也难逃“法网”,被图灵成功破解粉碎,时间恰恰赶在盟军诺曼底登陆的前夕。 图灵和他的同事在搜寻与打击德军的u-潜艇、协助盟军诺曼底登陆等重大军事行动中发挥了关键作用。人们估计:“政府编码与密码学院”的工作使欧洲的战事至少提前两年结束。图灵也因此在1946年获得“OBE”,即“不列颠帝国勋章”,那是英国皇室给予为国家和人民作出巨大贡献、立下大功的人士的荣誉。
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