math4school.okis.ru

1912–1954

  

Современным математикам, программистам и компьютерным инженерам имя Алана Тьюринга хорошо знакомо еще со студенческой скамьи: всем им приходилось изучать "машину Тьюринга" – "основу основ" теории алгоритмов. Без "машины Тьюринга" не обходится ни один серьезный учебник по математической логике и теории вычислимости. Почти за каждым выдающимся научным открытием стоит удивительная история. За "машиной Тьюринга" стоит история жизни научного гения – гения, который лишь через много лет после своей трагической смерти получил достойное признание.

Иван Долмачев

 

Алан Матисон (Мэтисон) Тьюринг (23 июня 1912 – 7 июня 1954) – английский математик, логик, криптограф, оказавший существенное влияние на развитие информатики. Кавалер Ордена Британской империи (1945), член Лондонского королевского общества (1951). Предложенная им в 1936 году абстрактная вычислительная «машина Тьюринга», которую можно считать моделью компьютера общего назначения, позволила формализовать понятие алгоритма и до сих пор используется во множестве теоретических и практических исследований. Общепринято считать Алана Тьюринга отцом информатики и теории искусственного интеллекта.

Алан Матисон Тьюринг родился 23 июня 1912  в лондонской лечебнице "Уоррингтон-Лодж" и был младшим сыном своих родителей. Родители Тьюринга – Юлиус Мэтисон Тьюринг и Этель Сара Стоуни познакомились и обвенчались в Индии. Тьюринг служил в английском колониальном ведомстве, а Этель Сара была дочерью главного инженера Мадрасских железных дорог. Это была добропорядочная английская аристократическая семья, принадлежавшая к так называемому "высшему среднему классу" и жившая в соответствии со строгими традициями Империи.

В детстве Алан и его старший брат Джон довольно редко видели своих родителей - их отец до 1926 года служил в Индии; дети оставались в Англии и жили на попечении в частных домах, получая строгое английское воспитание, соответствующее их положению на социальной лестнице. В рамках такого воспитания изучение основ естественных наук фактически не предусматривалось.

Маленький Алан обладал очень пытливым умом. Самостоятельно научившись читать в возрасте б лет, он просил у своих воспитателей разрешения читать научно-популярные книги. В 11 лет он ставил вполне грамотные химические опыты, пытаясь извлечь йод из водорослей. Все это доставляло огромное беспокойство его матери, которая боялась, что увлечения  сына, идущие вразрез с традиционным воспитанием, помешают ему поступить в Public School (английское закрытое частное учебное заведение для мальчиков, учеба в котором была обязательна для  детей аристократов). Но её опасения оказались напрасны: Алан смог поступить в престижную Шербонскую школу (Sherborne Public School). Впрочем, вскоре ей пришлось опасаться уже того, сможет ли ее талантливый сын окончить эту школу...

О школьных успехах Алана красноречиво свидетельствует классный журнал, в котором можно найти, например, следующее

Я могу смотреть сквозь пальцы на его сочинения, хотя ничего ужаснее в жизни своей не видывал, я пытаюсь терпеть его непоколебимую небрежность и непристойное прилежание; но вынести потрясающую глупость его высказываний во время вполне здравой дискуссии по Новому Завету я, все же, не могу.

Последнее место по успеваемости в классе. Это запись преподавателя английского языка. По латыни – лучше: уже предпоследнее место. По другим предметам еще чуть лучше, но вердикты учителей однообразны: "безнадежное отставание", "безобразная успеваемость". Директор школы пишет

Этот мальчик из тех, кто обречен стать большой проблемой для любой школы или сообщества.

Впрочем, в классном журнале имеются и другие записи

Если он хочет быть только научным специалистом, он зря проводит время в Public School... Наверное, он будет математиком. Такие ученики, как он, рождаются один раз в 200 лет.

Юный Алан Тьюринг ничего не делал на уроках, а в свободное время - изучал "внеклассные" науки.

Тем не менее, в областях, интересовавших его, Тьюринг проявлял незаурядные способности. Он решал сложные математические задачи в 1927 году, несмотря на то, что ему не преподавали даже основ математического анализа. В 1928 году, в возрасте 16 лет, Тьюринг ознакомился с работой Эйнштейна, в которой ему удалось разобраться до такой степени, что он смог экстраполировать из текста сомнения Эйнштейна относительно выполнимости Законов Ньютона, которые не были высказаны в статье в явном виде.

Обстановка и стиль обучения в классической британской школе, воспитывающей добропорядочных и благонадежных подданных Империи, не располагали к дальнейшему росту подобных интересов, которые к тому же Тьюрингу было совсем не с кем разделить. Преподаваемые предметы оставляли его полностью равнодушным, он успевал еле-еле и, в конце концов, оказался перед реальной перспективой отказа в выдаче школьного аттестата, что в очередной раз привело его мать в ужас.

В 1928 году Алан Тьринг получает неожиданный стимул для развития своего интереса к науке: этим стимулом оказывается дружба с новым одноклассником, весьма одаренным учеником по имени Кристофер Морком. В нем Тьюринг нашел долгожданную "родственную душу" и интеллектуального партнера – того, с кем ему, наконец, можно было поделиться своими размышлениями о науке.

Юношеская жажда знаний быстро сблизила Тьюринга и Моркома, они стали неразлучными друзьями. Теперь они на уроках французского языка уже вместе зевали или играли в крестики-нолики, одновременно обсуждая астрономию и математику.

Алан искренне полюбил своего друга. После окончания школы они оба собирались поступать в Кембриджский университет, и Алан, избавившийся от многолетнего одиночества, возможно, был почти счастлив.

Первая попытка сдать предварительные экзамены в Кембридж, куда они ездили вместе, была для Алана неудачной. Но он не слишком расстраивался, потому что искренне радовался за Кристофера, который успешно прошел испытания и получил стипендию. Алан надеялся поступить со второй попытки, чтобы учиться вместе со своим другом. 13 февраля 1930 года Криса вдруг не стало. Внезапная смерть лучшего друга потрясла семнадцатилетнего Тьюринга, повергнув его в глубокую и долгую депрессию. Тем не менее, он, бывший худший ученик в классе, нашел в себе силы поступить в Кембридж. Его поддерживало твердое убеждение в своей обязанности совершить в науке то, что Кристофер уже не мог.

В 1931 Тьюринг стал студентом Кингз-колледжа в Кембридже – знаменитого на весь мир старинного английского университета. Тьюринг недобрал баллов на экзамене и поэтому после школы поступил именно в Королевский колледж Кембриджа, хотя намеревался пойти в Тринити-колледж. В Королевском коллежде Тьюринг учился до 1934 года под руководством известного математика Годфри Харолда Харди.

Кембриджский университет, обладавший особыми привилегиями, дарованными английскими монархами, издавна славился либеральными традициями, и в его стенах всегда царил дух свободомыслия. Здесь Тьюринг обретает – пожалуй, впервые – свой настоящий дом, где он смог полностью отдаться науке.

Главное место в жизни заняло увлечённое изучение столь интересующих его наук – математики и квантовой физики. Те годы были периодом бурного становления квантовой физики, и Тьюринг в студенческие годы знакомится с самыми последними работами в этой области. Большое впечатление производит на него книга Джона фон Неймана  "Математические основы квантовой механики", в которой он находит ответы на многие давно интересующие его вопросы. Тогда Тьюринг, наверное, и не предполагал, что через несколько лет фон Нейман предложит ему место в Принстоне – одном из самых известных университетов США. Ещё позже фон Нейман, так же как и Тьюринг, будет назван "отцом информатики". Но тогда, в начале 30-х годов ХХ века, научные интересы обоих будущих выдающихся учёных были далеки от вычислительных машин – и Тьюринг, и фон Нейман занимаются в основном задачами "чистой" математики.

Тьюринг происходил из аристократической семьи, но никогда не был "эстетом": кембриджские политические и литературные кружки были чужды ему. Он предпочитал заниматься своей любимой математикой, а в свободное время ставить химические опыты, решать шахматные головоломки, играть в го (эта восточная игра тогда была еще в диковинку). Он находил отдых в интенсивных занятиях спортом – греблей и бегом. Марафонский бег останется его поистине страстным увлечением до конца жизни.

Друзей у него было совсем не много. Высокомерных студентов-аристократов отталкивали его несколько беспорядочный стиль одежды, эксцентричные прически и манера говорить резким скрипучим голосом, к тому же он иногда сильно заикался, – Тьюринг, как обычно, не вписывался в "положенные" рамки общественных норм поведения.

Студенты Кембриджа шептались о том, что Тьюринг никогда не пользуется сигналами точного времени по радио, а подстраивает будильник, глядя по ночам на звезды и производя только ему одному известные вычисления, по радио же он слушает исключительно детские передачи. Ставя химические опыты, он играл в особую игру "Необитаемый остров", изобретенную им самим. Цель игры заключалась в том, чтобы получать различные "полезные" химические вещества из "подручных средств" – стирального порошка, средства для мытья посуды, чернил и тому подобной "домашней химии".

Тьюринг блестяще заканчивает четырёхлетний курс обучения. Одна из его работ, посвященная теории вероятностей, удостаивается специальной премии, его избирают в научное общество Королевского колледжа. В 1935 году Тьюринг публикует работу "Эквивалентность левой и правой почти-периодичности", в которой он упрощает одну идею фон Неймана в теории непрерывных групп – фундаментальной области современной математики. Казалось, его ждет успешная карьера слегка эксцентричного кембриджского преподавателя, работающего в области "чистой" математики.

Однако Тьюринг никогда не удерживался в каких-либо "рамках". Никто не мог предвидеть, какая экзотическая проблема неожиданно увлечет его, и какой математически неординарный способ ее решения ему удастся придумать.

В 1935-1936 годах Тьюринг создаёт теорию, которая навсегда впишет его имя в науку. Изложение этой теории – теории "логических вычисляющих машин" – позже войдёт во все учебники по логике, основаниям математики и теории вычислений. "Машины Тьюринга" станут обязательной частью учебных программ для будущих математиков и "компьютерщиков".

В 1928 году немецкий математик Давид Гильберт привлек внимание мировой общественности к проблеме разрешения. В математике проблемой разрешения (Entscheidungsproblem) называется задача:  найти алгоритм, который бы принимал в качестве входных данных описание любой проблемы разрешимости (формального языка и математического утверждения S на этом языке), и после конечного числа шагов останавливался бы и выдавал один из двух ответов: «Истина» или «Ложь», в зависимости от того, истинно или ложно утверждение S.  Не требуется, чтобы алгоритм давал какое-либо обоснование своего ответа, однако ответ всегда должен быть верным. 

Тьюринг переформулировал теорему Гёделя о неполноте, заменив универсальный формальный арифметический язык Гёделя на простые гипотетические устройства, которые впоследствии стали известны, как машины Тьюринга. Он доказал, что подобная машина была бы способна произвести любые математические вычисления, представимые в виде алгоритма, далее Тьюринг показал, что не существует решения Entscheidungsproblem, сперва доказав, что Проблема остановки для машины Тьюринга неразрешима: в общем случае невозможно алгоритмически определить, остановится ли когда-нибудь данная машина Тьюринга.

Идея «Универсальной Машины», способной выполнять функции любой другой машины, или другими словами, вычислить всё, что можно в принципе вычислить, была крайне оригинальной. Фон Нейман признал, что концепция современного компьютера основана на этой работе Алана Тьюринга. Машины Тьюринга, по-прежнему являются основным объектом исследования теории алгоритмов.

С сентября 1936 года по июль 1938 Тьюринг работал в Принстоне. Кроме занятий математикой, учёный изучал криптографию, а также конструировал электро-механический бинарный умножитель. В июне 1938 года Тьюринг защитил докторскую диссертацию.

Во время Второй мировой войны Алан Тьюринг принимал активное участие во взломе немецких шифров в Блетчли-парке (особняк, расположенный в городе Блетчли в историческом и церемониальном графстве Бакингемшир в центре Англии. В период Второй мировой войны в Блетчли-Парке располагалось главное шифровальное подразделение Великобритании). Историк и ветеран Блетчли-парка Эйза Бригс однажды сказал:

Блетчли-парку был нужен исключительный талант, исключительная гениальность, и гениальность Тьюринга была именно такой.

Используя более ранние польские наработки, совместно с У.Уэлчманом раскрыл шифры германских ВВС, создав дешифровочную машину «Бомба», а к концу 1939 года самостоятельно взломал гораздо более сложный шифр, использовавшийся в шифровальных машинах «Энигма», которыми были оснащены германские подводные лодки. После первого успеха противостояние с «Энигмой» продолжалось еще несколько лет, но начиная с весны 1943 года, весь информационный обмен германских ВМС легко расшифровывался союзниками, к этому времени уже использовавшими электронную технику. Тьюринг занимался также разработкой шифров для переписки Черчилля и Рузвельта, проведя период с ноября 1942 года по март 1943 года в США.

В 1945 году Тьюринг был награждён орденом Британской империи королём Георгом VI за свою военную службу, но этот факт оставался в секрете многие годы.

После того как фон Нейман в США предложил план создания компьютера EDVAC, аналогичные работы были развернуты в Великобритании в Национальной физической лаборатории, где Тьюринг проработал с 1945 года по 1948 год. Ученый предложил весьма амбициозный проект АСЕ (Automatic Computing Engine – Автоматическая Вычислительная Машина), который, однако, так и не был реализован.

1947–1948 академический год Тьюринг провел в Кембридже, а в мае 1948 года получил предложение занять пост преподавателя и заместителя директора вычислительной лаборатории Манчестерского университета, занявшего к этому времени лидирующие позиции в разработке вычислительной техники в Великобритании.

В 1948 году Алан совместно со своим бывшим коллегой начал писать шахматную программу для компьютера, который ещё не существовал.

В том же году Тьюринг изобрёл метод LU-разложения, который используется для решения систем линейных уравнений, обращения матриц и вычисления определителя.

В 1951 году Тьюринг был избран членом Лондонского королевского общества.

В послевоенные годы Тьюринг продолжал сотрудничество со Школой шифров и кодов, а лаборатория в Манчестере оказалась вовлеченной в работы британского ядерного проекта. В обстановке холодной войны это привело к повышенному вниманию к личной жизни тех, кто был допущен к государственным секретам.

31 марта 1952 Тьюринг был арестован по обвинению в гомосексуализме, которого никогда не скрывал (хотя и предпринял в своё время неудачную попытку жениться). Поставленный перед выбором между тюремным заключением и гормональным лечением, выбрал последнее. Это «лечение» продолжалось один год, что привело к импотенции и гинекомастии.

Обвинения, предъявленные Тьюрингу, привели к потере статуса благонадёжности. В то время существовали некоторые опасения вербовки шпионов-гомосексуалов иностранными спецслужбами. Алана Тьюринга никогда не обвиняли в шпионаже, но он был лишён доступа к секретной информации и уволен из Блечли-Парка. В 1953 году учёный имел проблемы со службой безопасности, связанные с его зарубежными контактами и поездкой в Грецию, а также подвергся травле в местной прессе. Всё это стало причиной тяжёлого кризиса.

Несмотря на выдающиеся заслуги перед британской короной, после войны он провёл несколько лет в психологической клинике. Выйдя оттуда, он увлёкся тем, что называл "игрой в необитаемый остров". Используя имеющиеся под руками средства, он получал всё более и более редкие химические вещества. Через год такой странной игры он получил на своей кухне цианистый калий.

8 июня 1954 Алан Тьюринг был найден мёртвым в своей квартире. Вскрытие показало, что причиной смерти было отравление цианидом. На прикроватной тумбе было обнаружено надкушенное яблоко, и хотя его экспертиза на наличие цианида никогда не проводилась, мнение, что именно оно содержало яд, широко распространено. Расследование установило, что учёный покончил жизнь самоубийством. Тело было кремировано 12 июня 1954 года.

Была ли смерть учёного преднамеренной или явилась итогом несчастного случая в результате неосторожного обращения с ядом – точно неизвестно до сих пор.

За относительно недолгую жизнь Тьюрингом были получены научные результаты, значение которых далеко выходит за рамки чистой математики. Своими работами Тьюринг, наравне с Гёделем, похоронил надежды части математиков, полагавших, что математику как самую формализованную часть человеческого знания можно представить в виде набора аксиом и теорем.

Разработанные в 1947 году Тьюрингом «Сокращенные кодовые инструкции», положили начало созданию, исследованию и практическому использованию языков программирования.

Тьюринг считается основоположником не только вычислительной техники, но также и искусственного интеллекта. Исключительную роль в развитии этого исследовательского направления сыграла небольшая статья "Вычислительные машины и разум", опубликованная в журнале «Mind» в 1950 году, в которой Тьюринг предложил ставший знаменитым мысленный эксперимент (тест Тьюринга). В первоначальной формулировке «тест Тьюринга» предполагает ситуацию, в которой два человека, мужчина и женщина, по некоторому каналу, исключающему восприятие голоса, общаются с отделенным от них стеной третьим человеком, который пытается по косвенным вопросам определить пол каждого из своих собеседников; при этом мужчина пытается сбить с толку спрашивающего, а женщина помогает спрашивающему выяснить истину. Вопрос при этом заключается в том, сможет ли в этой «имитационной игре» вместо мужчины столь же успешно участвовать машина (будет ли при этом спрашивающий ошибаться в своих выводах столь же часто). Впоследствии получила распространение упрощённая форма теста, в которой выясняется, может ли человек, общаясь в аналогичной ситуации с неким собеседником, определить, общается он с другим человеком или же с искусственным устройством.

Данный мысленный эксперимент имел ряд принципиальных следствий. Во-первых, он предложил некоторый операциональный критерий для ответа на вопрос «Может ли машина мыслить?». Во-вторых, этот критерий оказался лингвистическим: указанный вопрос был явным образом заменен вопрос о том, может ли машина адекватным образом общаться с человеком на естественном языке. Тьюринг прямо писал о замене формулировки и при этом выражал уверенность в том, что «метод вопросов и ответов пригоден для того, чтобы охватить почти любую область человеческой деятельности, какую мы захотим ввести в рассмотрение». Следствием этого стала та важнейшая роль, которую в дальнейшем развитии искусственного интеллекта, во всяком случае, до 1980-х годов играли исследования по моделированию понимания и производства естественного языка. В 1977 году тогдашний директор лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института П.Уинстон писал, что научить компьютер понимать естественный язык – это все равно, что добиться построения интеллекта вообще.

В 2002 году Алан Тьюринг был признан зрителями телеканала ВВС «одним из 100 величайших британцев в истории», заняв 21-е место.

Только 10 сентября 2009 года Премьер-министр Великобритании Гордон Браун публично принёс извинения за преследования, которым был подвергнут Алан Тьюринг:

С Аланом и со многими тысячами других мужчин-геев, осуждённых по гомофобным законам, обошлись ужасно. А многие миллионы тех, кто не были осуждены, годами жили в постоянном страхе быть осуждёнными за то, что они такие, какие они есть…

Признание Алана одной из самых известных жертв гомофобии в Великобритании является ещё одним шагом к обеспечению равенства…

От имени британского правительства и всех тех, кто живёт на свободе благодаря вкладу Алана, я со всей искренностью говорю: прости нас, ты заслуживаешь гораздо лучшего.

Хотя гомосексуализм был исключен из числа уголовных преступлений в 1967 году, лишь в декабре 2013 года королева Великобритании Елизавета II даровала посмертное помилование Алану Тьюрингу. 

Приговор Тьюрингу мы считаем несправедливым и дискриминационным, помилование – достойная дань памяти этому великому человеку,  

– именно так отозвался о решении королевы министр юстиции Великобритании Крис Грейлинг.

В память об Алане Тьюринге:

• именем ученого назван один из астероидов
• ежегодная награда Ассоциации вычислительной техники называется Премией Тьюринга
• на главной площади университета Суррея (Англия) есть статуя Тьюринга и одно из зданий факультета инженерных и физических наук названо в его честь
• одна из аудиторий отдела информатики при Университете Лилль в Северной Франции назван в честь Алана М. Тьюринга
• Манчестерский университет, Открытый университет, Университет Оксфорд Брукс и Университет Орхус (Дания) имеют корпуса имени Тьюринга и др.
• в 2001 году в Манчестере  установлен памятник учёному

 Памятник Алану Тьюрингу в Садах Витворта, Манчестер, Великобритания. Памятник открыт в день рождения Тьюринга 23 июня 2001 года. Изображает фигуру Тьюринга с яблоком в руке, спокойно сидящего на городской лавочке в парке. Средства на сооружение памятника были собраны в течение 12 месяцев за счет пожертвований и проведенных лотерей. Мемориальная доска у ног статуи гласит:

Алан Матисон Тьюринг
1912 – 1954
Отец информатики,
математик, логик,
взломщик военных шифров,
жертва предрассудков.

——————
"Математика, правильно понятая, обладает не только истиной,
но и высшей красотой, красотой холодной и суровой, подобной
красоте скульптуры." – Бертран Рассел

 

Имя Тьюринга носят следующие объекты естествознания:

• машина Тьюринга
• тьюрингова сводимость
• тьюринговский алгоритм
• тезис Тьюринга
• переключатель Тьюринга
• тест Тьюринга
• сокращение Тьюринга
• степень Тьюринга
• теорема Чёрча–Тьюринга.

 

По материалам сайтов: inf.1september.ru, encyklopedia.narod.ru и Википедии.