Размышления о думающих машинах. Тьюринг. Компьютерное исчисление

Алану Тьюрингу через 75 лет после сто смерти, в 2009 году, были принесены извинения от правительства Соединенного Королевства за то, как с ним обошлись при жизни. Ученого приговорили к принудительной химической терапии, повлекшей за собой необратимые физические изменения, из-за чего он покончил жизнь самоубийством в возрасте 41 года. Так прервался путь исследователя, признанного ключевой фигурой в развитии компьютеров, автора первой теоретической модели компьютера с центральным процессорным устройством, так называемой машины Тьюринга. Ученый принимал участие в создании первых компьютеров и использовал их для расшифровки нацистских секретных кодов, что спасло много жизней и приблизило конец войны. Такова, по сути, трагическая история гения, которого подтолкнула к смерти его собственная страна, хотя ей он посвятил всю свою жизнь.

Rafael Lahoz-Beltra

Введение

Глава 1

Глава 2

Глава 3

Глава 4

Глава 5

Список рекомендуемой литературы

Указатель

Rafael Lahoz-Beltra

Наука. Величайшие теории. Выпуск 15: Размышления о думающих машинах. Тьюринг. Компьютерное исчисление

Наука. Величайшие теории Выпуск № 15, 2015 Еженедельное издание

Пер. с йен. — М.: Де Агостини, 2015. — 152 с.

ISSN 2409-0069

© Rafael Lahoz-Beltra, 2012 (текст)

© RBA Collecionables S.A., 2012

© ООО «Де Агостини», 2014-2015

Введение

Несмотря на короткую жизнь, Алан Тьюринг — одна из самых влиятельных личностей XX века. Вот всего несколько вех его профессионального пути. Ученый разработал гипотетическую машину, получившую название машины Тьюринга, с помощью которой создал теоретические основы для реализации первых компьютеров, он стал автором одного из самых быстрых компьютеров той эпохи — Pilot АСЕ. Основным успехом Тьюринга как криптографа стала расшифровка кода «Энигмы» — шифровальной машины, которую немцы использовали во время Второй мировой войны. Кроме того, он стал первопроходцем, заложив основы исследований искусственного интеллекта и математической биологии.

Задача нашей книги — объяснить, не отступая от истины и при этом в доступной форме, сущность его фундаментального вклада в развитие современного мира.

Выполняя эту задачу, мы объединили в книге элементы развлекательной науки, а также биографические детали, показав, каким образом некоторые важнейшие открытия Алана Тьюринга стали частью нашей повседневной жизни. В числе вопросов, на которые наша книга дает ответ, — что такое компьютер? почему компьютеры зависают? в какой стране был изобретен компьютер? все ли виды задач могут решить компьютеры? что такое ката? что такое система оптического распознавания образов (OCR)? могут ли существовать разумные машины? как работает квантовый компьютер?

Разносторонний характер исследований Алана Тьюринга подчеркивает его гениальность. Способность ученого находить новые объекты для исследования, видеть связи между явлениями и вопросами, которые, на первый взгляд, могут показаться совершенно разными, позволяет его сравнить разве что с Джоном фон Нейманом. Именно с этими двумя именами связано появление в 1940-х годах понятия «междисциплинарный исследователь», то есть ученый, способный с использованием математики и компьютеров выделить общие элементы в биологии, экономике, социологии, физике с целью унификации, казалось бы, различных, но сходных но сути проблем.

Личность Тьюринга, его жизнь и работа никого не могут оставить безразличными. Его научная судьба представляет собой настоящую интеллектуальную авантюру со множеством приключений и открытий. Личная жизнь ученого наполнена необыкновенными эпизодами, которые говорят о нем как о человеке, далеком от стереотипов. Проблемы с законом вызвали у Тьюринга глубокую депрессию, которая и привела его к самоубийству: ученый принял цианид. При этом тайна, окутывающая его смерть, вызвала к жизни многочисленные измышления и догадки, в числе которых есть даже версия об убийстве.

Эта книга, раскрывающая Тьюринга как личность и как ученого, состоит из пяти глав. В главе 1, после описания его детства и юности до окончания учебы в Кембридже, подробно рассматривается одно из важнейших открытий — различные варианты машины Тьюринга, разработанные как самим британским гением, так и другими учеными, а также описываются попытки создания с помощью программного обеспечения машины Тьюринга или ее аналога. В конце главы мы остановимся на некоторых отдельных вопросах, среди которых — проблема остановки, объясняющая в том числе и почему компьютер «зависает».

Глава 2 описывает, как атаки немцев в годы Второй мировой войны привели британцев к созданию Блетчли-парка, в котором криптографы, включая Тьюринга, смогли расшифровать перехваченные сообщения Третьего рейха. В эти годы талант ученого полностью раскрылся, и он, как и многие его коллеги, получил достойные награды в конце войны. Именно в Блетчли-парке появился на свет Colossus («Колосс»), который считается первым в мире компьютером. Во Второй мировой войне люди гибли без счета, но также бессчетны и достижения человеческого разума в этот период. Напряженная работа, ставшая бесценным опытом, подготовила ученого к решающему шагу от абстрактного мира машины, носящей его имя, к созданию реального компьютера Pilot АСЕ («Туз»).

В главе 3 рассматривается вопрос, споры по которому не утихают по сей день: кто изобрел компьютер — британцы или американцы? Согласно принятой версии, ученые Соединенного Королевства благодаря разработке Colossus обеспечили своей стране первенство в создании компьютеров. Но почему же США сегодня занимают лидирующие позиции в этой индустрии?

После описания характеристик Pilot АСЕ и ответов на вышеупомянутые вопросы мы углубимся в архитектуру фон Неймана, то есть принцип, согласно которому компоненты компьютера работают на логическом и функциональном уровне, а закончим рассказом о том периоде, когда Алан Тьюринг посвятил себя программированию компьютеров в Манчестерском университете.

Уже в конце жизни Тьюринг увенчал свои исследования, возможно, самым амбициозным проектом и подготовил теоретическую базу для того, что сегодня называется искусственным интеллектом. Ученый продолжал работу в Манчестерском университете, задавшись глобальным вопросом: возможно ли существование разумной машины? Именно об этом рассказывается в главе 4. Тьюринг создал цепь искусственных нейронов и разработал тест, до сих применяемый для определения того, разумно ли ведет себя машина, например компьютер, когда играет в шахматы, переводит текст или выполняет другие задачи, для решения которых человек использовал бы свой разум.

Последний этап жизни ученого был так же плодотворен с научной точки зрения, как и первый. Именно в последние годы жизни он впервые использовал компьютер для изучения и моделирования биологических проблем, разработал математические модели роста и формирования живых организмов, пытаясь найти ответ на вопрос, как формируются полоски на шкуре зебры. В результате этих исследований возникла новая дисциплина — математическая биология. Весной 1954 года, в возрасте 41 года, Алан Тьюринг покончил с собой, съев отравленное яблоко.

В главе 5 детально рассматривается научное наследие Тьюринга. По очевидным причинам мы не говорим о современных компьютерах или суперкомпьютерах — ни о десктопах, ноутбуках, нетбуках или планшетах, ни об аппаратах, в основе которых лежит компьютер, таких как мобильный телефон, электронная записная книжка и другие. Все эти устройства являются результатом естественной эволюции теоретической машины Тьюринга и первых компьютеров — Colossus, ENIAC, Pilot АСЕ, EDSAC: все их версии можно перечислять бесконечно. В наследие Тьюринга можно включить не только сто вклад в развитие науки, гениальные находки и работы но информатике, но и все то, что было оставлено без завершения в его бумагах и вдохновило следующие поколения исследователей. Так, на стадии разработки находились квантовый компьютер, модели искусственных нейронных сетей и их использование в интеллектуальных системах в повседневной жизни, изучение молекулы ДНК с помощью компьютеров (структура ДНК была открыта Уотсоном и Криком за год до смерти Тьюринга).