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每天读本书756: 《艾伦·图灵传》

2019-11-13  莫斯科威

关于作者

本书的作者安德鲁·霍奇斯是牛津大学的教授,他自己正和图灵一样,有着数学家和同性恋者的双重身份。

关于本书

这本书是世界公认的、关于图灵的权威传记。奥斯卡获奖电影《模仿游戏》就改编自本书。和一般的传记作品相比,这本书包含了更多技术上的细节,是为了做到原汁原味地呈现图灵的思想。要真正走进图灵,这本书不可不读。

核心内容

第一,图灵这位解谜者的成败,都是因为同一个原因?

第二,图灵是如何提出“计算机”这个概念的?

第三,图灵构想中的人工智能是什么样的?

前言

1954年6月7日夜里,人类历史上一颗伟大的大脑停止了思考。第二天一早,他被人发现躺在床上,口吐白沫,旁边有一个果酱罐子,里面装满了剧毒的氰化物,还有一个咬过一口的苹果。验尸官断定,死者就是用苹果蘸着氰化物吃下去自杀的。这就是著名数学家、计算机和人工智能科学的奠基人——艾伦·图灵生命终结时的场景。

还有一个传奇的说法是,苹果公司的Logo正是得自于那个让图灵咬了一口就毙命的苹果。不管这种说法是不是靠谱,之所以听起来还有几分道理,大概是因为很多人都觉得,就算苹果公司以这种方式纪念图灵,也是完全合适的。因为就图灵的贡献而言,他完全当得起这份纪念。

如果你看过那部拿过好几个奥斯卡大奖的电影《模仿游戏》,一定对图灵不陌生。你可能知道他在计算机领域的贡献,他被称为“计算机科学之父”,也知道他因为“同性恋者”这个标签而遭遇的悲剧性命运。但你可能不知道,电影《模仿游戏》,就改编自我今天要为你解读的这本《艾伦·图灵传》。电影还原了书中的故事情节,但对书中呈现出的图灵的思想、其中精妙的技术并没有过多的展开。很多喜欢图灵的人都看过这本将近700页的传记,但是看过后都说很难懂。其实,这些据说“看不懂”的部分,才是作者花了心思的地方。

本书的作者安德鲁·霍奇斯是牛津大学的教授,他自己正和图灵一样,有着数学家和同性恋者的双重身份。他认为,“图灵传”不应该仅仅记载图灵的生平故事,更重要的是要讲清楚图灵的思想,让人们真切触摸到他的创造是多么地精巧绝伦。所以和一般的传记作品相比,这本书包含了更多技术上的细节,就是为了做到原汁原味地呈现。要真正走进图灵,这本书不可不读。

本书还有一个副标题,叫“如谜的解谜者”,这可以说是对图灵一生的凝练概括。图灵的巨大成就就在于解答谜题,是一个终生的解谜者;而他的悲剧性命运又恰恰在于,解谜就总是要求有一个谜底,人生与命运的奋斗却注定是没有谜底的谜题。接下来,我将从三个方面来介绍这位“如谜的解谜者”。

首先,我会具体讲述这位解谜者的成败。图灵的一生都在追求理性和事实,这在科学上给他带来了巨大成就,却在个人生活上注定了悲剧性的命运。所谓成也萧何败也萧何。

其次,我将为你呈现图灵成就的第一个内容:计算机概念的提出。你将会看到,这个过程既有相当的偶然性,是图灵灵感的乍现,同时又是那个时代孕育的结果。

最后,我会回到图灵思想的当代价值上,这与他的第二项成就相联系,就是他对人工智能的展望。今天的人工智能还没完全实现图灵的期望,我们仍旧在路上。

第一部分

好,那么我就先谈第一个话题:图灵的成败。他为什么能成为人们口中的“计算机科学之父”,以及他为什么最后会悲惨地以自杀收场,我觉得这背后的原因都是一个,就是图灵一直在追求理性和事实。为什么这么说呢?我们先来看看图灵的“成”。

图灵从一开始就很善于把自己的学术兴趣和社会需求结合起来。1937年,随着欧洲战争风险日益加剧,图灵已经开始研究密码学。在电影《模仿游戏》里,图灵的故事主线就是从他1939年9月加入政府的密码学校开始的。

二战爆发前夕,密码技术有了一个新的突破。原来都是需要相关的工作人员来做加密和解密工作的,但是在二战之前,这个工作已经可以交给机器来做了。当时纳粹德国已经采用了这样的机器,称为“谜机”,顾名思义,就是既能出谜题又能解谜题的机器。它的另一个名字你可能更熟悉一点,就是恩尼格玛(Enigma)密码机。

它的工作原理很简单,它就是一个周期超大的字母替换机。加密的时候就把有意义的句子替换为一堆看似杂乱的字母,解密的时候就反过来,把杂乱的字母顺序还原回原来有意义的句子。因为这是机器来做的,它更不容易出错,用的替换规则也更复杂,所以也就更不容易被敌人破译。

图灵认识到,要破译谜机的密码,靠人脑是不行的,机器的问题还得用机器来解决。那怎么解决呢?密码学是在数学的基础上发展起来的。给信息加密,说白了就是按照某种复杂规则做的运算。纳粹德国的谜机既然能够让这运算变成一个机械的过程,完全不需要人的干预。那么能不能反过来,用类似的机械过程把谜机的规律反推出来呢?只要能做到这一点,那么不管谜机给出的谜题多么复杂,也是万变不离其宗,破译它只要兵来将挡水来土掩就行了。

图灵以他的聪明才智,在密码学校的同事合作之下,真的研制成功了专门破译德国谜机的机器。原理很简单,就是“试错”,尝试各种可能的方案,看哪一条行得通。只不过咱们平时都是人工试错,而图灵呢,是设计了一种机械程序来试错。只要程序还没找到完整还原字母顺序的方案,这个程序就会一直运行下去,直到找到一个可能的答案才会停下来。

但是这还不等于完成了破译。因为试错是很有偶然性的。科学家在尝试寻找答案的时候,就算好像有一个方案能走通,他也还不敢完全确定,还需要反复验证,因为很多时候容易发现的答案未必是最正确的。破译密码也是这样。就算找到了一个可能的方案,也还需要人工的检查,看它是不是也能用于破译其他的加密信息,如果还有问题的话也需要人为的调整,再运行整个程序,直至找到最全面的破解之道。

你可以想象,要对如此复杂的密码机器做试错,人力、财力、物力的耗费将是十分巨大的。而当时英国政府开办的密码学校,也没给图灵足够的支持。这也让图灵对这个过于僵化和官僚主义的体制非常不满。

1941年秋天,也是图灵加入密码学校的两年后,他和他的同事一起写信给首相丘吉尔,表达了对行政体制的抗议。图灵很乐意从事破解德国谜机的工作,这和他的学术兴趣完全吻合,但他需要在一个政府主导的体制中做这件事情,而这个体制又往往是在阻碍创新性想法的实现,这就让他非常不爽。因为图灵唯一认可的权威,只能来自事实和理性,而不能仅仅出于对权威的服从去做事。当这种体制性的阻碍大到一定程度时,图灵和他的战友们选择打破常规,让有权力改变一切的人来改变这个体制。幸运的是,那时的图灵遇到的是丘吉尔。得知了谜机的破译工作遭遇种种障碍,丘吉尔直接回复主管的将军,要确保满足图灵等人的一切需要,而且要完成后向他报告。

如果看过电影你一定知道,图灵最后破译了谜机的密码,让英国对德国潜艇的位置了如指掌,这让英国在与德国的潜艇大战中占了上风。可以说,在和体制性因素抗争的这个回合中,图灵取得了暂时的胜利。但这种胜利又是偶然的,因为支持他的是丘吉尔。当战争结束,图灵回归学术界以后,在同性恋的问题上他就没有那么幸运了。

1951年底,图灵认识了一位19岁的年轻男子,叫阿诺德,两人开始交往。图灵也邀请到他家里过夜。然而这之后不久,图灵家里被盗,而阿诺德是一个有过小偷小摸行为的无业游民,所以图灵认为一定和阿诺德有关,于是愤怒地要求断绝来往,但阿诺德坚持不肯承认。图灵于是就想办法收集了阿诺德的指纹,交给警方查验。后来证明,窃贼其实是阿诺德的朋友,而且他也向警方指证了阿诺德与图灵之间的亲密关系。恰恰图灵又给了警察阿诺德的指纹,这相当于印证了这种关系,于是图灵很快也被逮捕,并以犯“严重猥亵罪”的名义被起诉。

于是,图灵的同性恋身份不可避免地被曝光了,但他本人却无比坦然。在警察那里,图灵招认了一切,承认自己与阿诺德发生过关系,而且甚至详细描述了具体的过程。警察也同样被震撼了,不仅是因为图灵的坦然,而且也是由于图灵根本不觉得有什么值得羞耻的地方。

而在当时的社会环境下,同性恋一直被人们看作是一种疾病。英国甚至还曾经有过反对同性恋的法律,对同性恋的最高处罚可以是绞刑。所以,也难怪警察在报告中会说,图灵是真正的异端分子,因为他真的相信自己的行为无罪。但是,图灵显然没有意识到,正是他的这些陈述,才他不可能脱罪,因为其中包含大量的所谓性侵犯的细节。在图灵看来,这只不过是两个人之间的私事,他所在意的是如实地描述事实。

这也体现了他一贯坚持的原则,按照事实和理性的要求行事。然而,尽管这个原则对于自然科学的研究非常必要,却不能简单地适用于人类社会。因为所谓“客观事实”在理解人类自身的行为上往往是不够的,甚至可能导致事与愿违的结果。

最后图灵被判有罪,他在入狱和化学阉割之间,选择了接受化学阉割刑罚,这给他带来的是生理和精神上的双重打击,让他最终选择结束自己的生命。当时,他年仅42岁。如果命运给他多一点时间,也许还可能作出更多更重大的创造,但一切都在他咬下毒苹果的那一刻戛然而止了。

第二部分

我在读书的时候,也看到这是这本传记特别不一样的地方。图灵的死亡可能是很受人们关注的部分,但在这本书里,作者提到图灵的死亡时只是一笔带过。像咱们在开头提到的,本书的作者最看重的,其实是图灵的思想和成就。那下面我们就来具体介绍本书的核心部分,图灵的科学成就。

为什么图灵被人们称为“计算机科学之父”呢?他是怎么提出“计算机”这个概念的?其实,这个提出过程有着非常深厚的时代背景。贴在图灵身上、叫“计算机”的那个标签光芒太盛,总让人忘了他本质上其实是位数学家。图灵当初的这个设想,就是为了解决数学基础的危机。

数学通常被当作最精确的学问,但你可能不知道,“数学的基础”一直是让数学家非常不放心的问题。我们究竟有什么根据,相信那些数学命题是真的,还能证明它们呢?这个问题麻烦的是,数学的那些数量关系太抽象了,它不像物理、化学等其他科学那样,能借助经验和事实来回答。

在图灵之前,当时数学界的大牛希尔伯特想出了这样一个办法:我们可以把做数学题比拟为下象棋。数学中允许的证明步骤,就好比是象棋中允许的走法,而作为证明出发点的公理就好比是象棋开局时的摆法。按照这个思路,那数学知识就都是根据规则,按步骤演化出来的东西,就好比从开局开始,按规则走的每一步棋。我们现在知道,象棋的规则完全可以编成程序,让机器一步一步地运行,完全可以代替人下象棋。同样地,希尔伯特也设想,未来也可以让数学证明变成一个可以按程序运行的机械过程,机器可以代替人来证明所有的数学定理。这样也就化解了数学基础的危机,它说明数学没什么神秘的,一台按程序运行的机器就能解释一切。

这在数学里面,叫作数学知识的“机械可判定性”问题。这个问题问的是,到底有没有这样的机械程序,能够判断和确定数学命题的真假呢?图灵一开始想要回答的就是这个问题。

有什么程序能用来证明数学知识呢?要理解这个问题,咱们把机器放一边,先来想一下,我们人类是怎么做数学题的。比如,如果让你算39*57等于多少,你没法一下子算出来,就得按部就班地算了:先列个式子,从个位开始按乘法口诀计算,记录中间结果,还得逢十进位。当然,也不排除有的人是“超级大脑”,一下子就能算出来,中间不需要任何有意识的步骤。

看出来有什么规律了吗?有两点是很显然的:第一,对于人类来说,是不是需要程序来做数学,跟直觉能力成反比。直觉能力越强,就越不需要按部就班地计算步骤;直觉越弱,就越需要程序来保证结果的正确性。但是机器本身是没有任何直觉能力的。要让它来做数学,就得按直觉最弱的极端情况来处理,也就是任何简单的计算,都需要有详细的程序来执行。

那怎么设计这个程序呢?这就是第二条规律,如果你进行计算,那这几个步骤是不能少的:你得先把总的计算任务分解成若干个小步骤,比如列式子;然后你得按规则完成其中的每一个小步骤,比如按加法规则或乘法口诀来计算;而且你还得有一个记录中间结果的载体。算39*57,你得找一张纸列式子,个位十位的结果要分别记下来;即使你心算不用纸,那你的记忆就是载体。

设计这种让机器做数学的程序,其实跟我们人类需要的计算步骤是非常相通的。这也正是图灵用来思考机械可判定性问题的思路,就是我们刚刚总结的三个特点:

一是,人类的计算程序,都得把运算任务分解成一系列最简单的小步骤。而在假想的机器上,图灵也要求所有的运算都分解成一系列最基本的操作,每一个操作都意味着机器内部状态的变化。

二是,人类的程序都要按照规则完成每一个小步骤,而图灵也要求假想的机器能够根据规则,决定内部的状态。机器可以选择保持现有状态,或者选择进入新的状态。

三是,人类的计算还得有个方便记录的载体,能够记下所有中间步骤的结果。而图灵想得更彻底,他直接假想这样的机器需要有无限长的纸带,不管中间的运算或证明过程多么复杂,需要多么长的步骤,都能被事无巨细地记下来。机器自带一个打印头,可以在纸带上左右移动,能完成写下新符号、保留现有符号,或者是清除符号留下的空格这些操作。

说到这里,大名鼎鼎的“图灵机”就已经呼之欲出了。其实,图灵最初的想法是把它当作一个思想实验,用来思考数学知识究竟能不能由机器来证明。他最后否定了这个可能性,但从这个思考中产生的图灵机,却是个更有价值的收获。人类科学进步的历史常常就是这样,无心插柳柳成荫,很多重要的成就往往是在探索其他方向上时意外获得的。在当时,也就是1950年代初,图灵敏锐地意识到了它的重要,进一步提出了“计算机(Computer)”这个全新的概念。

这大概是人类历史上第一次完整地提出了计算机的科学概念。对照咱们现在的计算机来看,图灵所说的机器内部状态就相当于核心处理器CPU,记录符号的纸带则承担了硬盘和显示器的功能。二战结束以后,图灵明确提出了制造“自动计算引擎”的计划,基本就是现代计算机的原型了。

之所以说是“原型”,当然还是有区别。今天的计算机肯定比图灵发明它的时候要先进多了。第一代计算机是用电子真空管做的,耗电多速度慢;今天我们用的是集成电路的芯片技术,并且还可能继续更新换代。但是,今天的计算机仍然在遵循图灵当年提出的概念,这也是为什么图灵被人们称为是“计算机科学之父”的原因。

那到底是哪些方面有延续呢?比如计算机的基本架构,就延续了图灵的设计。图灵机已经具备了中央处理器、存储器和显示器的基本划分,今天的计算机仍然是这个架构。而且图灵还创立了计算机行业的基本工作模式,就是主要通过编写好的程序来实现各种功能。专业人员会负责编写程序,把复杂的任务分解并机械化,然后让机器去自动执行。直到今天,不管是传统IT还是新兴的互联网行业,最基本的工作模式仍然是这一套,还没从根本上突破它。当时图灵还曾经预言,这样的工作模式,一定会带来新产业和就业领域的蓬勃发展。我们现在已经知道,他的预言,已经变成实实在在的现实。

第三部分

但如果我们抛开计算机,图灵思想的最直接体现,其实在于他的另一项成就:对人工智能的展望。这个话题特别能体现图灵思想的当代价值。按照图灵提出的概念,计算机一开始还不是智能的机器,它只是在执行人类编写好的程序,所以只能说它是人类智能的实现工具。

但图灵并不满足于此。二十世纪五十年代初,他已经开始设想,计算机可以进一步演化,甚至可能取代程序员的工作,成为真正智能的机器。那这就要求机器可以模仿人类的学习活动,不仅仅是按照编好的指令运算,而且还能够自主地演化出新的指令规则。

那在图灵的设想里,这个机器最初是干什么的呢?答案是,下棋。图灵或许不会想到,几十年之后,在全世界掀起人工智能热潮的标志性事件,主角正是阿尔法狗这个会下围棋的智能机器。

图灵还当时提出,机器必须要经过和人类对弈的训练,才能学会如何下棋。所以人工智能的机器并不是和人类竞争的对手,而是和人类共同进步的伙伴。这个想法在当时引起了巨大的争议。如果我们回过头去看五十年代初,计算机刚刚发明时的很多争论,会发现现在人们热议的大多数话题,像人工智能会不会实现啊,会不会取代人类、甚至奴役人类啊,类似的争论其实当年都已经有了,而且讨论得也很深入。

不知道你有没有想过,到底为什么这些话题会引起人们的热烈讨论呢?我想从研究哲学的角度,跟你分享一下我的想法。在我看来,这些话题,涉及“如何理解人类自身”的哲学问题。

在捍卫传统价值的保守人士看来,人类是唯一可以有智能的生物,这是人类价值和尊严的底线。如果承认人造的机器也有智能,这会被他们看作是对人类尊严的粗暴否定。然而,图灵完全支持机器可以有智能,而反对把智能仅仅归于设计机器的人。

他曾经还专门写过一篇文章,提出了用来衡量人工智能的“智能”标准:比如说,如果人们在和机器下棋的过程中,感受到的是在和另一个智慧生物斗智斗勇,而不是任何机械性的回应,那我们就没有理由反对“机器本身有智能”这个判断。这就是著名的“图灵测试”,它主张只要机器的行为模式与人类行为不可分辨,我们就应该承认机器达到了人工智能的标准。

据说目前,有相当一部分的人工智能成果,已经通过了图灵测试。但遗憾的是,还没有任何一款产品达到了图灵所设想的人工智能。这是为什么呢?因为图灵当年所想要实现的,是所谓“通用的”人工智能,也就是像很多科幻电影里描述的那样,智能机器人真的像人那样思考和行事,人类能做的下棋、开车和谈恋爱,一个智能机器也都能完成,并且我们还没法分辨它的行为和人类行为有什么区别。

而我们今天实现的人工智能全都是“专门化的”,也就是说可以让不同的智能机器来分别做不同类型的事情。让阿尔法狗下棋,让讯飞识别语音,再让别的什么来自动驾驶,等等。我们还没有真正实现通用的人工智能。

按照图灵当年的想法,人类的各种智能活动从本质上说都是有规则可循的,只要展开严格细致的理性分析,最后总能发现一些解决问题的通用法则。那么再利用这些法则来编写程序,通用智能机器就完全有可能实现了。在图灵去世之后,很多科学家想延续这种探索,却始终没有进展。归根到底,可能是图灵对人类智能的理性特征估计过高了。很多时候我们做事情没那么理性,也并不真正理解其中的规则,只是按照以往的经验就做成了。

八十年代以后,科学家们按照这个和图灵完全相反的想法,尝试展开了在人工神经网络基础上的机器学习,这才取得了人工智能在当代的大发展。但这个发展的代价就是,我们只能做专门的,而不可能实现通用的人工智能。因为机器学习需要相关领域的大量数据来训练,那么训练出来的智能机器也就只处理这个领域的问题,而不能像图灵当年设想的那样,在不同类型的活动中都能展现类似人类智能的品质。

这当然不是说,背离图灵的想法就一定是错的。实际上,转向机器学习的人工智能非常有意义,它也带来了巨大的进步。但是,谁又能保证这是将来唯一正确的发展方向呢?江山代有人才出,各领风骚数百年。且不说数百年,在人类科学技术的发展史上,三十年河东,三十年河西的情况也非常正常。或许在一些变革之后,通用人工智能会重新焕发出新的生机,成为下一个阶段人工智能的发展方向。所以,或许未来的人们会比我们更好地理解图灵,理解他留下的丰富遗产。

结语

这本书的解读就到这里,下面我们来简单总结一下。

第一部分,我们讲了图灵的成败。归结来说,图灵希望在个体生命和社会体制之间达成某种和解,他乐意以自己的聪明才智为国家和社会服务,但又坚持以自己的方式,也就是坚守事实与理性的原则去处理所有的问题。这虽然帮他在研究上获得了成功,但也注定了他的悲剧命运。

第二部分我们说到,对数学危机的思考孕育了“图灵机”概念的提出,这带有那个时代思想发展的必然性;但这更是图灵原创的发明,他敏锐地抓住了它超越时代的价值,从而完整地提出了计算机的科学概念,直到今天仍然没有过时。从这个意义上说,我们仍然处于图灵的时代。

第三部分我们说到,图灵提出了通用人工智能的理想,以及衡量人工智能的图灵测试,这已经超越了他所处的时代,而具有鲜明的当代价值。今天的人工智能尚未完全实现他的期望,我们仍旧在路上。

纵观人类历史,天才的大脑往往意味着个性鲜明的生命个体,而这就常常意味着,他和他所处的时代、社会环境之间有难以兼容甚至爆发冲突,最后通常以个体生命的悲剧告终。在这个意义上,图灵并不是唯一的例子。科学史上的布鲁诺、伽利略,都有着类似的经历。但图灵的确是离我们的时代非常近的例子。

理解图灵,反思他的一生,更容易看到为什么一个包容多元性的社会如此重要。在社会环境的力量面前,个人的努力往往是微不足道的,就算是有着像图灵那样天才的大脑也一样。如果社会的主流共识能够认识到这一点、作出变革,也算是图灵用他的一生留给后人的又一笔精神财富。

撰稿:徐竹

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