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1、计算机世界第一人 - 艾兰图灵他的英年早逝,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.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.支持技术与工业发展的理论基础是计算机科学.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
2、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,本文的主人公.图灵是举世罕见的天才数学家和计算机科学家,仅仅在世42年.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.伦敦的神童 思维可以像袋鼠般地跳跃艾兰图灵,1912年6月23日出生于英国伦敦一个“书香门第”,家族成员里有三位当选过英国皇家学会会员,他的祖父还曾获得剑桥大学数学荣誉学位.可他父亲居里欧的才能十分平常,数学尤其糟糕,正负数的乘法运算就把他弄得焦头烂
3、额.但他倒能踏实办事,于是被政府派到英属殖民地印度去当一名小公务员.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（左一）和布雷契莱园的同事6岁正式读书后,图灵越发显得智力超群,校长和老师都注意到这个特殊的小孩.8岁时,他写了他的第一篇“科学”短文,题目叫说说显微镜.图灵从小喜欢体育运动,尤其酷爱足球.可是在和小朋友们踢足球的时候,他并不热衷于上场,而是更喜欢在场
4、外担任巡边,为的是能有机会观察、估算每次足球飞出边界的角度,他从中获得了极大的乐趣,乐趣就在于能够一眼看出问题的答案.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,没有任何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
5、,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.”1124-剑桥大学的高材生,国王学院最年轻的研究员1931年,图灵考进了剑桥大学,在该大学的“国王学院”专攻数学.剑桥是他这一生学术生涯的起点.那儿有自由的学术环境,他如饥似渴地阅读一切感兴趣的书籍,甚至是刚刚出版上市的天才大数学家冯诺依曼的新作量子力学的逻辑基础.除了数学与物理之外,他的兴趣比中学时代广泛了许多,例如对哲学也产生了兴趣,他选修了哲学大师维特根斯坦教授的“数学的哲学”课,还成为那班上最出色的学生.哲学与数学在逻辑学上有交汇.剑桥大学的
6、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.但是图灵一听就懂了,而且立刻发生兴趣.这里,为便于读者认识图灵,我想对“数理逻辑学”多说两句.这个学科的创建,起源于一个逻辑上的“悖论”.为了非专业人士都能明白逻辑悖论的含义,哲学家或者数学家喜欢用讲故事的办法来解释它.一个经典的故事是:村子里有位理发师,他为而且只为村子里所有那些不给自己理发的人理发.现在的问题是,谁为理发师理发?假定理发师为自己理发,那么依照理发师“只为不给自己理发的人理发”的规定,由此推理得出结论:理发师是不为自己理发的人,这与假定矛盾;或者假定理发师不为自己理发,那么
7、依照理发师“为所有不给自己理发的人理发”的规定,由此又推理得出结论:理发师应该为自己理发,这又与假定矛盾.所以,不论怎么假定,也就是说不论谁为理发师理发,都要出现不能自圆其说的结论.图灵在家中花园闲坐在数学的逻辑推理上会出现类似的悖论,1899年德国大数学家康托发现了一个悖论,英国大数学家罗素在1902年又发现了一个不同的悖论.人人皆知,整个“数学大厦”就建筑在严格的逻辑推理的基础之上.逻辑推理出现悖论,对数学的逻辑推理与证明的打击是致命的.数学家们十分担忧,数学的基础出现了非同小可的麻烦,“数学大厦”会因悖论的存在而坍塌.于是,他们都想方设法去修补数学基础,以避免在逻辑推理过程中产生悖论.例
8、如,康托发表专著集合论,罗素与怀特海联合撰写三卷数学原理,都为完善数学基础做出了不可磨灭的贡献,创立了一门有关数学基础的学科“数理逻辑学”.剑桥大学是“数理逻辑学”的发源地与大本营,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.他在剑桥如鱼得水,4年的大学教育,给他结结实实地打好了学术基础,毕业后留校执教,不到一年工夫,他就有所创造,发表了几篇很有分量的数学论文,崭露头角.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.为此,剑桥大学特地宣布放假半天以示庆贺.罗素教授也异常器重图灵,安排图灵讲学授课.同年
9、,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.普林斯顿的数学博士计算机科学的开路先锋图灵继续在他的学术道路上飞跃,他要扩大他的学术视野.1936年他来到美国的普林斯顿大学攻读数学博士学位,他的研究涉及逻辑学、代数和数论等等领域,成绩卓著,鹤立鸡群.在同一个城市,有个普林斯顿高等研究院,那里聚集着当时最优秀的数学家和物理学家.世纪天才冯诺依曼教授当时正在该研究院主持数学研究.他看过图灵的论文后极为赞赏,惺惺相惜,极力邀请图灵毕业后到普林斯顿高等研究院工作,做他的研究助手.冯 诺依曼虽然也很
10、年轻,但已经出类拔萃,大红大紫.给冯诺依曼当研究助手是令多少年轻学者梦寐以求的事情,然而图灵心系剑桥,执意要回到母校任教,令冯 诺依曼教授惋惜不止.惋惜的远不止冯诺依曼,不知有多少学者发出叹息,当年两位科学奇才没能走在一起.尽可以想象,由于两大世纪天才的合作,数学、计算机科学等等会获得怎样的发展?“1加1定会大于2”,两颗灿烂的巨星一处发光,将会把科学的天空照耀得更加明亮.图灵先知先觉,是走在时代前面的天才.在电子计算机远未问世之前,他居然就会想到所谓“可计算性”的问题.物理学家阿基米得曾宣称:“给我足够长的杠杆和一个支点,我就能撬动地球.”类似的问题是,数学上的某些计算问题,是不是只要给数学
11、家足够长的时间,就能够通过“有限次”的简单而机械的演算步骤而得到最终答案呢?这就是所谓“可计算性” 问题,一个必须在理论上做出解释的数学难题.经过智慧与深邃的思索,图灵以人们想不到的方式,回答了这个既是数学又是哲学的艰深问题.1936年,图灵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”.这样的奇思妙想只能属于思维像“袋鼠般地跳跃”的图灵.著名的“图灵机”的概念在数学与计算机科学中的巨大影响力至今毫无衰减.“
12、图灵机”想象使用一条无限长度的纸带子,带子上划分成许多格子.如果格里画条线,就代表 “1”;空白的格子,则代表“0”.想象这个“计算机”还具有读写功能:既可以从带子上读出信息,也可以往带子上写信息.计算机仅有的运算功能是:每把纸带子向前移动一格,就把“1”变成“0”,或者把“0”变成“1”.“0”和“1”代表着在解决某个特定数学问题中的运算步骤.“图灵机”能够识别运算过程中每一步,并且能够按部就班地执行一系列的运算,直到获得最终答案.“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
13、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,其中采用了二进位制,电路的开与合分别代表数字0与1,运用电子管和电路执行逻辑运算等. 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
14、实现.图灵当年那篇划时代的抽象数学论文,原本是为了解决数学上的一个基础性理论问题,并非是研制一台具体的计算机.科学发展史不断地告诉人们:许多重大的科学发明,往往是理论研究开路在先,工程技术实现在后.“万能图灵机”再一次令人们信服基础理论在科学发展道路上的决定性作用.图灵当年的纸上谈兵,那好似空中楼阁般的“万能图灵机”,实际上是现代计算机原理与计算机科学的开路先锋.明白了图灵那无与伦比的贡献,人们就不难理解,何以冯诺依曼对于“计算机之父”的桂冠坚辞不受.曾经担任过冯诺依曼研究助手的美国物理学家弗兰克尔教授这样写道:“许多人都推举冯诺依曼为计算机之父,然而我确信他本人从来不会促成这个错误.或许,他
15、可以被恰当地称为计算机的助产士.依我之见,正是冯诺依曼使世界认识了由图灵引入的计算机的基本概念.”弗兰克尔教授此言不虚,在 1949年,冯诺依曼发表了一篇题为自动计算机的一般逻辑理论的论文,客观而公正地阐述了图灵在计算机理论上的重大贡献.他写道:“大约12年前,英国逻辑学家图灵就开始研究可计算问题,他准确地给出了自动计算机的一般性定义.”冯诺依曼宁愿把“计算机之父”的桂冠转戴在图灵头上.当然,这已经是在图灵离开普林斯顿十来年以后的事了,他当年在普林斯顿并没有像后来那样受人景仰.图灵曲高和寡,当年就能看明白他那篇文章划时代意义的,仅仅是少数杰出的数学家,如冯诺依曼者.客观地说,图灵、阿坦纳索夫、冯诺依曼三人,都是计算机的先驱,计算机科学的奠基人,他们的伟大贡献被永远载入计算机的发展史中,若被称为“计算机之父”,他们都当之无愧.尤其是艾兰 图灵与冯诺依曼,他们好似是计算机科学浩瀚星空中相互映照的两颗超级明亮的巨星.“政府编码与密码学院”的灵魂 欧洲的战事因之至少提前两年结束1938年,图灵学成后又回到他的母校剑桥大学国王学院,作为那里的研究员,他继续他
