计算机之父——图灵课件

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1、计算机之父 阿兰阿兰麦席森麦席森图灵图灵 一：图灵生平简介一：图灵生平简介二：图灵主要贡献二：图灵主要贡献三：人物影响三：人物影响四：图灵奖四：图灵奖一：图灵生平简介一：图灵生平简介1912年年6月月23日，出生于英国伦敦。日，出生于英国伦敦。1931年年-1934年，在英国剑桥大学国王学院学习。年，在英国剑桥大学国王学院学习。1932年年-1935年，研究量子力学、概率论和逻辑学。年，研究量子力学、概率论和逻辑学。1935年，由于独立发现中心极限定理，获年，由于独立发现中心极限定理，获Smith奖奖 年仅年仅23岁被选为剑桥大学国王学院院士。岁被选为剑桥大学国王学院院士。1936年，年，研究

2、可计算性理论，提出研究可计算性理论，提出“图灵机图灵机”构想构想。1936年年-1938年，主要在美国普林斯顿大学做博士研究，年，主要在美国普林斯顿大学做博士研究， 研究内容涉及逻辑学、代数和数论等领域。研究内容涉及逻辑学、代数和数论等领域。1938年年-1939年，返回剑桥从事研究工作，年，返回剑桥从事研究工作， 并应邀加入英国政府破译二战德军密码的工作。并应邀加入英国政府破译二战德军密码的工作。 1940年年-1942年，作为主要参与者和贡献者之一，年，作为主要参与者和贡献者之一， 在破译纳粹德国通讯密码的工作上成就杰出，并在破译纳粹德国通讯密码的工作上成就杰出，并 成功破译了德军成功破译

3、了德军U-潜艇密码潜艇密码， 为扭转二战盟军的大西洋战场战局立下汗马功劳。为扭转二战盟军的大西洋战场战局立下汗马功劳。 Alan Turing生平简介生平简介1943年年-1945年，担任英美密码破译部门的总顾问。年，担任英美密码破译部门的总顾问。1945年年, 应邀在英国国家物理实验室从事计算机理论研究工作。应邀在英国国家物理实验室从事计算机理论研究工作。1946年，此时图灵在计算机和程序设计原始理论上的构思和成果，年，此时图灵在计算机和程序设计原始理论上的构思和成果， 已经确定了他的理论开创者的地位。已经确定了他的理论开创者的地位。 由于图灵的杰出贡献，他被英国皇室授予由于图灵的杰出贡献，

4、他被英国皇室授予OBE爵士勋衔。爵士勋衔。1947年年-1948年，主要从事年，主要从事计算机程序理论的研究计算机程序理论的研究， 并同时在并同时在神经网络和人工智能领域做出开创性的理论研究神经网络和人工智能领域做出开创性的理论研究。1948年，应邀加入英国曼彻斯特大学从事研究工作，年，应邀加入英国曼彻斯特大学从事研究工作， 担任曼彻斯特大学计算实验室副主任。担任曼彻斯特大学计算实验室副主任。1949年，成为年，成为世上第一位把计算机实际用于数学研究的科学家世上第一位把计算机实际用于数学研究的科学家。1950年，发表论文年，发表论文“计算机器与智能计算机器与智能”提出著名的提出著名的“图灵测试

5、图灵测试”理理论论， 为后来的人工智能科学提供了开创性的构思。为后来的人工智能科学提供了开创性的构思。 Alan Turing生平简介生平简介1951年，年，提出生物增长的非线性理论提出生物增长的非线性理论，年仅，年仅39岁即被选为英国皇岁即被选为英国皇家学会会员。家学会会员。1952年，保守愚昧和冷战的时代，警察得知图灵与同性朋友密切年，保守愚昧和冷战的时代，警察得知图灵与同性朋友密切 交往的消息之后，有同性恋倾向的图灵被逮捕入狱。在法庭交往的消息之后，有同性恋倾向的图灵被逮捕入狱。在法庭 审判过程中，图灵明确告知人们，自己没有做错什么事。审判过程中，图灵明确告知人们，自己没有做错什么事。

6、当时为了避免被判刑入狱，图灵被迫选择了为期一年的当时为了避免被判刑入狱，图灵被迫选择了为期一年的 雌性激素注射的所谓雌性激素注射的所谓“治疗治疗”，才得以重新返回研究工作。，才得以重新返回研究工作。1953年年-1954年，继续在生物和物理学等方面的研究。年，继续在生物和物理学等方面的研究。 被迫承受对同性恋倾向的被迫承受对同性恋倾向的“治疗治疗”， 致使原本热爱体育运动的图灵在身心上受到极大的伤害。致使原本热爱体育运动的图灵在身心上受到极大的伤害。1954年年6月月7日，日，42岁的岁的图灵死在床上，图灵死在床上，床头有一个咬了一半的、床头有一个咬了一半的、 在氰化物溶液中浸泡过的苹果，在氰

7、化物溶液中浸泡过的苹果，警方调查结论是自杀。警方调查结论是自杀。 一代英灵，就此过早离去，成为人类科学史上的一大遗憾。一代英灵，就此过早离去，成为人类科学史上的一大遗憾。 Alan Turing生平简介生平简介有关有关Turing的一些佚事的一些佚事两次报考剑桥三圣学院两次报考剑桥三圣学院(Trinity College，最负盛名，最负盛名)未被录取，未被录取， 只好进了剑桥国王学院只好进了剑桥国王学院(Kings College)，攻读数学。，攻读数学。不善言辞，有些不善言辞，有些木讷害羞木讷害羞，常咬指甲。在剑桥大学是一个，常咬指甲。在剑桥大学是一个 衣着随便、不打领带的著名教授，妇孺皆知

8、的怪才。衣着随便、不打领带的著名教授，妇孺皆知的怪才。患过敏性鼻炎，遇花粉流鼻涕不止患过敏性鼻炎，遇花粉流鼻涕不止所以所以戴防毒面具戴防毒面具 骑车上班，招摇过市，成为剑桥大学的一大奇观。骑车上班，招摇过市，成为剑桥大学的一大奇观。 自行车掉链不修理自行车掉链不修理发现链条总是踏到一定的圈数时下滑，发现链条总是踏到一定的圈数时下滑， 骑车时特别骑车时特别留心计算留心计算，能做到在链条下滑前一刹那戛然停车。，能做到在链条下滑前一刹那戛然停车。后来在脚踏板旁装了一个小巧的后来在脚踏板旁装了一个小巧的机械计数器机械计数器，到圈数时就停，到圈数时就停， 歇口气换换脑子，再重新运动起来。歇口气换换脑子，

9、再重新运动起来。怕英国失败把积蓄换成银子埋藏起来，二战后却怕英国失败把积蓄换成银子埋藏起来，二战后却忘了埋藏处忘了埋藏处。40岁时因同性恋被法院传讯，岁时因同性恋被法院传讯，“gross indecency”。二：二：Alan Turing的主要贡献的主要贡献 24岁提出了岁提出了图灵机理论图灵机理论31岁参与岁参与Colossus的研制的研制（二战时英国破解德国（二战时英国破解德国通讯密码的计算机，核心成员）通讯密码的计算机，核心成员）33岁时构思了岁时构思了仿真系统（仿真系统（Simulation System）35岁提出了岁提出了自动程序设计（自动程序设计（Automatic progr

10、amming）的概念的概念38岁设计了岁设计了“图灵测试图灵测试”39岁提出了关于岁提出了关于生物增长的非线性理论生物增长的非线性理论有有“计算机之父计算机之父”、“人工智能之父人工智能之父”、 “破译之父破译之父”等美誉。有人甚至认为等美誉。有人甚至认为他的贡献及对未来世界的影响几乎可他的贡献及对未来世界的影响几乎可 与牛顿、爱因与牛顿、爱因斯坦等巨人比肩斯坦等巨人比肩。 图灵机图灵机1936年，阿兰年，阿兰图灵提出了一种抽象的计算模型图灵提出了一种抽象的计算模型 图灵机图灵机 (Turing Machine)。图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过。图灵的基本思想是用机器来

11、模拟人们用纸笔进行数学运算的过程，他把这样的过程看作下列两种简单的动作：在纸上写上或擦除某个符号；程，他把这样的过程看作下列两种简单的动作：在纸上写上或擦除某个符号；把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置；而在每个阶段，人要决定下一把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置；而在每个阶段，人要决定下一步的动作，依赖于步的动作，依赖于 (a) 此人当前所关注的纸上某个位置的符号和此人当前所关注的纸上某个位置的符号和(b) 此人当此人当前思维的状态。为了模拟人的这种运算过程，图灵构造出一台假想的机器，前思维的状态。为了模拟人的这种运算过程，图灵构造出一台假想的机器，该机器由以下几个部分组成：一条无限长

12、的纸带。纸带被划分为一个接一个该机器由以下几个部分组成：一条无限长的纸带。纸带被划分为一个接一个的小格子，每个格子上包含一个来自有限字母表的符号，字母表中有一个特的小格子，每个格子上包含一个来自有限字母表的符号，字母表中有一个特殊的符号殊的符号 表示空白。纸带上的格子从左到右依次被编号为表示空白。纸带上的格子从左到右依次被编号为 0, 1, 2, . ，纸带，纸带的右端可以无限伸展。一个读写头。该读写头可以在纸带上左右移动，它能的右端可以无限伸展。一个读写头。该读写头可以在纸带上左右移动，它能读出当前所指的格子上的符号，并能改变当前格子上的符号。一个状态寄存读出当前所指的格子上的符号，并能改变

13、当前格子上的符号。一个状态寄存器。它用来保存图灵机当前所处的状态。图灵机的所有可能状态的数目是有器。它用来保存图灵机当前所处的状态。图灵机的所有可能状态的数目是有限的，并且有一个特殊的状态，称为停机状态。限的，并且有一个特殊的状态，称为停机状态。 一套控制规则。它根据当一套控制规则。它根据当前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作，并改变状态寄存器的值，令机器进入一个新的状态。注意这个机器的动作，并改变状态寄存器的值，令机器进入一个新的状态。注意这个机器的每一部分都是有限的，但它有一个潜在的无限长

14、的纸带，因此这种机器只的每一部分都是有限的，但它有一个潜在的无限长的纸带，因此这种机器只是一个理想的设备。图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何是一个理想的设备。图灵认为这样的一台机器就能模拟人类所能进行的任何计算过程。计算过程。图灵实验图灵实验1945年到年到1948年，图灵在国家物理实验室，负责自动计算引擎（年，图灵在国家物理实验室，负责自动计算引擎（ACE）的）的工作工作 。1949年，他成为曼彻斯特大学计算机实验室的副主任，负责最早的年，他成为曼彻斯特大学计算机实验室的副主任，负责最早的真正的计算机真正的计算机-曼彻斯特一号的软件工作。在这段时间，他继续作一些比较曼彻斯特一号

15、的软件工作。在这段时间，他继续作一些比较抽象的研究，如抽象的研究，如“计算机械和智能计算机械和智能”。图灵在对人工智能的研究中，提出了。图灵在对人工智能的研究中，提出了一个叫做图灵试验的实验，尝试定出一个决定机器是否有感觉的标准。一个叫做图灵试验的实验，尝试定出一个决定机器是否有感觉的标准。 图灵试验由计算机、被测试的人和主持试验人组成。计算机和被测试的人分图灵试验由计算机、被测试的人和主持试验人组成。计算机和被测试的人分别在两个不同的房间里。测试过程由主持人提问，由计算机和被测试的人分别在两个不同的房间里。测试过程由主持人提问，由计算机和被测试的人分别做出回答。观测者能通过电传打字机与机器和

16、人联系（避免要求机器模拟别做出回答。观测者能通过电传打字机与机器和人联系（避免要求机器模拟人外貌和声音）。被测人在回答问题时尽可能表明他是一个人外貌和声音）。被测人在回答问题时尽可能表明他是一个“真正的真正的”人，人，而计算机也将尽可能逼真的模仿人的思维方式和思维过程。如果试验主持人而计算机也将尽可能逼真的模仿人的思维方式和思维过程。如果试验主持人听取他们各自的答案后，分辨不清哪个是人回答的，哪个是机器回答的，则听取他们各自的答案后，分辨不清哪个是人回答的，哪个是机器回答的，则可以认为该计算机具有了智能。这个试验可能会得到大部分人的认可，但是可以认为该计算机具有了智能。这个试验可能会得到大部分

17、人的认可，但是却不能使所有的哲学家感到满意。图灵试验虽然形象描绘了计算机智能和人却不能使所有的哲学家感到满意。图灵试验虽然形象描绘了计算机智能和人类智能的模拟关系，但是图灵试验还是片面性的试验。通过试验的机器当然类智能的模拟关系，但是图灵试验还是片面性的试验。通过试验的机器当然可以认为具有智能，但是没有通过试验的机器因为对人类了解的不充分而不可以认为具有智能，但是没有通过试验的机器因为对人类了解的不充分而不能模拟人类仍然可以认为具有智能。图灵试验还有几个值得推敲的地方能模拟人类仍然可以认为具有智能。图灵试验还有几个值得推敲的地方 ，比，比如试验主持人提出问题的标准，在试验中没有明确给出；被测人

18、本身所具有如试验主持人提出问题的标准，在试验中没有明确给出；被测人本身所具有的智力水平，图灵试验也疏忽了；而且图灵试验仅强调试验结果，而没有反的智力水平，图灵试验也疏忽了；而且图灵试验仅强调试验结果，而没有反映智能所具有的思维过程。所以，图灵试验还是不能完全解决机器智能的问映智能所具有的思维过程。所以，图灵试验还是不能完全解决机器智能的问题。题。Turing Test 人工智能的试金石人工智能的试金石1950年图灵提出用来判断计算机是否能够思考的方案。年图灵提出用来判断计算机是否能够思考的方案。该年，图灵发表了里程碑式的论文该年，图灵发表了里程碑式的论文计算机能思考吗？计算机能思考吗？， 第一

19、次提出第一次提出“机器思维机器思维”的概念。他逐条反驳了机器不能思维的的概念。他逐条反驳了机器不能思维的 各种论点，并做出了肯定的回答。他指出各种论点，并做出了肯定的回答。他指出,最好的人工智能最好的人工智能 研究应该着眼于为机器编制程序，而不是制造机器研究应该着眼于为机器编制程序，而不是制造机器。图灵测试的方法：提问人通过一种特殊的方式，提出各种图灵测试的方法：提问人通过一种特殊的方式，提出各种 问题，分别由一个人或一台机器进行回答问题，分别由一个人或一台机器进行回答(与提问人隔绝与提问人隔绝)。 如果经过相当多次数的提问，提问人辨别不出与他交流的如果经过相当多次数的提问，提问人辨别不出与他

20、交流的 对象是人还是机器，对象是人还是机器， 则可认为这部机器有智能。则可认为这部机器有智能。有科学家认为，有科学家认为，20年后计算机能够轻松有效的通过各种形式的年后计算机能够轻松有效的通过各种形式的图灵测试；图灵测试；25年之内就会宣布计算机拥有了意识年之内就会宣布计算机拥有了意识。三：人物影响三：人物影响图灵思想活跃，他的创造力也是多方面的。据同事们回忆，他在战时图灵思想活跃，他的创造力也是多方面的。据同事们回忆，他在战时的秘密工作中，曾创造好几种新的统计技术，但都未形成论文发表，的秘密工作中，曾创造好几种新的统计技术，但都未形成论文发表，后来又重新为他人所创建，由后来又重新为他人所创建

21、，由A瓦尔德瓦尔德 (Wald)重新发现并提出的重新发现并提出的“序贯分析序贯分析”就是其中之一。他对群论也有所研究，在就是其中之一。他对群论也有所研究，在“形态形成的化形态形成的化学基础学基础”一文中，他用相当深奥而独特的数学方法，研究了决定生物一文中，他用相当深奥而独特的数学方法，研究了决定生物的颜色或形态的化学物质的颜色或形态的化学物质(他称之为成形素他称之为成形素)在形成平面形态在形成平面形态(如奶牛体如奶牛体表的花斑表的花斑)和立体形态和立体形态(如放射形虫和叶序的分布方式如放射形虫和叶序的分布方式)中的分布规律性，中的分布规律性，试图阐释试图阐释“物理化学规律可以充分解释许多形态形

22、成的事实物理化学规律可以充分解释许多形态形成的事实”这一思这一思想。在生物学界，想。在生物学界，80年代才开始探讨这一课题，图灵还进行了后来被年代才开始探讨这一课题，图灵还进行了后来被称为称为“数学胚胎学数学胚胎学”的奠基性研究工作他还试图用数学方法研究人的奠基性研究工作他还试图用数学方法研究人脑的构造问题，例如估算出一个具有给定数目的神经元的大脑中能存脑的构造问题，例如估算出一个具有给定数目的神经元的大脑中能存贮多少信息的问题等这些，至今仍然是吸引着众多科学家的新颖课贮多少信息的问题等这些，至今仍然是吸引着众多科学家的新颖课题。人们认为，图灵是一位科学史上罕见的具有非凡洞察力的奇才：题。人们

23、认为，图灵是一位科学史上罕见的具有非凡洞察力的奇才：他的独创性成果使他生前就已名扬四海，而他深刻的预见使他死后倍他的独创性成果使他生前就已名扬四海，而他深刻的预见使他死后倍受敬佩。当人们发现后人的一些独立研究成果似乎不过是在证明图灵受敬佩。当人们发现后人的一些独立研究成果似乎不过是在证明图灵思想超越时代的程度时，都为他的英年早逝感到由衷的惋惜。苹果公思想超越时代的程度时，都为他的英年早逝感到由衷的惋惜。苹果公司以那个咬了一口的苹果作为其商标图案，就是为纪念这位伟大的人司以那个咬了一口的苹果作为其商标图案，就是为纪念这位伟大的人工智能领域的先驱者工智能领域的先驱者图灵。图灵。今天，苹果电脑公司以

24、那个图灵自杀时咬了一口的苹果作为其今天，苹果电脑公司以那个图灵自杀时咬了一口的苹果作为其商标图案，就是为纪念这位伟大的人工智能领域的先驱者商标图案，就是为纪念这位伟大的人工智能领域的先驱者图灵。图灵。 平反平反 在在2009年年9月月10日，一份超过日，一份超过3万人的请愿签名，万人的请愿签名，使英国首相戈登使英国首相戈登布朗在布朗在每日电讯报每日电讯报撰文，因为英国政府当撰文，因为英国政府当年以同性恋相关罪名起诉图灵并定罪，导致他自杀身亡，正式年以同性恋相关罪名起诉图灵并定罪，导致他自杀身亡，正式向艾伦向艾伦图灵公开道歉。图灵公开道歉。 乔布斯为什么要用咬了一口的苹乔布斯为什么要用咬了一口的

25、苹果作为苹果公司的标记？果作为苹果公司的标记？ 历史完全有理由永远记住图灵这个名历史完全有理由永远记住图灵这个名字，是因为他为开辟信息时代的计算机技术做出了卓越贡献。字，是因为他为开辟信息时代的计算机技术做出了卓越贡献。他去世大约他去世大约20年后，美国两名年后，美国两名19岁的大学生在父母的车库里潜岁的大学生在父母的车库里潜心工作，组装了世界上第一台完整的家用电脑，这台机器和他心工作，组装了世界上第一台完整的家用电脑，这台机器和他们随后成立的公司都被命名为们随后成立的公司都被命名为苹果苹果。公司的标志是一只咬。公司的标志是一只咬了一口的苹果，真正理解其中含义的人寥寥可数。了一口的苹果，真正理

26、解其中含义的人寥寥可数。” 至今计算至今计算科学和信息科学的科学和信息科学的最高成就奖最高成就奖还是叫图灵奖，用图灵的故事来还是叫图灵奖，用图灵的故事来解释苹果的标志更配得上象苹果这样的伟大公司。解释苹果的标志更配得上象苹果这样的伟大公司。 今天的苹果今天的苹果公司已经远远超出了经典意义上的计算机公司的范畴，公司已经远远超出了经典意义上的计算机公司的范畴，IMac, IPod, IPhone, Jobs和他的团队不断给人类带来新的惊喜，但和他的团队不断给人类带来新的惊喜，但公司标志依旧，仍然是被咬了一口的苹果。公司标志依旧，仍然是被咬了一口的苹果。Alan Turing纪念馆纪念馆 Enigm

27、a四：图灵奖四：图灵奖Turing Award目前由目前由Intel公司和公司和google公司赞助，公司赞助，奖金为奖金为250,000美元。美元。Turing Award被公认为是计算机科学界的诺贝尔奖被公认为是计算机科学界的诺贝尔奖 最高奖项最高奖项奖励在计算机科学技术研究中做出了创造性贡献、奖励在计算机科学技术研究中做出了创造性贡献、 推动了计算机科学技术发展的杰出科学家推动了计算机科学技术发展的杰出科学家1966年开始由年开始由ACM设立（美国计算机协会，设立（美国计算机协会，1947年成立，年成立， 与与IEEE Computer Society并列为计算机界最著名的两大国际并列为

28、计算机界最著名的两大国际 学术组织），用学术组织），用Turing的名字来命名该奖，以纪念伟人对于的名字来命名该奖，以纪念伟人对于 计算机科学技术发展的功绩。通常每年计算机科学技术发展的功绩。通常每年1名获奖者名获奖者, 偶尔偶尔2名名 (同方向同方向)，02年年3名名(RSA)，07年年3名名(设计错误自动化发现方法设计错误自动化发现方法)虽未明确规定虽未明确规定, 但授奖但授奖较偏重于较偏重于 计算机科学理论和软件技术方面作出贡献的杰出科学家计算机科学理论和软件技术方面作出贡献的杰出科学家截止到截止到2009年共发奖年共发奖44届，共有届，共有56位科学家获奖位科学家获奖唯一华人获奖者是唯

29、一华人获奖者是姚期智姚期智(Andrew Yao, 美籍美籍, 2000年年)关键词关键词intelligent machinery智能机器智能机器Association for Computer Machinery（ACM）美国计算机协会美国计算机协会Institute of Electrical and Electronics Engineers （IEEE）电气和电子工程师协会电气和电子工程师协会Nonlinear theory of biological growth生生物增长的非线性理论物增长的非线性理论Turing Machine图灵机图灵机Turing Testing图灵测试图灵测试Automatic Computing Engine（ACE）自自动计算引擎动计算引擎Simulation System仿真系仿真系统Automatic programming自自动程序程序设计Electronic Numerical Integrator And Computer（ENIAC）电子数字积分计算机电子数字积分计算机