XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Тьюринг, Алан Матисон (1912–1954) -английский математик, логик, криптограф, оказавший существенное влияние на развитие информатики. Родился в Лондоне 23 июня 1912. Учился в Шерборнской школе, где проявил незаурядные способности к математике и химии, затем в Кингз-колледже Кембриджского университета, который окончил в 1934. Непосредственным его учителем, а впоследствии коллегой был математик (тополог) М.Х.А.Ньюмен (1897–1984); Тьюринг слушал его курс по основаниям математики в 1935. В том же году Тьюринг получил стипендию Кингз-колледжа для работы над диссертацией. В 1936–1938 – в Принстонском университете в США, где его научным руководителем был американский логик А.Чёрч (1903–1995). После получения докторской степени Тьюринг отклонил предложение Дж. фон Неймана остаться в США и вернулся в Кембридж, где получил стипендию Кингз-колледжа для занятий логикой и теорией чисел, посещая одновременно семинары Л.Витгенштейна по философии математики. В это же время началось его конфиденциальное сотрудничество с правительственной Школой кодов и шифров (Government Code and Cypher School) в Блечли-Парке, где он еще до войны участвовал в работах по раскрытию немецких шифров.

Родители Алана жили в индийском городе Чхатрапур. Отец — Юлиус Мэтисон Тьюринг представитель старого шотландского аристократического рода, работал в Индийской гражданской службе. Мать — Сара Этель (урожденная Стони), была родом из Ирландии, из протестантской семьи англо-ирландского дворянства. Когда она ждала ребёнка, супруги решили переехать в Англию, чтобы он рос и воспитывался в Лондоне. Там Алан Тьюринг и родился 23 июня 1912 года. У него был старший брат Джон. Государственная служба Юлиуса Тьюринга продолжалась и родителям Алана приходилось часто путешествовать между Гастингсом и Индией, оставляя двоих своих сыновей на попечение отставной армейской пары. Признаки гениальности проявлялись у Тьюринга с раннего детства. В шесть лет Алан Тьюринг пошёл в школу святого Михаила в Гастингсе, директор которой сразу отметила его одарённость. В 1926 году, в возрасте 13 лет, Тьюринг пошёл в известную частную школу Шерборн в городе Шерборн графства Дорсет. Его первый день в школе совпал со Всеобщей забастовкой 1926 года. Поэтому Тьюрингу пришлось преодолеть расстояние около 100 км от Саутгемптона до Шерборна на велосипеде, по пути он переночевал в гостинице. Увлечение Тьюринга математикой не нашло особой поддержки среди учителей Шерборнской школы, где уделяли больше внимания гуманитарным наукам. Директор школы писал родителям: «Я надеюсь, что он не будет пытаться усидеть на двух стульях разом. Если он намеревается остаться в частной школе, то он должен стремиться к получению „образования“. Если же он собирается быть исключительно „научным специалистом“, то частная школа для него — пустая трата времени». 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.[источник не указан 1185 дней] 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. В Шерборне Тьюринг близко подружился с Кристофером Моркомом. Когда эти отношения прервались в феврале 1930 года из-за смерти Моркома, вызванной осложнением «бычьего туберкулёза», которым Морком заразился несколькими годами ранее после употребления инфицированного молока, религиозные верования Тьюринга пошатнулись, и он стал атеистом. Алан проникся идеей того, что все феномены, в том числе и работа человеческого мозга, должны нести в себе материалистическое начало.

Школьные учителя признавали необычайные умственные способности Алана, но не придавали им значения. Мальчик посещал престижную школу города Шернборна, где особый интерес проявлял к точным наукам. В биографии ученого содержится ряд интересных фактов. Первый день учебы юноши случайно совпал с началом забастовки, и он был вынужден преодолеть 100 км на велосипеде, чтоб провести ночь в безопасности в отеле, вдали от бунтующей толпы. После Шерборна Тьюринг вошел в число студентов Королевского колледжа (Кембриджский университет), где проучился три года. По итогам защиты магистерской работы, в которой Алан доказал центральную предельную теорему, молодой человек зачислен в штат преподавателей. Молодой Алан, хоть и отдавал все время науке и имел имидж чудака среди коллег, на досуге занимался спортом – в британских архивах сохранилось фото 1946 года, где молодой человек бежал марафон.

После начала Второй мировой войны Тьюринг полностью перешел на работу в Блечли-Парк. Используя более ранние польские наработки, совместно с У.Уэлчманом раскрыл шифры германских ВВС, создав дешифровочную машину «Бомба», а к концу 1939 самостятельно 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 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 по март 1943 в США. Был удостоен звания кавалера Ордена Британской империи 4-й степени. 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 по 1948. 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 М.Ньюмен предложил ему пост преподавателя и заместителя директора вычислительной лаборатории Манчестерского университета, занявшего к этому времени лидирующие позиции в разработке вычислительной техники в Великобритании. В 1951 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 свое время неудачную попытку жениться). Поставленный перед выбором между тюремным заключением и гормональным лечением, выбрал последнее. Тогда же он был лишен доступа к секретной информации и уволен из Блечли-Парка. В 1953 ученый имел проблемы со службой безопасности, связанные с его зарубежными контактами и поездкой в Грецию, а также подвергся травле в местной прессе.

За относительно недолгую жизнь Тьюрингом были получены научные результаты, значение которых далеко выходит за рамки чистой математики. В самом конце 1936 ученый опубликовал работу О вычислимых числах, с приложением к проблеме разрешимости (On the Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem), в которой показал невозможность существования формальной, чисто механической процедуры, которая позволяла бы решать, выводимо ли данное высказывание из некоторого набора математических аксиом. Независимо от Тьюринга и чуть раньше него аналогичный результат был получен А.Чёрчем. Этот результат, известный как тезис Чёрча – Тьюринга, имел фундаментальное значение: Тьюринг и Чёрч вместе с К.Гёделем похоронили надежды Д.Гильберта и его последователей, полагавших, что математику как самую формализованную часть человеческого знания можно представить в виде набора аксиом и теорем. Не менее важным было то, как именно Тьюринг пришел к этому результату: для его осуществления им было разработано понятие абстрактной цифровой вычислительной машины, получившей впоследствии название машины Тьюринга, способной имитировать (при наличии соответствующей программы) любую машину, действие которой заключается в переходе от одного дискретного состояния к другому. В практическом плане Тьюринг в ходе своих работ по дешифровке убедился в неэффективности посторения специализированных машин (типа «Бомбы») для решения конкретных логических задач и, опираясь на свою модель универсальной вычислительной машины и мощь появившихся к концу войны электронных вычислительных устройств, пришел к идее универсальной электронной вычислительной машины. Разработанные в 1947 Тьюрингом «Сокращенные кодовые инструкции» (Abbreviated Code Instructions) 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 (Computing Machinery and Intellegence), опубликованная в журнале «Mind» в 1950 и впоследствии многократно перепечатывавшаяся, в том числе под названием Can the Machine Think? (Может ли машина мыслить? рус. пер. 1960), 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 упрощенная 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 стали 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 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 1951 году в Великобритании специалистами выездной студии BBC в Манчестерской лаборатории вычислительных машин была сделана первая запись музыки, сгенерированной компьютером. Машина, созданная Тьюрингом и занимавшая почти весь первый этаж лаборатории, могла генерировать три мелодии — «Боже, храни Королеву» (англ. GodSavetheKing), «Бе Бе Чёрная овечка» (англ. Baa, BaaBlackSheep) и классику свинга «В настроении» (англ. IntheMood) Глена Миллера. Музыка записана на 12-дюймовый (30,5 cм) ацетатный диск. При этом фундаментальные работы Тьюринга конца 1940-х годов по превращению компьютера в музыкальный инструмент оказались незамеченными. Звуковой артефакт, представляющий Тьюринга как музыкального новатора, восстановлен в 2016 году.

В 1952 году Тьюринг опубликовал работу под названием «Химические основы морфогенеза» (The chemical basis of morphogenesis), где впервые математически описывается процесс самоорганизации материи. Его основным интересом в этой области было листорасположение Фибоначчи — наличие чисел Фибоначчи в структурах растений. Поздние работы не были опубликованы вплоть до 1992 года, когда был выпущен сборник его трудов. Вклад Тьюринга в эту область считается основополагающим.

С 1945 по 1947 год Тьюринг проживал в Ричмонде и работал над ACE (англ. Automatic Computing Engine) в Национальной физической лаборатории. 19 февраля 1946 года он представил работу, которую можно назвать первым детальным описанием компьютера с хранимой в памяти программой. Незаконченная работа «Первый проект отчёта о EDVAC» (1945) Фон Неймана предшествовала ей, но была намного менее детальна, а согласно руководителю математического отделения Национальной физической лаборатории Джону Воурмслей:

она [работа Фон Неймана] содержит ряд идей, которые принадлежат доктору Тьюрингу.

Несмотря на то, что постройка ACE была вполне осуществима, секретность, окружавшая Блэтчли-парк, привела к задержкам в начале работ, что разочаровало Тьюринга. К концу 1947 года он вернулся в Кембридж ради годичного отпуска, в течение которого он плодотворно работал над «Intelligent Machinery», которая не была опубликована прижизненно. Пока Алан Тьюринг пребывал в Кембридже, Pilot ACE был построен в его отсутствие. Он выполнил свою первую программу 10 мая 1950 года. Хотя полная версия ACE никогда не была построена, некоторые компьютеры имели с ним много общего, к примеру, DEUCE и Bendix G-15. Во время работы в Национальной физической лаборатории активно занимался бегом и выступал на соревнованиях за Легкоатлетический клуб Волтона. Тьюринг вступил в него в конце 1945 года и показывал результаты мирового уровня. Его лучшее время марафона составило 2 часа 46 минут и 3 секунды, что всего на 11 минут больше, чем у победителя олимпийских игр 1948 года, ранее в этом же году в забеге на пересечённой местности Алан финишировал раньше Тома Ричардса — серебряного призёра олимпиады. В 1948 году Алан Тьюринг получил звание Reader в математическом департаменте Манчестерского университета. Там в 1949 году он стал директором компьютерной лаборатории, где была сосредоточена работа по программированию Манчестерского Марка I. В то же время Тьюринг продолжал работать над более абстрактными математическими задачами, а в своей работе «Computing Machinery and Intelligence» (журнал «Mind», октябрь 1950) он обратился к проблеме искусственного интеллекта и предложил эксперимент, ставший впоследствии известным как тест Тьюринга. Его идея заключалась в том, что можно считать, что компьютер «мыслит», если человек, взаимодействующий с ним, не сможет в процессе общения отличить компьютер от другого человека. В этой работе Тьюринг предположил, что вместо того, чтобы пытаться создать программу, симулирующую разум взрослого человека, намного проще было бы начать с разума ребёнка, а затем обучать его. CAPTCHA, основанный на обратном тесте Тьюринга, широко распространён в интернете. В 1948 году Алан совместно со своим бывшим коллегой Дэвидом Чамперновном начал писать шахматную программу для компьютера, который ещё не существовало. В 1952 году, не имея подходящего устройства для её выполнения, Тьюринг сыграл игру, в которой симулировал действия машины, делая по одному ходу раз в полчаса. Игра была записана и в результате программа проиграла коллеге Тьюринга Алеку Глини, но выиграла партию у жены Чамперновна. В 1948 году Тьюринг также изобрёл метод LU-разложение, который сегодня используется для решения уравнений.

1952 год. Тьюринг открыл дверь и застыл на пороге своей квартиры: в комнатах все перевернуто вверх дном, вспорота обивка мебели. На столе хозяина ждала записка, предупреждающая, что если Тьюринг обратится в полицию, то его интимная тайна раскроется на весь мир. О том, что гениальный ученый – гей, тогда еще не было известно. Шантажировать себя ученый не дал и все же позвонил стражам порядка. Взломщиком оказался знакомый любовника Алана. Но проблема ограбления ушла на второй план, когда в квартире полицейские обнаружили подтверждение нетрадиционной сексуальной ориентации мужчины. В начале 1950-х годов гомосексуализм в Соединенном Королевстве был незаконным, поэтому, когда Тьюринг признался в полиции, что у него были сексуальные отношения с преступником, 19-летним Арнольдом Мюрреем, ученого обвинили в грубой непристойности. После ареста Тьюринга вынудили выбирать между принудительным лечением гормональными препаратами для снижения либидо или тюремным заключением. Алан выбрал первое и вскоре подвергся химической кастрации посредством инъекций синтетического гормона эстрогена в течение года, что в конечном итоге сделало его импотентом. В результате огласки сексуальной ориентации ученого ему запретили продолжать работу с криптографией в GCCS. Лишившись возможности работать в науке, Тьюринг впал в депрессию. Кроме того, на фоне приема гормональных препаратов у мужчины начали выпадать волосы, пропал аппетит и сексуальное влечение, стала расти грудь. Тьюринг умер 7 июня 1954 года. Миссис Кристи (домработница Алана) приготовила хозяину завтрак и поднялась в спальню, чтобы позвать Тьюринга к столу, но обнаружила в постели бездыханное тело ученого, а на прикроватном столике лежало надкушенное яблоко. После посмертной экспертизы выяснилось, что причиной смерти было отравление цианидом. Рядом с телом найдены остатки яблока, хотя в желудке не было обнаружено никаких частей яблока. Вскрытие показало «содержание жидкости в желудке, которая сильно пахла горьким миндалем, а также раствор цианида». В других органах также отмечался запах горького миндаля. Вскрытие показало, что причиной смерти стала асфиксия из-за отравления цианидом. Официальной версией объявлено самоубийство. В июньской статье BBC профессор философии и эксперт по Тьюрингу Джек Коупленд утверждал, что смерть Тьюринга, возможно, стала случайностью: цианид в яблоках не содержится, ничто в записях последних дней Тьюринга не наталкивало на мысли о суициде, но у Алана дома хранился цианид для химических экспериментов. Однако известна и другая версия. Когда Вторая мировая война закончилась, Тьюринг работал над дешифровкой советских шифров. Исследователи предполагают, что агенты КГБ инсценировали ограбление в квартире ученого и привели его в ловушку, в результате чего работы над расшифровками советских кодов остановились. А других ученых такого уровня, чтоб продолжить работу Тьюринга, в Великобритании тогда не было.

Список используемых источников

https://24smi.org

http://www.krugosvet.ru

https://ru.wikipedia.org

https://ria.ru

http://math4school.ru

www.livelib.ru