爱华网计算机世界第一人：艾兰·图灵(1)_wxl
P>
·摘要：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。
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，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。”
计算机世界第一人：艾兰·图灵(2)
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，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。
计算机世界第一人：艾兰·图灵(3)
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。
“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。
