Статьи
Век Тьюринга

Век Тьюринга


Век Тьюринга

Сто лет назад, 23 июня 1912 года, в Лондоне появился на свет Алан Мэтисон Тьюринг (ум. 1954) – английский математик, чей вклад в развитие информационных технологий оценивается столь высоко, что весь 2012 г. был объявлен «годом Тьюринга». Понятия «машины» и «теста» Тьюринга известны многим людям, даже далеким от кибернетики, а учрежденная в 1966 г. ежегодная премия его имени считается чуть ли не IT-аналогом Нобелевской.

Отец Тьюринга служил в Индии, но родители пожелали, чтобы Алан и его брат получили классическое британское образование, поэтому почти все детство мальчики провели в Англии, вдали от своей семьи. С самого раннего возраста Алан Тьюринг проявлял все признаки вундеркинда – но, к большому ужасу его родителей и опекунов, только в области математики и естественных наук, которые в то время не пользовались особым уважением со стороны классически образованного английского высшего общества.

Век Тьюринга
Памятник «отцу компьютерной науки» в Манчестере

По общеобразовательным предметам Алан был последним учеником в классе, зато в 16 лет самостоятельно изучил теорию относительности – и даже развил и обосновал некоторые идеи Эйнштейна. В 1931–1934 гг. он учился в Кембридже, где продолжал смущать своих аристократичных сокурсников эксцентрическим поведением, беспорядочным стилем одежды и любительскими химическими опытами, отнимавшими львиную долю его свободного времени: к таким опытам сводилась придуманная им игра в необитаемый остров, целью которой было получить как можно больше полезных химических веществ из уже имеющихся в хозяйстве обыденных предметов вроде чернил или стирального порошка.

Век Тьюринга
Алан Тьюринг: фото 1936 года

В 1936 году, будучи аспирантом сначала в Кембридже, а потом и в Принстоне, Тьюринг опубликовал свою первую знаменитую работу под названием «О вычислимых числах с приложением к проблеме разрешения». «Проблемой разрешения», или по-научному Entscheidungsproblem, называлась выдвинутая в 1928 году немецким математиком Давидом Гилбертом задача формулировки такого алгоритма, который, получив на входе все правила некоторого формального языка и определенное утверждение на этом языке, мог бы выдать на выходе верный ответ об истинности или ложности этого утверждения. Тьюринг (а одновременно и независимо от него в том же 1936 году – американский математик Алонзо Черч) доказывал, что это задача не имеет общего решения – в частности, не существует такого алгоритма для определения истинности утверждений арифметики.

Для того, чтобы ответить на вопрос Гилберта, Тьюрингу понадобилось дать четкое определение понятия алгоритма – здесь он и формулирует свою идею «автоматической машины», которую с тех пор называют не иначе как именем самого Тьюринга. Собственно, слово «машина» здесь употреблено скорее условно, не в смысле реального устройства, а как воображаемый гипотетический автомат или программа, выполняющая элементарные вычисления. Такая «машина» состоит из бесконечной ленты, разделенной на ячейки, и управляющего устройства, которое перемещается по ленте, считывая и записывая в ячейках символы из некоторого конечного набора. Устройство при этом руководствуется таблицей правил, определяющих, что именно следует из различных комбинаций прочитанных символов. В этой концепции наглядно воплотились такие универсальные элементы будущих ЭВМ как память, программное управление и пошаговый принцип работы.

Век Тьюринга
«Машина Тьюринга»: условно-художественное изображение

Впрочем, хотя «Машина Тьюринга» до сих пор активно используется во многих исследованиях, широкую известность Тьюринг получил не за эту теоретическую модель, благодаря которой он может считаться одним из основателей информатики, – а за более ощутимое и практическое направление своей деятельности. Вернувшись на родину из США, с самых первых дней Второй мировой войны, с сентября следующего года, блестящий теоретический математик становится ведущим сотрудником «Правительственной школы кодов и шифров» – секретного шифровального центра, располагавшегося в центре Великобритании, в поместье Блетчли-Парк.

Основной задачей центра была, естественно, расшифровка немецких радиосообщений – и особенно тех из них, которые кодировались при помощи электромеханических шифровальных машин семейства «Энигма», эффективность применения которых обеспечивала сложная система настроек колец и роторов, а также ежедневно сменяемые ключи для шифровки. Взлом «Энигмы» получил кодовое название «операция Ультра». Большую помощь в этом деле оказали англичанам польские ученые, которые бились над этой задачей еще с конца 1920-х годов – хотя в итоге им и не удалось расшифровать код, но зато поляки успешно реконструировали работающие экземпляры этого чуда немецкой техники.

Век Тьюринга
Тьюринг-криптограф: скульптура из Национального компьютерного музея в Блетчли-Парк

Польские коллеги пытались пробить брешь в кодировке, используя ошибки немецких шифровальщиков – которые, впрочем, достаточно быстро исправлялись, – и пробуя полный перебор всех возможных комбинаций, что требовало просто нереальных затрат сил и времени. Алан Тьюринг предложил более эффективный способ: перебор последовательностей символов на основе подобранного открытого текста.
Проще говоря, достаточно было ежедневно узнавать или угадывать один небольшой отрывок из сообщения – что было не так уж и сложно, поскольку, несмотря на все тайны и коды, немецкие военные общались между собой достаточно стереотипными фразами, – и механическим перебором двадцати шести символов латинского алфавита определить точное место этого отрывка в полном зашифрованном тексте. Последнюю процедуру Тьюринг придумал осуществлять, исходя из принципа исключения: известной особенностью «Энигмы» было то, что при шифровке она заменяла каждую букву любой другой, но только не такой же именно буквой.

Век Тьюринга
Буквенные барабаны дешифровальной машины в Блетчли-Парк

Тьюрингу принадлежал общий замысел машины для расшифровки и вся теоретическая часть работы, в которой ему помогал другой английский математик, Гордон Вельхман, – а собственно вычислительную машину сконструировал по их планам инженер Гарольд Кин из British Tabulating Machine Company. В качестве признания заслуг польских ученых, чье устройство носило звучное имя «bomba kryptologiczna», ее усовершенствованный преемник получил название «The bombe». Правда, говорят, что при работе английский аппарат все-таки еще громко и характерно тикал.

Первая «Бомба Тьюринга» была запущена 18 марта 1940 года, а до конца войны встало в строй еще более двухсот экземпляров этой вычислительной машины – все вместе позволяли расшифровывать от нескольких сотен до пары тысяч сообщений в день. Каждое из этих устройств состояло из 108 вращающихся электромагнитных барабанов и весило 2,5 тонны. Увы, после окончания войны Черчиль – из соображений безопасности – приказал разобрать все имеющиеся «Бомбы» и уничтожить многие их детали. Только несколько лет назад удалось воссоздать одну такую Turing Bombe, ныне представленную в экспозиции компьютерного музея в Блетчли-парк, – несмотря на хорошо сохранившиеся чертежи и описания, на реконструкцию ушло почти целое десятилетие.

Век Тьюринга
Реконструированная «Бомба Тьюринга»

Но интерес Алана Тьюринга к вычислительным машинам с окончанием войны, конечно же, не иссяк. Уже в 1946 году он представляет лондонской Национальной физической лаборатории проект устройства под названием Automatic Computing Engine – первой английской ЭВМ и первого в мире компьютера с хранимой в памяти программой. По его замыслу, ACE должен был состоять из 7000 вакуумных ламп, использовать память на линиях задержки эквивалентом в 25 КБ и обойтись в сумму чуть больше 11 тыс. фунтов стерлингов. Увы, этот проект не получил ни известности (прежде всего, по причине секретности деятельности самого Тьюринга в военный период), ни практического воплощения (на этот раз уже потому, что коллеги Тьюринга оценили проект как слишком амбициозный). Был реализован лишь его упрощенный и уменьшенный вариант Pilot ACE, выполнивший свою первую программу 10 мая 1950 года.

К тому времени Тьюринг, отчаявшись увидеть воплощение в жизнь своего проекта – к тому же еще и названого в честь таких же амбициозных и нереализованных проектов Чарльза Бэббиджа Difference Engine и Analytical Engine, – покидает Национальную физическую лабораторию и переходит на должность заместителя руководителя компьютерной лаборатории Манчестерского университета. Здесь он занимается, кроме прочего, разработкой программной среды для местной пионерской ЭВМ Manchester Mark 1, а также и своими излюбленными исследованиями в области теоретической математики. Интересно, что именно последние наводят его на мысль о создании искусственного интеллекта – еще одна сфера науки и техники, в которой Тьюринг по праву числится среди отцов-основателей.

В 1950 году в философском журнале «Mind» Алан Тьюринг публикует статью под заглавием «Вычислительные машины и разумность», в которой задается популярным в то время (и не только) вопросом: «Могут ли машины мыслить?». Не будучи собственно философом, а потому не стремясь точно определить понятия «мысли» и «машины», Тьюринг сводит этот вопрос к более простому: может ли машина имитировать действия человека, в частности, его ответы на вопросы, задаваемые на английском языке? В этом и заключается знаменитый «тест Тьюринга»: проверить, может ли компьютер отвечать на вопросы аудитории таким образом, чтобы его можно было бы принять за человека.

Век Тьюринга
Цель «теста Тьюринга» – отличить компьютер от человека, задавая ему серию вопросов вслепую

Строго говоря, вопрос собственно об уме и об умении мыслить, тем более в философском их понимании, тут практически не ставится, а заменяется на прикладную задачу подражания человеческому поведению и человеческому общению на естественном языке – а подражание это может быть и неосмысленным. Однако, даже и в таком крайне упрощенном варианте, «тест Тьюринга» так и не был пройден ни одной вычислительной машиной – несмотря на учрежденную в 1990 году премию в сто тысяч долларов «первому компьютеру, чьи ответы будут неотличимы от человеческих» и который таким образом планируется объявить «мыслящим». Что, разумеется, нисколько не умаляет заслуг Тьюринга и значения его «теста на мышление» в развитии информационных технологий. Вариант этого теста, разработанный в 2000 году в университете Карнеги-Меллона, известен сегодня практически каждому пользователю Интернета – под замысловатым наименованием «Полностью автоматический публичный тест Тьюринга для различения компьютеров от людей» – или, сокращенно, CAPTCHA.

Век Тьюринга
Медаль из чистого золота в 18 каратов – для компьютера, который пройдет «тест Тьюринга», – все еще ожидает своего владельца

К сожалению, дальнейшая судьба самого Алана Тьюринга довольно печальна. Арестованный по обвинению в нетрадиционной сексуальной ориентации, он соглашается на принудительный курс гормонального лечения, который становится причиной депрессии – вместе с запретом на доступ к секретным исследованиям, к которым в ситуации разгорающейся Холодной войны продолжают относиться и компьютерные технологии. 8 июня 1954 года, незадолго до 42 дня рождения, Алана Тьюринга находят мертвым в его квартире. Вскрытие показывает отравление цианистым калием; вопрос о том, было ли это самоубийством, как это решило следствие, или – как утверждала его мать – результатом небрежного обращения с химикатами, экспериментированием с которыми ученый занимался с самого детства, – до сих пор остается открытым.


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: