思考は重要です：「普遍的な計算機」としてのアラン・チューリング

ソース： geektimes.ru



20世紀前半、最初のコンピューターが発明されたとき。 しかし、物理的に有形の機械とともに、コンセプトカーが登場しました。 それらの1つは、1936年にコンピューターサイエンスの創始者の1人と考えられている科学者アランチューリングによって発明された抽象的なコンピューティングデバイスであるチューリングマシンでした。



彼の視野は、量子理論から、心理学と神経学への相対性理論の原理にまで及びました。 そして、彼の知識を知り、伝達する方法として、チューリングは数学と論理の装置を使用しました。 彼は一見解決不可能な問題の解決策を見つけましたが、原則として計算可能なすべてを計算できる「ユニバーサルマシン」のアイデアに最も熱心でした。

子供の頃、教育、趣味

アランの両親はインドのチャトラプル市に住んでいた。 父-ジュリアス・マシソン・チューリングは、スコットランドの貴族の代表であり、帝国の公共サービスで働いていました。 母-サラ・エセル（ニー・ストーニー）は、元々アイルランド出身で、アングロアイリッシュ貴族のプロテスタント家族の出身でした。 彼女が赤ちゃんを待っていたとき、カップルは彼が成長してロンドンで育てられるようにイギリスに移ることに決めました。



アランチューリングは1912年6月23日に生まれました。 彼には兄のジョンがいました。 ジュリアス・チューリングの公共サービスは継続し、アランの両親はしばしばヘイスティングスとインドの間を旅し、二人の息子を引退した軍のカップルの世話をしました。 チューリングは、幼少期から天才の兆候を示しました。



子供の頃、アランと兄のジョンは両親をめったに見ませんでした。父親は1926年までインドで奉仕しました。 子どもたちはイギリスに残り、個人の家で世話をし、社会のはしごでの立場に対応した厳しい英語教育を受けました。 このような教育の枠組みでは、自然科学の基礎の研究は実際には想定されていませんでした。







リトルアランは非常に好奇心mind盛でした。 6歳のときに独立して読むことを学んだ彼は、家庭教師にノンフィクションの本を読む許可を求めました。



11歳で、彼は非常に有能な化学実験を設定し、藻類からヨウ素を抽出しようとしました。 これはすべて、母親に大きな懸念を引き起こしました。母親は、伝統的な教育とは異なり、息子の趣味が公立学校（英国の少年のための私立教育機関であり、その研究は貴族の子供たちに義務付けられていました）への入学を妨げるだろうと恐れていました。 しかし、彼女の恐怖は無駄でした。アランは名門のシャーボーン公立学校に入学することができました。



6歳のとき、アランチューリングはヘイスティングスのセントマイケルズスクールに行きました。 1926年、13歳のときにチューリングはドーセット郡のシャーボーンの町にある有名なシャーボーン私立学校に進学しました。 学校での彼の最初の日は、1926年のゼネラルストライクと一致しました。 そのため、チューリングはサザンプトンからシャーボーンまでの約100 kmの距離を自転車で乗り越えなければなりませんでしたが、途中でホテルで過ごしました。



チューリングの数学への情熱は、人文科学にもっと注意を払ったシャーボーン学校の教師の間ではあまり支持されていませんでした。 学校の校長は両親に次のように書いています。「私は彼が一度に2脚の椅子に座ろうとしないことを望みます。 彼が私立学校に留まるつもりなら、彼は「教育」を取得するよう努めなければなりません。 もし彼が専ら「科学の専門家」になるなら、私立学校は彼にとって時間の無駄です。」







クラス雑誌は、アランの学校の成功を雄弁に証言しています。

私は彼の文章を通して彼の指を通して見ることができますが、私の人生でもっと悪いことを見たことはありませんが、私は彼の揺るぎない怠慢とわいせつな勤勉を許容しようとします。 しかし、新約聖書の完全に堅実な議論の中で、私は彼の発言の驚くべき愚かさに耐えられません。

それにもかかわらず、彼にとって興味のある分野では、チューリングは並外れた能力を示しました。



1928年、16歳のときにチューリングはアインシュタインの仕事に精通しましたが、ニュートンの法則の実行可能性についてのアインシュタインの疑問についての文章から推測できる程度まで理解することができました。

大学

人文科学が嫌いなため、チューリングは試験で十分なポイントを獲得できなかったため、放課後、トリニティカレッジに行くつもりでしたが、ケンブリッジのロイヤルカレッジに入学しました。 チューリングは、有名な数学者ゴッドフリーハロルドハーディの指導の下、1931年から1934年までキングスカレッジで学びました。



英国の君主によって特別な特権が与えられたケンブリッジ大学は、長い間自由主義の伝統で有名であり、自由な思想の精神は常にその壁に君臨してきました。 ここでチューリングは、おそらく初めて、彼の本当の家を見つけ、そこで彼は科学に完全に屈服することができました。



人生の主要な場所は、数学と量子物理学という、彼にとって非常に興味深い科学の熱心な研究で占められていました。 その年は量子物理学の急速な発展の期間であり、チューリングは学生時代にこの分野の最新の作品に精通しました。 彼はジョン・フォン・ノイマンの著書「量子力学の数学的基礎」に非常に感銘を受けており、彼は長年興味を持っていた多くの質問に対する答えを見つけました。







その後、チューリングはおそらく、数年後にフォン・ノイマンが彼を米国で最も有名な大学の1つであるプリンストンに置くことを想像しなかったでしょう。 後に、チューリングと同様に、フォン・ノイマンは「コンピューター科学の父」と呼ばれます。 しかし、その後、20世紀の初めに、将来の著名な科学者の両方の科学的関心はコンピューターからは程遠いものでした。



チューリングは貴族の出身でしたが、決して審美的なものではありませんでした。ケンブリッジの政治や文学界は彼にとって異質な存在でした。 彼は自分の好きな数学をすることを好み、自由時間には化学実験を行い、チェスのパズルを解きました。



化学実験を行って、彼は自分で発明した特別なゲーム「無人島」をプレイしました。 このゲームの目標は、「即興手段」からさまざまな「有用な」化学物質を入手することでした-粉末洗剤、食器用洗剤、インクなどの「家庭用化学品」。



彼はまた、激しいスポーツでrestぐことと走ることで休息を見つけました。 マラソンランは、彼の残りの人生に対する彼の本当に情熱的な情熱のままです。







チューリングは見事に4年間の学習コースを完了します。 確率論に捧げられた彼の作品の1つが特別賞を受賞し、王立科学大学に選出されました。 1935年、チューリングは「左と右のほぼ周期性の等価性」という作品を発表しました。彼は、現代数学の基本領域である連続群の理論で1つのフォンノイマンの考えを簡略化しました。 彼は「純粋な」数学の分野で働いているわずかに風変わりなケンブリッジの教師としての成功したキャリアを待っているようでした。



しかし、チューリングは、いかなる種類の「フレームワーク」にも拘束されませんでした。 誰もエキゾチックな問題が突然彼を誘惑し、数学的に並外れた方法でそれを解決できるとは誰も予見できませんでした。



さらに、ケンブリッジで、アランはウィッテンシュタインルートヴィヒの講義に出席しました。 ウィッテンシュタインは、数学の破産理論について議論した。 彼によると、数学は真実を求めていないが、彼女はそれを創造している。 アランはこれに同意せず、ルートヴィヒと多くの議論をしました。 チューリングは、「形式主義」-単語の正確な翻訳を必要とせず、おおよその意味に限定された数学的哲学的運動を提唱しました。 そして、ルートヴィヒは絶対的な正確さを求めていました。



大学時代、アランチューリングは暗号の基礎、つまりデータ復号化を学びました。 これは、科学者がドイツ語のメッセージの解読に取り組んだ第二次世界大戦中に彼に役立ちました。

チューリングマシン

1928年に、ドイツの数学者デイビッドヒルベルトは、解決の問題（Entscheidungsproblem）に世界社会の注目を集めました。 1936年11月12日に公開された、Entscheidungsproblemへのアプリケーションを使用した彼の作品「計算可能な数字について」。 チューリングは、ゲーデルの不完全性定理を再定式化し、ゲーデルの普遍的な公式算術言語を、後にチューリング機械として知られるようになった単純な仮想デバイスに置き換えました。



彼は、そのようなマシンがアルゴリズムとして表現できる数学的計算を行えることを証明しました。 チューリングはさらに、Entscheidungsproblemソリューションがないことを示し、チューリングマシンの停止問題が解決できないことを最初に証明しました。一般的な場合、このチューリングマシンが停止するかどうかをアルゴリズムで決定することは不可能です。



チューリングの証明は、ラムダ計算を使用したアロンゾ教会の同等の証明の直後に公開されましたが、チューリング自身はそれをよく知りませんでした。 アランチューリングのアプローチは、よりアクセスしやすく直感的です。 他のマシンの機能を実行できる、つまり、原則として計算可能なすべてを計算できる「ユニバーサルマシン」のアイデアは、非常に独創的でした。 フォン・ノイマンは、現代のコンピューターの概念はアラン・チューリングによるこの仕事に基づいていることを認めました。 チューリングマシンは、依然としてアルゴリズムの理論の研究の主な目的です。







「チューリングマシンとは何か、プログラミングとはどう関係があるのか​​」という質問に対して 、Tosterユーザーの1人は次のように答えました。

まず、これはアルゴリズムの正式な定義です。 タスクは、その解決策がチューリングマシンで（または他の同等の方法で）プログラムできる場合に限り、アルゴリズム的に解決可能と見なされます。 この定義は、例えば、アルゴリズム的に解決できない問題を提示する能力を与えます。 「チューリング完全」言語の概念を導入できます。チューリングマシンを言語で実装できる場合は、任意のアルゴリズムを記述できます（Cプリプロセッサはそうではありませんが、C＃はそうです）。



一般に、MTは特定のクラスのアルゴリズムを定義する方法です。



-いくつかの問題は有限状態マシンで解決できます。

-一部の人には、スタックメモリを備えた有限状態マシンが必要です。

-他の人にとっては、チューリングマシンで十分です。

-残りは神の啓示または他の非アルゴリズム的な方法を必要とします。

1936年9月から1938年7月まで、チューリングはプリンストンの教会の下で働きました。 数学の研究に加えて、科学者は暗号学を研究し、電気機械式バイナリ乗算器も設計しました。







1938年6月、チューリングは博士論文「序数に基づく論理システム」を擁護し、チューリングに関する情報のアイデアを提示しました。 これにより、チューリングマシンだけでは解決できない問題を調査できます。

暗号解析

第二次世界大戦中、アランチューリングは、ブレッチリーパークでドイツの暗号を解読することに積極的に参加しました。 Aise BriggsのBletchley Parkの歴史家および退役軍人はかつてこう言いました。



「ブレッチリー・パークには、並外れた才能、並外れた天才が必要でした。チューリングの天才はまさにそれでした。」



1938年9月以来、チューリングは、暗号のハッキングを専門とする英国の組織であるGCHQでパートタイムで働いていました。 ディリー・ノックスと一緒に、彼はエニグマの暗号解読に従事していました。 1939年7月にワルシャワで会議が行われた後、ポーランド暗号局はエニグマのローター接続とメッセージ復号化方法に関する詳細な情報を英国とフランスに提供し、チューリングとノックスは問題を解決するためのより徹底的な方法で作業を開始しました。



ポーランドの方法は、1940年5月までにドイツ人が修正した指標手順の欠陥に基づいていました。 チューリングのアプローチはより一般的で、ソースコードシーケンスを列挙する方法に基づいており、そのためにBombeの初期機能仕様を開発しました。



この仕様に基づいて作成されたマシンは、よく知られているプレーンテキストに基づいて、メッセージ（ローターの順序、ローターの位置、パッチパネルの接続）の暗号化に使用できる設定を探していました。 考えられる各ローター設定（潜水艦で使用される修正で10 ^ 19状態または10 ^ 22）について、マシンはプレーンテキスト（その内容と構造）に基づいていくつかの論理的な仮定を行いました。



さらに、マシンは矛盾を判断し、パラメーターのセットを破棄して、次へ進みました。 したがって、可能なセットのほとんどは削除され、徹底的な分析のために残ったオプションはわずかでした。

1940年3月18日に最初のマシンが稼働しました。 キーの列挙は、機械式ドラムの回転のために実行され、時計の刻みに似た音が伴いました。







Bomb Specificationは、軍事暗号解読におけるチューリングの5つの重要な成果の最初のものに過ぎませんでした。



科学者はまた、ドイツ海軍のインジケーター手順を決定しました。 統計分析に基づいて「Banburismus」と呼ばれる、より効率的なBombeの使用方法を開発しました。 Türgerzheriaと呼ばれるローレンツ機械の車輪のパラメータを決定する方法。 戦争の終盤に向けて、チューリングは、デリラのポータブル音声暗号化装置を開発しました。



チューリングが使用した暗号を解読する過程でさまざまな確率の研究を最適化する統計的アプローチは、科学の新しい言葉でした。 チューリングは、「暗号解析における確率論的アプローチの適用性に関する報告」と「統計および繰り返しに関する文書」という2つの著作を書きました。これらは、GCCSおよび後にGCHQ（英国政府通信本部）にとって価値があり、科学者の生誕100周年の少し前の2012年4月まで。 GCHQの従業員は、この事実がこの作業の前例のない重要性を示していると述べました。



チューリングはまた、チャーチルとルーズベルトの通信用の暗号を開発し、1942年11月から1943年3月までの期間を米国で過ごしました。



1945年、チューリングは、ジョージ6世から兵役により大英帝国勲章を授与されましたが、この事実は長年にわたって秘密のままでした。

戦後

米国のフォン・ノイマンがEDVACコンピューターを作成する計画を提案した後、1945年からチューリングが働いていた国立物理研究所に同様の作業が英国で展開されました。 科学者は非常に野心的なプロジェクトACE（自動コンピューティングエンジン-自動コンピューティングマシン）を提案しましたが、これは実装されませんでした。



ACEの建設は実現可能ではありましたが、Blacchley Parkを取り巻く秘密は仕事の開始を遅らせ、チューリングを失望させました。



チューリングは1947年から1948年までケンブリッジで過ごしました。 アランチューリングがケンブリッジに滞在していた間、パイロットACEは彼の不在で建てられました。





フランクリンACE 1200



彼は1950年5月10日に最初のプログラムを完了しました。 ACEのフルバージョンは決して構築されませんでしたが、DEUCEやBendix G-15など、一部のコンピューターには多くの共通点がありました。



1948年5月、彼はマンチェスター大学のコンピューターラボの教師および副所長の職に就くという申し出を受けました。彼はそれまでにイギリスのコンピューターテクノロジーの開発で主導的な地位を占めていました。



1948年、アランは彼の前の同僚と一緒に、まだ存在しなかったコンピューター用のチェスプログラムの作成を開始しました。



同じ年に、TuringはLU分解法を発明しました。これは、線形方程式の解法、行列の反転、行列式の計算に使用されます。

チューリング試験

1948年、アランチューリングはマンチェスター大学の数学部で「リーダー」という称号を受け取りました。 1949年に彼はコンピューターラボのディレクターになり、マンチェスターマークIのプログラミング作業が集中しました。



同時に、チューリングはより抽象的な数学的問題に取り組み続け、コンピューティング機械とインテリジェンス（Mind magazine、1950年10月）で、人工知能の問題に取り組み、後にチューリングテストとして知られるようになる実験を提案しました。



彼の考えは、コミュニケーションの過程でコンピューターと他の人を区別できない場合、コンピューターは「考える」と想定できるということでした。 この作業では、チューリングは、大人の心をシミュレートするプログラムを作成する代わりに、子供の心から始めてから彼を教育する方がはるかに簡単だと示唆しました。 チューリングリバーステストに基づくCAPTCHAは、インターネットで広く配布されています。



1951年、チューリングはロンドン王立協会の会員に選出されました。







元の言葉遣いでは、「チューリングテスト」は、男性と女性の2人が間接的な質問によって各対話者の性別を判断しようとすることで、壁から離れた第三者からの音声の知覚を除外するチャネルを介して通信する状況を意味します。 男性は質問者を混乱させようとし、女性は質問者が真実を見つけるのを助けます。



この場合の問題は、マシンが成功するのではなく、マシンが「シミュレーションゲーム」に参加できるかどうかです（質問者は同じくらい頻繁に結論を誤ります）。 その後、テストの簡略化された形式が広まり、特定の対話者と同様の状況で通信している人が、他の人と通信しているか人工デバイスと通信しているかを判断できるかどうかが判明しました。



この思考実験はいくつかの基本的な結果をもたらしました。 最初に、彼は「機械は考えることができますか？」という質問に答えるための操作上の基準を提案しました。



第二に、この基準は言語的であることが判明しました。示された質問は、機械が自然言語で適切に人と通信できるかどうかの質問に明示的に置き換えられました。 チューリングは、言葉遣いの置き換えについて直接書いたと同時に、「質問と回答の方法は、私たちが考慮したい人間の活動のほぼすべての分野をカバーするのに適している」という自信を表明しました。



この結果は、人工知能のさらなる発展において、いずれにせよ、1980年代まで、自然言語の理解と生産のモデリングに関する研究が果たした重要な役割でした。 1977年、マサチューセッツ工科大学P.ウィンストンの人工知能研究所の所長は、コンピューターに自然言語を理解させることは、知能を構築することと同じであると書きました。





ソース： slideshare.net

記憶

•小惑星の1つは科学者にちなんで命名されています。



•コンピューティングエンジニアリング協会の年間賞は、チューリング賞と呼ばれます。



•サリー大学（イングランド）のメイン広場にはチューリングの像があり、工学および物理科学の学部の建物の1つが彼の名誉にちなんで命名されています。



•フランス北部のリール大学のコンピューターサイエンス部門の教室の1つは、Alan M. Turingにちなんで命名されました。



•マンチェスター大学、オープン大学、オックスフォードブルックス大学、オーフス大学（デンマーク）にはチューリング隊などがあります。



•2001年、科学者の記念碑がマンチェスターに建設されました。