106年前的今天（6月23日），阿蘭·麥席森·圖靈在英國倫敦出生。

1968年，也就是圖靈逝世14年后，一份此前從未發(fā)表過的圖靈論文原稿出現(xiàn)在了《科學(xué)美國人》雜志上。

在這篇寫于1948年、題為《智能機(jī)器》的論文里，圖靈第一次為世人勾勒出了人工智能領(lǐng)域的輪廓。

他不僅為聯(lián)結(jié)主義理論奠定了基礎(chǔ)，還引入了多種對(duì)于日后的AI研究至關(guān)重要的概念。

而在此之前，聯(lián)結(jié)主義被廣泛認(rèn)為起源于在1957年首次發(fā)表相關(guān)論文的弗蘭克·羅森布拉特。

然而，圖靈這篇跨時(shí)代的論文在當(dāng)時(shí)被自己的領(lǐng)導(dǎo)、英國國家物理實(shí)驗(yàn)室主任查爾斯·達(dá)爾文斥之為“小學(xué)生作文”，不予發(fā)表。

一份偉大的思想，就此失去了提早照亮世界的機(jī)會(huì)。

觀其一生，圖靈對(duì)于宣揚(yáng)自己的思想始終缺乏足夠的熱情。他古怪、孤僻、木訥，任憑自己和作品在偏見中被埋沒，并最終如愿以償……

如同那份被埋藏的論文手稿——阿蘭·圖靈，最終成為了被遺忘的那個(gè)人。

算出不可計(jì)算之物

1935年，圖靈23歲。

這一年，他構(gòu)想出了一種后來被世人稱為“通用圖靈機(jī)”的抽象設(shè)備。這種設(shè)備擁有無限的內(nèi)存，能夠同時(shí)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)；它還包括一個(gè)在內(nèi)存上以一個(gè)符號(hào)為單位前后移動(dòng)的掃描器，用于讀取信息及寫入額外的符號(hào)。

機(jī)器的每一種基本行為都十分簡(jiǎn)單，比如“識(shí)別掃描器所處位置的符號(hào)”，“寫入‘1’”或是“向左移動(dòng)一個(gè)位置”。但當(dāng)大量類似的基本行為聯(lián)結(jié)在一起，結(jié)果就會(huì)變得復(fù)雜。

雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但一臺(tái)通用圖靈機(jī)足以執(zhí)行今天最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)能夠完成的任何任務(wù)——事實(shí)上，所有現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)本質(zhì)上都是通用圖靈機(jī)。

在1935年，圖靈的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一臺(tái)盡可能簡(jiǎn)單的機(jī)器，讓它能在無限的時(shí)間、功耗、紙和筆以及完美的專注度下進(jìn)行任何人類數(shù)學(xué)家能夠借助算法完成的計(jì)算。稱其“通用”，就是因?yàn)樗心芰M(jìn)行所有類似的運(yùn)算。

圖靈本人曾寫過：“電子計(jì)算機(jī)是為了執(zhí)行任意特定的、依靠經(jīng)驗(yàn)法則的處理進(jìn)程，這些進(jìn)程原本可以由人類以一種有規(guī)則但卻笨拙的方式完成?！?/p>

理論而言，圖靈成功了。不過，一個(gè)引人注目的問題依然隨之產(chǎn)生：我們有可能設(shè)計(jì)出甚至比通用圖靈機(jī)更加強(qiáng)大的機(jī)器嗎？

有段時(shí)間，超計(jì)算（Hypercomputation）領(lǐng)域吸引著越來越多的科學(xué)家。一部分人猜測(cè)，已知最為復(fù)雜的信息處理器——人腦本身——就是一個(gè)超計(jì)算機(jī)（Hypercomputer）的自然實(shí)例。

而在人們真正燃起對(duì)于超計(jì)算的興趣之前，所有已知對(duì)于通用圖靈機(jī)而言過于復(fù)雜的信息處理工作都被作為“不可計(jì)算之物”而忽略。從這個(gè)意義上講，一臺(tái)超機(jī)器（Hypermachine）應(yīng)該能夠算出“不可計(jì)算之物”。

“不可計(jì)算之物”的實(shí)例在數(shù)學(xué)領(lǐng)域十分常見。比如，對(duì)于一些隨機(jī)選定的算術(shù)陳述，一臺(tái)通用圖靈機(jī)并不能判斷出哪些屬于定理（如“7+5=12”）以及哪些不是定理（如“任意一個(gè)數(shù)都是兩個(gè)偶數(shù)之和”）。

還有一種“不可計(jì)算的”問題來自于幾何領(lǐng)域。一組大小不同、各條邊的顏色也不同的正方形瓷磚是否能“鋪滿“一個(gè)歐幾里得平面（沒有空隙、沒有重疊且接合各邊的顏色相同視為“鋪滿”）？夏威夷大學(xué)的邏輯學(xué)家William Hanf和Dale Myers就曾發(fā)現(xiàn)過一組通用圖靈機(jī)無法計(jì)算的瓷磚。

在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，一臺(tái)通用圖靈機(jī)無法一直預(yù)測(cè)對(duì)眼前的程序是會(huì)終止，還是會(huì)永遠(yuǎn)繼續(xù)運(yùn)行下去。有時(shí)這種情況被人們稱為，沒有通用目的語言（Pascal、BASIC、Prolog、C等等）能夠擁有一個(gè)哪怕最簡(jiǎn)單的崩潰調(diào)試器，它們難以發(fā)現(xiàn)能夠?qū)е卤罎⒌墓收?，包括那些?huì)引發(fā)無限處理循環(huán)的錯(cuò)誤。

圖靈本人成為了第一個(gè)對(duì)所謂“超計(jì)算機(jī)”的構(gòu)想進(jìn)行研究的人。1938年，在自己的博士學(xué)位論文中，圖靈描繪了“一種全新的機(jī)器”——“預(yù)言機(jī)”（O-machine）。

““預(yù)言機(jī)”“即一臺(tái)通用圖靈機(jī)加上一個(gè)黑箱后得到的成果。黑箱又被稱為“預(yù)言家”（Oracle），是一種用以執(zhí)行那些“不可計(jì)算的”任務(wù)的機(jī)制。

而在其他方面，”“預(yù)言機(jī)”“都與一般的計(jì)算機(jī)十分相似。輸入一個(gè)被數(shù)字化編碼過的程序之后，”“預(yù)言機(jī)”“會(huì)通過重復(fù)的基本行為組合一步步地輸出結(jié)果。其中一步就是向“預(yù)言家”傳輸數(shù)據(jù)并記錄其反饋。

圖靈并沒有說明“預(yù)言家”是如何工作的（他也從沒解釋過通用圖靈機(jī)的那些基本行為——識(shí)別掃描器中的符號(hào)”是如何實(shí)現(xiàn)的）。不過單從概念上看，一種能夠滿足“預(yù)言家”特性的機(jī)制并非難以想象。

原則上，如果神經(jīng)元的活動(dòng)被去同步化，一個(gè)合適的B型網(wǎng)絡(luò)就能對(duì)那些“不可計(jì)算之物”進(jìn)行計(jì)算（如果存在一個(gè)能讓各神經(jīng)元協(xié)調(diào)工作的中樞生物鐘，該網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作就能在一臺(tái)通用圖靈機(jī)中被精確地模擬出來）。

在超計(jì)算理論中，像“分辨算術(shù)定理和非算術(shù)定理”這類任務(wù)都不可解；即便是能夠分辨出程序是否由C語言寫成的調(diào)解器，也會(huì)陷入理論上可能的無限循環(huán)。

而如果超計(jì)算機(jī)能被制造出來，那么用它破解那些看似不可解的邏輯和數(shù)學(xué)問題的潛力將會(huì)十分巨大——不過，相關(guān)的研究嘗試也很可能因無法滿足實(shí)現(xiàn)“預(yù)言家”所需的條件而告吹。

在數(shù)理邏輯之外，圖靈的”“預(yù)言機(jī)”“幾乎被忘得一干二凈；相反，一個(gè)神話被人們供奉了起來：在一份子虛烏有的記錄中，圖靈在二十世紀(jì)三十年代中期成功證明了超機(jī)器是可能的——傳言中，他與自己在普林斯頓大學(xué)的博士生導(dǎo)師阿隆佐·邱奇宣稱一臺(tái)通用圖靈機(jī)可以精確地模擬任何其他信息處理機(jī)器的行為。

這條被廣為誤讀的“邱奇—圖靈論題”意味著，沒有機(jī)器能夠解決通用圖靈機(jī)能力范圍之外的任務(wù)。

但事實(shí)上，邱奇和圖靈只說過，一臺(tái)通用圖靈機(jī)能夠模擬任何人類數(shù)學(xué)家在使用筆和紙的情況下借助算法完成的工作——對(duì)于一個(gè)神話而言，這個(gè)命題顯然過于薄弱了。

圖靈對(duì)于超計(jì)算機(jī)的理論貢獻(xiàn)無疑被忽視了——即便是對(duì)于工作于這一領(lǐng)域的研究者而言。專家們永遠(yuǎn)談?wù)摰氖且獔?zhí)行“超越圖靈局限”的信息處理任務(wù)，稱自己的工作是在嘗試“打破圖靈障礙”。

《新科學(xué)家》雜志上曾有一篇報(bào)道甚至聲稱，全新的機(jī)器已經(jīng)“超出了圖靈的概念范疇”，它們是“圖靈從未構(gòu)想到的計(jì)算機(jī)類型”……

就仿佛半個(gè)世紀(jì)前，那位來自英國的天才從未踏足過這片領(lǐng)土。憂傷的是，那只不過是圖靈聯(lián)結(jié)主義思想的又一次復(fù)活罷了。

圖靈聯(lián)結(jié)

數(shù)字計(jì)算機(jī)都是無與倫比的神算子。如果讓它們預(yù)測(cè)火箭的發(fā)射軌跡，或是計(jì)算大型跨國公司的賬目，它們可以在幾秒內(nèi)就給出答案。

然而，換成那些對(duì)于人類而言輕而易舉的事情——比如認(rèn)臉或是閱讀手寫的文字，機(jī)器會(huì)變得完全不知道從何入手。

也許是因?yàn)榻M成人腦的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)具備專門應(yīng)對(duì)這類任務(wù)的部門，而普通計(jì)算機(jī)沒有。因而，科學(xué)家們開始嘗試開發(fā)結(jié)構(gòu)更加接近人腦的計(jì)算機(jī)。

1948年，圖靈36歲。

這一年，他在一篇未能發(fā)表的論文中第一次引入了聯(lián)結(jié)主義的思想。在論文中，圖靈發(fā)明了一種他稱之為“B型非結(jié)構(gòu)化機(jī)器”的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包含人工神經(jīng)元以及可以對(duì)神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)的設(shè)備。

B型機(jī)器中的神經(jīng)元可以是任意數(shù)量，也可以以任意模式相聯(lián)結(jié)，但依然神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)必須通過調(diào)節(jié)器。

所有調(diào)節(jié)器都具有兩條訓(xùn)練光纖。向其中一條光纖上加置一個(gè)脈沖，會(huì)將調(diào)節(jié)器設(shè)定為“通過模式”：在這種模式下，一個(gè)輸入（0或1）將會(huì)原封不動(dòng)地從中通過并轉(zhuǎn)化為輸出。

而在另外一條光線上加置的脈沖將會(huì)把調(diào)節(jié)器設(shè)定為“干預(yù)模式”：在這種模式下，無論輸入為何，輸出結(jié)果都將為1。在這種狀態(tài)下，調(diào)節(jié)器會(huì)將所有試圖通過的信息全部破壞。

一旦被設(shè)定完成，調(diào)節(jié)器將會(huì)一直保持“通過”或“干預(yù)”的狀態(tài)，除非其收到另一條訓(xùn)練光纖上的脈沖。這一獨(dú)創(chuàng)性的設(shè)計(jì)使得B型非結(jié)構(gòu)化機(jī)器能夠以圖靈稱之為“適度干預(yù)，摹擬教育”的方式來進(jìn)行訓(xùn)練。

事實(shí)上，正是圖靈創(chuàng)立了“幼兒的皮層是一個(gè)非結(jié)構(gòu)化機(jī)器，可以通過適度干預(yù)訓(xùn)練來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化”的理論。

圖靈設(shè)計(jì)的每個(gè)神經(jīng)元模型都有兩條輸入光纖，而每個(gè)神經(jīng)元的輸出就是兩個(gè)輸入的邏輯函數(shù)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個(gè)神經(jīng)元都執(zhí)行相同的邏輯操作——“與非”（NAND），即只要其中一個(gè)輸入為0，則輸出為1；如果兩個(gè)輸入均為1，則輸出為0。

圖靈選擇“與非”是因?yàn)樗衅渌模ú紶枺┻壿嫴僮鞫伎梢酝ㄟ^與非神經(jīng)元的組合實(shí)現(xiàn)。更進(jìn)一步，圖靈還證明了連聯(lián)結(jié)調(diào)節(jié)器本身也能通過“與非”來構(gòu)建。因而，圖靈指定了一種只由與非神經(jīng)元和它們的聯(lián)結(jié)光纖所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)——這也幾乎是最簡(jiǎn)單的大腦皮層模型。

1958年，羅森布拉特曾經(jīng)以一句話給聯(lián)結(jié)主義的理論基礎(chǔ)下了定義：“被存儲(chǔ)的信息以新的聯(lián)結(jié)——或是神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)傳輸信道的形式而存在?！?/p>

由于對(duì)已有聯(lián)結(jié)的破壞在功能上等同于新的聯(lián)結(jié)的產(chǎn)生，研究者們就能通過使用一個(gè)包含額外聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)，并選擇性地破壞一部分聯(lián)結(jié)的方式來構(gòu)建針對(duì)特定任務(wù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

圖靈的B型非結(jié)構(gòu)化機(jī)器的訓(xùn)練過程，同時(shí)包含了毀滅和創(chuàng)造兩種形式。

圖靈還希望能夠發(fā)掘其他種類的非結(jié)構(gòu)化機(jī)器，他一直想用一臺(tái)普通的數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)極其訓(xùn)練機(jī)制進(jìn)行模擬。他曾說：“要允許整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可觀的一段周期，然后像（突然闖入課堂的）”督學(xué)“一般打斷它并觀察它的學(xué)習(xí)進(jìn)展?！?/p>

他原本有機(jī)會(huì)這么做。然而，在用上第一批通用電子計(jì)算機(jī)之前，圖靈就已經(jīng)開始了自己在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面的工作（1954年Belmont G. Farley和Wesley A. Clark在MIT成功運(yùn)行了對(duì)于小型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的首次電腦模擬）。

盡管圖靈單單用紙和筆就能夠證明，一個(gè)足夠大的B型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過如此配置之后就能變成一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)。這一發(fā)現(xiàn)依然解決了人類認(rèn)知領(lǐng)域最基本的問題之一。

自上而下來看，“認(rèn)知”包括復(fù)雜的順序進(jìn)程，如同在數(shù)學(xué)計(jì)算中一般，它通常會(huì)將語言或其他形式的符號(hào)表征囊括在內(nèi)。然而自下而上地看，“認(rèn)知”只是簡(jiǎn)單的神經(jīng)元燃燒而已。認(rèn)知科學(xué)家面臨的問題，是如何讓這些不同的角度協(xié)調(diào)起來。

圖靈的發(fā)現(xiàn)則為這一問題指明了一個(gè)方向：自上而下來看，如通用計(jì)算機(jī)一般工作的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠執(zhí)行那些連續(xù)的、富于符號(hào)表征的處理工作，因此應(yīng)該把關(guān)注點(diǎn)放在大腦皮層上。

在1948年，這一假說十分超前——而事實(shí)上，直到現(xiàn)在，它仍然是對(duì)于認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域幾大難題最棒的猜想之一。

尾聲

1950年，圖靈38歲。

在自己生命的最后幾年，圖靈開辟了人工生命的全新領(lǐng)域。

當(dāng)時(shí)他在試圖模擬一種化學(xué)機(jī)制，通過這種化學(xué)機(jī)制，一個(gè)受精卵細(xì)胞的基因?qū)⒖赡軟Q定其發(fā)育而成的動(dòng)物或植物的解剖結(jié)構(gòu)。

他稱，這項(xiàng)研究與自己在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面的研究“并非毫無關(guān)聯(lián)”，因?yàn)椤按竽X的結(jié)構(gòu)必須……通過遺傳上的胚胎學(xué)機(jī)制而實(shí)現(xiàn)，而且，我正在研究的這種理論可能會(huì)更好地說明這一過程意味著怎樣的局限性?！?/p>

在那幾年，圖靈成為了第一個(gè)在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行非線性動(dòng)力系統(tǒng)研究的人。他的理論使用了非線性微分方程來對(duì)發(fā)育的化學(xué)過程進(jìn)行表達(dá)。

不過，這項(xiàng)開創(chuàng)性的研究只進(jìn)行了一半。

1954年6月8日，圖靈被發(fā)現(xiàn)在自己的臥室中死于氰化物中毒。除了那顆被咬掉一口的蘋果，圖靈還留下了一大摞手寫的筆記和一些計(jì)算機(jī)程序。之后的幾十年里，這些材料仍然不能被人們完全理解。

又或許已經(jīng)被忘卻。