Згадуючи Алана Тьюрінга: від зламу коду до штучного інтелекту — Тьюрінг зробив світ таким, яким він є сьогодні

За кілька десятиліть Алан Тьюрінг зробив більше, ніж будь-хто міг би сподіватися досягти за все життя. Його здатність уявляти неймовірне і втілювати ці високі теорії на папері, а потім на практиці, демонструє високодисципліновану особистість, здатну стати експертом практично в усьому, що його цікавило.

Тьюрінг пройшов шлях від створення базової моделі для всіх комп’ютерів до розкладання складних хімічних реакцій на складові із завидною легкістю.

Можливо, не всі досягнення Тьюрінга є переможними відкриттями, такими як бомба «Енігма», але кожна теорія чи винахід проклали шлях для поколінь дослідників, які розвивали, адаптували та вдосконалювали його ідеї. Тут ми розглянемо деякі з найбільш значущих внесків Тьюрінга в сучасну науку до його трагічної смерті 7 червня 1954 року від отруєння ціанідом, яке, як вважають, було пов’язане з переслідуваннями за його сексуальну орієнтацію.

У 1940 і 1941 роках німецькі підводні човни знищували кораблі постачання союзників. Тисячі суден торгового флоту були втрачені під час Другої світової війни, і Вінстон Черчилль пізніше напише про це такі слова: «Єдине, що по-справжньому лякало мене під час війни — це небезпека підводних човнів».

До 1943 року ситуація змінилася — Алан Тюрінг розробив морську бомбу, адаптацію свого дешифрувальної бомби, здатну розкрити секрети складної німецької військово-морської «Енігми». Пізніше Черчилль прокоментує, що Тьюрінг зробив найбільший внесок у перемогу союзників у війні.

Складність німецької «Енігми» — електромагнітної машини, яка замінювала звичайні літери тексту випадковими літерами, вибраними відповідно до налаштувань серії роторів — полягала в тому, що її внутрішні елементи могли бути встановлені в мільярди різних комбінацій, а це означало, що розшифрувати текст, не знаючи початкових налаштувань, було б практично неможливо. З ходом війни німецькі військові додали до машини ще більше роторів, зробивши її ще складнішою.

Найпопулярніші
Усі серії «Чорного дзеркала»: від найгіршої до найкращої
Аміт Катвала
41 найкращий фільм на Netflix цього тижня
Метт Кеймен
Як «Індіана Джонс і дзиґа долі» омолодили Гаррісона Форда
Вілл Бедінгфілд
11 найкращих фільмів на Amazon Prime прямо зараз

Польському шифрувальному бюро вдалося заволодіти машиною «Енігма» і розробити ранній прототип «Бомби». Вони передали свої знання британській розвідці. Тьюрінг і його колега Гордон Велчман створили на основі польської машини в Блетчлі-парку. Машина відтворювала ротори «Енігми» і перебирала різні комбінації положень роторів, щоб перевірити потенційні шифри.

Тьюрінг зламав систему, зосередившись на ідеї «ліжечка».

Зашифровані німецькі повідомлення часто містили передбачувані слова, включаючи повні імена і звання військових офіцерів, в одній і тій же точці кожного повідомлення. Енігма ніколи б не зашифрувала листа самому собі, тому Тьюрінг міг використовувати ці терміни або «шпаргалку» як відправну точку, шукаючи, де та сама буква в можливій шпаргалці з’являється в тому самому місці в зашифрованому тексті — дуже схоже на головоломку з кодових слів. Машина автоматично перебирала можливі положення коліс «Енігми», виключаючи ті комбінації, які були виключені шпаргалкою. Як тільки математичний цикл роторів, пов’язаних з ліжечком, було знайдено, його можна було використати для розшифрування решти тексту.

Дизайн Тьюрінга значною мірою спирався на шпаргалки, і саме наступні машини, розроблені його колегою Гордоном Велчманом та іншими, прискорили цей процес у ході війни.

Комп’ютер ACE

Наприкінці Другої світової війни Тьюрінг вирушив до країни та дослідницького центру МІ-6 Ганслоуп Парк, що неподалік від Блетчлі-Парку. Тут, за його словами, він «будував мозок» — систему, настільки досконалу, що могла прораховувати цілі математичні сценарії для дослідників, а не просто допомагати з дивними рівняннями.

Його точне припущення призведе до того, що в 1945 році на розгляд Виконавчого комітету Національної фізичної лабораторії (НФЛ) буде подано доповідь про ACE (Automatic Computing Engine — автоматичний обчислювальний двигун), яку відкинули як надто складну і кошторисною вартістю 11 200 фунтів стерлінгів.

Натомість команда НФЛ взялася за створення зменшеної версії складної серії схем Тюрінга, яка була введена в дію лише 10 травня 1950 року. На той час Тьюрінг покинув NPL і вже працював над іншим комп’ютером в Манчестерському університеті, Manchester Mark 1. Пілотна модель ACE стала першим електронним комп’ютером і одним з небагатьох комп’ютерів із запам’ятовуючими програмами, побудованих у Британії.

На той час це був найшвидший комп’ютер у світі, незважаючи на те, що він працював на тактовій частоті, яка сьогодні вважається равликовою — 1 МГц.

Його пам’ять функціонувала на ртутних лініях затримки, кожна з яких могла зберігати дані до 32 біт. Було продано тридцять пілотних моделей, але до 1958 року було побудовано повнорозмірну модель. Базова конструкція ACE Тьюрінга буде використана в MOSAIC (Ministry of Supply Automatic Integrator and Computer — автоматичний інтегратор і комп’ютер міністерства постачання), який використовувався для розрахунку руху літаків під час холодної війни. Вона також була основою Bendix G-15, який вважається першим персональним комп’ютером, що продавався до 1970 року.

Машина Тюрінга

Незважаючи на те, що Тьюрінг, можливо, найбільш відомий сьогодні завдяки своєму внеску у злам кодів, не менш важливими є його ідеї щодо концепції машини Тьюрінга та універсальної обчислюваності. Не вдаючись у подробиці, Тьюрінг запропонував (у співпраці зі своїм науковим керівником Алонзо Черчем) гіпотетичну машину (у 1936 році), яку можна було б використовувати для симуляції будь-яких алгоритмічних обчислень. Більше схожа на уявний експеримент, ніж на щось, що можна було б побудувати в реальному житті, машина Тюрінга живилася б довгою стрічкою, на якій були б записані односимвольні інструкції. Машина могла б зчитувати кожну інструкцію по черзі, обробляти її відповідно до заздалегідь визначеного закодованого алгоритму, а потім пересувати стрічку назад або вперед за необхідності.

Це була новаторська ідея в тому сенсі, що вона стала першою пропозицією для машини з декількома функціями, які визначаються програмою, що зберігається в пам’яті, а не фізичною зміною проводки чи структури машини. Машини Тюрінга і сьогодні використовуються в комп’ютерних науках як дослідницький та навчальний інструмент, оскільки це простий спосіб моделювання того, що відбувається в центральному процесорі. Тьюрінг і Черч разом висунули гіпотезу про універсальну машину Тьюринга, машину, яка могла б зчитувати і виконувати будь-яку алгоритмічну функцію — тобто машину Тьюринга, яка може імітувати алгоритмічні функції будь-якої іншої машини Тьюринга. «Повнота за Тюрінгом» зараз є однією з визначальних характеристик сучасних комп’ютерів; єдиним практичним обмеженням на повноту машини за Тюрінгом є обсяг пам’яті, яку вона має.

Найпопулярніші
Усі серії «Чорного дзеркала»: від найгіршої до найкращої
Аміт Катвала
41 найкращий фільм на Netflix цього тижня
Метт Кеймен
Як «Індіана Джонс і дзиґа долі» омолодили Гаррісона Форда
Вілл Бедінгфілд
11 найкращих фільмів на Amazon Prime прямо зараз

Першим повністю цифровим електронним комп’ютером, що завершується за Тьюрінгом, став американський ENIAC у 1946 році — однак (і це досить дивно) аналітичний двигун Чарльза Беббіджа, вперше описаний у 1837 році, але так і не побудований, теоретично мав би бути завершеним за Тьюрінгом.

Повнота за Тюрінгом також має кілька широких філософських наслідків — значна частина філософії розуму за останні кілька десятиліть зазнала впливу ідей Тюрінга.

Шифрування мовлення

Злам коду «Енігми» був не єдиним технологічним проривом Тьюрінга в Блетчлі-Парку. У 1944 році він також розробив метод безпечного кодування і декодування телефонних розмов, спираючись на роботу, яку він бачив у лабораторії Bell Labs у США в 1942 році. Цей метод, названий «Делайла», так і не був використаний урядом, але Тьюрінг передав частину своїх напрацювань в Bell Labs, де вони розробили SIGSALY — пристрій, в якому вперше було використано багато концепцій цифрового захисту мови, і який використовувався для найсекретнішого зв’язку союзників.

Морфогенез

Хоча на момент своєї смерті в 1954 році він тільки починав публікуватися на цю тему (і лише в 1990-х роках значна частина його робіт була опублікована), внесок Тьюринга в морфогенез залишається актуальним для цієї галузі і сьогодні. Морфогенез — це процес, за допомогою якого багатоклітинне життя розвиває свою форму в міру зростання, і в статті 1951 року «Хімічні основи морфогенезу» Тьюрінга досліджувалося, як неоднорідні біологічні характеристики (як смуги на зебрі) можуть виникати з однорідного початкового стану в утробі матері. Все своє життя Тьюрінг був зачарований структурою пелюсток і насіння рослин (філлотаксис), і тим, як вони, здавалося, дотримуються послідовності Фібоначчі — особливо, коли мова йшла про соняшник. Ви можете допомогти завершити його незавершене дослідження в рамках проекту «Соняшники Тьюрінга», метою якого є краудсорсингове вирощування тисяч соняшників по всій країні у 2012 році, щоб ми могли довести тезу Тьюрінга раз і назавжди.

Хімія та фізика

Робота Тьюринга над морфогенезом також має застосування в хімії та фізиці. Він був одним із перших, хто помітив, що хімічні системи, які за інших умов є стабільними, за певних обставин стають неврівноваженими через дифузію — у цих «реакційно-дифузійних» системах дифузія вступає в протиріччя з окремими хімічними реакціями, що призводить до очевидного парадоксу, коли загальна система з часом ускладнюється. Той самий процес, який може призвести до появи плям і візерунків на тваринах, також працює на молекулярному рівні, і дехто вважає роботу Тьюрінга над реакційно-дифузійними системами одним із перших кроків у галузі теорії хаосу.

Комп’ютерна програма для гри в шахи

У 1950 році Тьюрінг написав першу в історії шахову комп’ютерну програму в рамках своєї роботи над штучним інтелектом. Назвавши її «Турбочемпіон», він безуспішно намагався реалізувати її на комп’ютері Ferranti Mark I Манчестерського університету. Натомість влітку 1952 року він «зіграв» цією програмою проти свого друга і колеги Аліка Гленні. Тьюрінг проробляв кожен хід за своєю програмою на папері, витрачаючи на це щоразу близько півгодини. Хоча це показало, що Турбочемпіон здатен обіграти людину в шахи, він програв Гленні за 29 ходів. Партію можна подивитися тут. Це був 1957 рік, коли була створена повнофункціональна шахова програма, створена Алексом Бернштейном в IBM на IBM 704.

Ця стаття була вперше опублікована до сторіччя Алана Тюрінга і оновлена до річниці його смерті.