紀念艾倫•圖靈百年誕辰

劉瑞挺/文 本文首發於《計算機教育》第11期

圖靈公司將於11月末出版《圖靈的祕密：他的生平、思想及論文解讀》，以紀念這位科學巨匠的百年誕辰。

形態形成理論（1952）

圖靈還有一個不被人注意的工作，那就是他對數學生物學的研究。

1952年8月14日他在《皇家學會哲學學報》發表了唯一的一篇生物論文，題目是The Chemical Basis of Morphogenesis（“形態生成的化學基礎”）。該文於1951年11月提交，1952年3月修訂，8月刊登在《哲學學報》B集641期上。他還寫過許多別的生物學論文，但在他去世之前都沒有寫完。這些文章後來曾以手稿形式發表。

圖靈在生物學上的焦點是生命的物理結構，其興趣是有機體為什麼和如何發展成特殊的形態。一個人或一棵樹有幾百萬個細胞，但至今不知道它為何是如此形狀，圖靈希望能描繪出其中的形成原因。他研究的重要基礎是“來自設計的論據”（argument from design）。儘管達爾文的自然選擇學說已經取代了上帝創造萬物的觀點，但許多人還相信生命的多種多樣是萬能的“主”進行的雕琢。

圖靈希望刻畫出科學對這些結構的干預。他想理解、至少以一種簡化和理想化的方法理解，一個球對稱的細胞團隨著時間的變化如何發展成“非球對稱的”動物，比如一匹馬。

（兩圖都是形態形成的舉例）

圖靈用數學方法證明，最初是均勻的一定型別的動態系統，經過漸進的變化過程，基於漲落與擴散會導致空間不均勻性的出現。基本條件是必須存在兩種物質X和Y，其中X的濃度受自身產生與消亡過程的平衡而維持，而Y的形成速度與X的濃度有關，他給出兩者的線性微分方程，他應用了反應-擴散公式，發現在某些情況下會形成駐波圖案。現在已經成為圖案形成範疇的核心。

除形態形成的化學理論外，圖靈還提出葉序的幾何理論，他主要的興趣是斐波那契葉序列，即用斐波那契數（Fibonacci number）解釋植物葉子的形態。如樹葉排列以及向日葵小花的排列，其中利用了螺旋座標和流矩陣等複雜的描述。他還利用計算機對這些方程求出數值解。總之，數學家與生物學家的溝通對於生命科學的嚴格化、數字化具有重要的意義。

不該發生的悲劇（1952-1954）

圖靈早在劍橋時代就有同性戀傾向。在布萊奇利時期也有所表現，不過都沒有影響當時破譯密碼的各種工作。

1952年1月圖靈在曼徹斯特電影院外認識了一個年輕人默裡（Arnold Murray），在午餐後圖靈約他到住所共度週末，默裡表示同意。來往數週後，有一天默裡協助他的一個同夥到圖靈住所行竊，於是圖靈報了警。3月31日警察當局調查發現圖靈與默裡有同性戀關係，根據英國1885年的法律（Criminal Law Amendment Act 1885），同性戀是犯罪，拘留並審訊了他們。圖靈不否認這個事實，也不為自己辯護，但他毫不掩飾地宣告這沒有罪。在審訊後，被判處嚴重猥褻罪，給他兩個選擇：坐牢、或荷爾蒙療法，即遭受化學閹割。他選擇了後者，通過注射雌性激素來中和他的性慾，並持續了一年。在這段時間裡，藥物產生了包括乳房不斷髮育等副作用。

在此期間，他除繼續研究生物學的數學問題外，1953年還發表了兩篇論文：一篇是Some calculations of the Riemann zeta-function（“黎曼ζ函式的一些計算問題”）；另一篇是Digital computers applied to games：chess（“數字計算機用於遊戲：國際象棋”）。1953年他指導的唯一研究生甘迪（Robin Oliver Gandy，1919-1995）在劍橋大學獲得博士學位，甘迪的論文題目是On axiomatic systems in mathematics and theories in Physics（“數學與物理學理論的公理體系”）。1954年圖靈還發表了Solvable and unsolvable problems（“可解與不可解問題”）等。

此外，他經常關在自己的屋裡做“荒島遊戲”的實驗，即看看一個人純粹靠自制的裝置到底能搞出些什麼。他的助手與好友甘迪也經常與他一起做實驗。圖靈喜歡一切從頭開始，甚至想自制電燈泡或電池組，或者自制磚來鋪花園裡的小路。

1954年6月7日圖靈突然去世。翌日早上清潔女工進他的房間做衛生時，發現他已經死亡，而屋裡的燈還亮著，吃剩的半個蘋果還扔在床邊的桌上。圖靈的母親認為他經常在家裡進行化學實驗，由於不注意洗手，可能是慢性中毒。驗屍官的判斷則是在圖靈意識恍惚之際，服用氰化物而中毒自殺。

母親的回憶（1959）

圖靈41歲不幸英年早逝，使已經73歲的母親十分難過（母親活了95歲）。她忍著巨大的悲痛寫了一本回憶兒子的書，書名就叫Alan M. Turing，於1959年由劍橋的W Heffer & Sons Ltd.公司出版。這本157頁的小書，第一部分為傳記材料（1-12章），第二部分為關於計算機與形態形成的理論（13-14章）。沒有包括二戰時期的保密材料，因為還沒有解密，而圖靈是不會在家裡談任何涉及工作的機密。這本書僅僅售出300冊。

今天，這本書成為我們全面瞭解圖靈的重要資料。母親多方位地描寫了兒子：“艾倫是個肩寬體壯、身材高大的人，方正的下巴顯出很有決心的樣子，有著一頭不大服帖的褐色頭髮。深陷而清澈的藍眼睛是他最突出的特徵。短而微翹的鼻子和線條俏皮的嘴巴使他顯得象個年輕人，有時竟象個孩子。甚至在他接近40歲時，還常被誤認為是大學生。”

“艾倫的外表一點兒也顯示不出他在學術上的重要地位，而他在擴大自己的影響方面幾乎沒做任何努力。無論他到什麼地方都很快被看做一個引人注目的人物。艾倫自己也承認，他對申請職位或毛遂自薦之類的事確實沒放在心上。”等等。

母親的愛流露在全書的字裡行間。正如紐曼教授夫人（Lyn Newman）在前言所寫：“無論何時，科學所能提供的東西都不會比了解一個科學家如何成長的事實更為寶貴。”

為紀念圖靈百年誕辰，現在劍橋重印了這本書，增加了一些新的內容，如解密後在布萊奇利的故事，還有艾倫的哥哥約翰寫的回憶文章等。

ACM圖靈獎（1966-）

為紀念圖靈的科學成就，美國計算機協會（ACM）專門設立了圖靈獎，它被廣泛認同為計算機領域的諾貝爾獎。從1966年開始至今，已經有58位世界一流的電腦科學家獲此殊榮。下面我們給出歷屆圖靈獎獲得者的名單，以便參閱。

歷屆圖靈獎獲獎者

1966	A.J.Perlis（美）	因新一代程式設計技術和編譯架構方面的貢獻而獲獎
1967	Maurice V.Wilkes（英）	因設計出第一臺具有內建儲存程式的計算機而獲獎
1968	RichardW.Hamming（美）	因計數方法、自動編碼系統、檢測及糾正錯碼的貢獻
1969	Marvin Minsky（美）	因人工智慧研究和建立框架理論的貢獻
1970	J.H.Wilkinson（英）	因用數值分析方法促進高速數字計算機的應用而獲獎
1971	John McCarthy（美）	因對人工智慧的貢獻被授予圖靈獎
1972	Edsger W.Dijkstra（荷蘭）	因在程式語言方面的出眾表現而獲獎
1973	Charles W.Bachman（美）	因在資料庫方面的傑出貢獻而獲獎
1974	Donald E.Knuth（美）	因設計和完成創新的具有很高排版質量的文件製作工具TEX以及名著《程式設計的藝術》而獲獎
1975	Allen Newell（美）與Herbert A.Simon（美）	因在人工智慧、人類心理識別和列表處理等方面進行的基礎研究而獲獎
1976	Michael O.Robin（以色列）與 Dana S.Scott（英）	因他們的論文“有限自動機與它們的決策問題”中所提出的非決定性機器這一很有價值的概念而獲獎
1977	John Backus（美）	因對可用的高階程式設計系統設計有重大深遠影響獲獎
1978	Robert W.Floyd（美）	因其在軟體程式設計的演算法方面的深遠影響，並開創了包括剖析理論、程式語言的語義、自動程式檢驗、自動程式合成和演算法分析在內的多項計算機子學科而獲獎
1979	Kenneth E.Iverson（加拿大）	因對程式設計語言理論、互動式系統及APL的貢獻
1980	C.Anthony R.hoare（英）	因對程式設計語言的定義和設計所做的貢獻而獲獎
1981	Edgar F.Codd（英）	因在資料庫管理系統的理論和實踐方面的貢獻而獲獎
1982	Steven A.Cook（美）	因奠定了NP-Completeness理論的基礎而獲獎
1983	Ken Thompson（美）與Dennis M.Ritchie（美）	因在通用作業系統理論方面的突出貢獻，特別是對UNIX作業系統的推廣的貢獻而獲獎
1984	Niklaus Wirth（瑞士）	因開發了EULER、ALGOL-W、MODULA和PASCAL一系列嶄新的計算語言而獲獎
1985	Richard M.Karp（美）	因對演算法理論的貢獻而獲獎
1986	John E.Hopcroft（美）和Robert E.Tarjan（美）	因演算法及資料結構的設計和分析中所取得的決定性成果
1987	John Cocke（美）	因在物件導向的程式語言和相關的程式設計技巧方面的貢獻
1988	Ivan E.Sutherland（美）	因在計算機圖形學方面的貢獻而獲獎
1989	William V.Kahan（加拿大）	因在數值分析方面的貢獻而獲獎
1990	Fernando J.Corbato（美）	因在開發大型多功能、可實現時間和資源共享的計算系統，如CTSS和Multics方面的貢獻而獲獎
1991	Robin Milner（英）	因在可計算的函式邏輯(LCF)、ML和並行理論(CCS)這三個方面的貢獻而獲獎
1992	Butler Lampson（美）	因在個人分散式計算機系統方面的貢獻而獲獎
1993	Jurlis Hartmanis（美籍拉托維亞人）與Richard E.Stearns（美）	因奠定了計算複雜性理論的基礎而獲獎
1994	Raj Reddy（美籍印度人）與Edward Feigenbaum（美）	因對大型人工智慧系統的開拓性研究而獲獎
1995	Manuel Blum（美籍委內瑞拉人）	因奠定計算複雜性理論基礎和密碼術及程式校驗的貢獻
1996	Amir Pnueli（以色列）	因在中引入臨時邏輯和對程式及系統檢驗的貢獻而獲獎
1997	Douglas Engelbart（美）	因提出互動計算概念並創造出實現這一概念的重要技術
1998	James Gray（美）	因在資料庫和事務處理方面的突出貢獻而獲獎
1999	Frederick P. Brooks Jr. （美）	因對計算機體系結構和作業系統以及軟體工程做出了里程碑式的貢獻. 人月神話的作者
2000	Yao Andrew Chi-Chih 姚期智（首位美籍華人）	由於在計算理論方面的貢獻而獲獎，包括偽隨機數的生成演算法、加密演算法和通訊複雜性
2001	Ole-Johan Dahl（挪威）與Nygaard Kristen（挪威）	因他們在設計程式語言SIMULA I和SIMULA67時產生的基礎性想法，這些想法是物件導向技術的起源
2002	Ronald L. Rivest（美），Adi Shamir（以色列），Leonard M. Adleman（美）	國際上最具影響力的公鑰密碼演算法“RSA”的創始人。RSA即三位發明者姓氏的縮寫
2003	Alan Kay（美）	因發明第一個完全物件導向的動態計算機程式設計語言Smalltalk. 至理名言：預測未來的最好方法是創造它
2004	Vinton G. Cerf（美）與Robert E. Kahn（美）	由於在網際網路方面開創性的工作，這包括設計和實現了網際網路的基礎通訊協議TCP/IP，以及在網路方面卓越的領導
2005	Peter Naur（丹麥）	表彰他在設計Algol 60語言上的貢獻。由於其定義的清晰性，Algol 60成為許多現代程式設計語言的原型。在語法描述中廣泛使用的BNF正規化，其中的“N”便是來自Peter Naur的名字
2006	Frances E. Allen（美）第一位女性得主	表彰她對編譯器優化理論和實踐方面做出的開創性貢獻
2007	Edmund M. Clarke（美）, E. Allen Emerson（美）,Joseph Sifakis（法）	表彰他們三位在將模型檢測發展為硬體和軟體業中廣泛採用的高效驗證技術上的貢獻
2008	Barbara Jane Huberman Liskov（美）第二位女性得主	表彰她在程式語言和系統設計，特別是在資料抽象、容錯和分散式計算方面對實踐與理論基礎的貢獻
2009	Charles P. Thacker（美）	設計與實現了第一臺現代個人電腦Xerox Alto
2010	Leslie G. Valiant（英）	表彰他在機器學習理論及計算科學諸方面奠基性貢獻
2011	Judea Pearl（美籍以色列人）	在人工智慧領域基礎性貢獻，提出概率和因果性推理演演算法，徹底改變了人工智慧最初基於的規則和邏輯

首相的道歉（2009）

2009年8月英國電腦科學家格雷厄姆-卡明（John Graham-Cumming，1955-）發起“線上請願”，要求政府為圖靈平反，向圖靈道歉。他是牛津大學的數學與電腦科學學士和電腦保安的博士，是自由軟體運動的積極分子。他承認官方的正式道歉不太可能，因為圖靈已經沒有活著的親人。他表示請願的真正目的是象徵意義，艾倫•圖靈對現代世界有著難以想象的影響力，而同性戀偏見對於他的影響卻是如此的可怕。

2009年9月10日一份超過3萬人的請願簽名，使英國首相戈登•布朗（Gordon Brown）在《每日電訊報》撰文正式向艾倫•圖靈公開道歉。因為英國政府當年以同性戀相關罪名起訴圖靈並定罪，導致他自殺身亡。

首相的道歉宣告稱，“成千上萬的人走到一起要求為艾倫•圖靈尋求正義，要求承認對待他的方式是駭人聽聞的。雖然圖靈的審判是根據當時的法律，我們不能讓時光倒流，他的遭遇當然是完全不公正的，我很高興有機會能為他身上所發生的一切不公表達深深的歉意。圖靈和其他被定罪的同性戀者，因為同性戀法律而被判有罪是令人恐怖的。多年來，有數以百萬計的人生活在有罪的恐懼當中。我感到高興的是，那樣的日子已經一去不復返了……我代表英國政府和所有自由生活的人感謝圖靈的工作，我很高興說：我們錯了，對不起，您本應該得到更多獎賞。”

圖靈年（2012）

世界計算機界把2012年定為“圖靈年”（2012 The Alan Turing Year，A Centenary Celebration of the Life and Work of Alan Turing），由劍橋大學、普林斯頓大學、曼徹斯特大學以及ACM/IEEE等64個組織發起，安排了100項學術紀念活動。

其中有兩項在我國舉行：其一是5月16-21日在北京由中國科學院舉辦“計算模型的理論與應用國際會議”，主講人有圖靈獎得主姚期智、約翰•霍普克羅夫特、理查德•卡普、巴特勒•蘭普森，此外還有北京航天航空大學的李未院士、里茲大學的巴瑞•庫伯、康乃爾大學的克萊因伯格等。其二是12月4-7日在中國澳門舉行的“世界智慧代表大會”，它又分5個會議：IEEE/WIC/ACM Web Intelligence 2012 （WI'12）, IEEE/WIC/ACM Intelligent Agent Technology 2012（IAT'12）, Active Media Technology 2012（AMT'12）, Brain Informatics 2012（BI'12）以及Methodologies for Intelligent Systems 2012（ISMIS'12）。

本文以時間順序、傳記體裁，儘量把圖靈的真實故事呈現給讀者，敬請各位批評指正。

參考文獻：

1Alan Turing - Wikipedia, the free encyclopedia
2http://www.turing.org.uk/turing/scrapbook/run.html
[3] Andrew Hodges，Alan Turing: a short biography（全書為Alan Turing: the enigma.1995）
[4] Sara Stoney Turing，Alan M. Turing，1959（中譯本由劉二中、劉曉青譯，吳允曾校，北京，商務印書 館，1987）
[5] Gordon Brown，Treatment of Alan Turing was“appalling”，2009年9月10日
[6] 吳鶴齡、崔林，ACM圖靈獎（1966-2006），計算機發展史的縮影，北京，高等教育出版社，2000年8月第1版、2008年1月第3版
[7] 劉瑞挺，計算機大師風采錄，北京，中國鐵道出版社，2007年12月第1版
[8] 劉瑞挺，計算機名校風采錄，北京，中國鐵道出版社，2010年月第1版