阿兰·图灵的故事

20世纪70年代，英国政府的绝密文件透露出来。通过这个文件，人们知道了世界上最早投入使用的电子计算机有可能不是ENIAC，而是与英国数学家图灵(Alan Truing，1912—1954年)(图2－4)有关的机器。

图2—4　阿兰·图灵

第二次世界大战爆发后，英国军事情报部门对纳粹德国的“谜”一筹莫展。“谜”(Enigma)是一种密码电报机，由德国人在第一次世界大战和第二次世界大战之间研制成功。“谜”能把日常语言变为代码，通过无线电或电话线路秘密传送。它是一个木箱子，配有一台打字机，箱上有26个闪烁不停的小灯泡，与打字机键盘的26个字母相对应。“谜”的设计无懈可击，有一套极精密的解码设置，非一般的电报密码所能比拟，正因为它具有这样的特性，所以才会得到“谜”这个称号。

此时旅居美国的图灵回到自己的祖国，在英国外交部通信部门工作，作战时他主要负责破译密码的研究工作。图灵果然不负众望，他成功破译了“谜”。战争期间，法西斯德国的轰炸机一批接一批飞越英吉利海峡，对英国的伦敦和其他城市实施狂轰滥炸。可是德国的飞行员不止一次地发现，他们所轰炸的目标早已经撤退一空，而英国隐蔽的高射炮群已经把炮口对准了他们的机身。德国军队最高统帅部怀疑，一定有英国的高级间谍潜入德军大本营，盗取了他们的通讯密码，万万没有想到这个“高级间谍”却是一位住在英国本土的数学家。图灵发明了一台有1500个电子管的密码破译机(图2－5)，而德国人还蒙在鼓里，以为他们的“谜”能一直“谜”下去，照用不误，泄漏了大量的核心机密，在战事上屡屡遭挫。人们认为，很可能这台破译机才是世界上最早的计算机。战后，图灵被授予帝国勋章。至于图灵如何破译“谜”的，由于英国政府具有严格的保密法令，一直没有公之于世。所以，图灵破译“谜”也成为一个“谜”。

图2—5　解码器

图灵是一位天才。他16岁时开始研究爱因斯坦的相对论。1931年，图灵进入剑桥大学，开始研究量子力学、概率论和逻辑学。这一逻辑学不是哲学史上的逻辑学，而是由剑桥大学的怀特海和罗素创立的数理逻辑。图灵在数理逻辑大本营的剑桥大学提出一个设想:能否有这样一台机器，通过某种一般的机械步骤，能在原则上一个接一个地解决所有的数学问题。1936年，图灵发表了一篇著名的论文《论数字计算在判决难题中的应用》，他提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置，用它来计算所有能想象得到的可计算函数，它由一个控制器和一根假设两端无界的工作带组成。工作带起着存储器的作用，它被划分为大小相同的方格，每一格上可书写一个给定字母表上的符号。控制器可以在带上左右移动，控制带有一个读写头，读写头可以读出控制器访问的格子上的符号，也能改写和抹去这一符号。这一装置只是一种理想的计算模型，或者说是一种理想中的计算机，这就是电脑史上与“冯·诺依曼机”齐名的“图灵机”。“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种思想模型，它由三部分组成:一条带子、一个读写头和一个控制装置，它能计算出任何给定的计算，也能执行任何可能的任务。图灵的这一思想实际上奠定了现代计算机的基础，电脑事实上就是用相应的程序来完成任何设定好的任务的。同年，图灵赴美在普林斯顿高等研究院进修时遇见了冯·诺依曼，后者对他的论文非常赞赏。冯·诺依曼后来一再强调，他的“存储程序”的思想主要来自图灵。正如飞机的真正成功得益于空气动力学一样，计算机由模拟计算向数字计算的飞跃中，图灵的理论起了至关重要的作用。