Тьюринг: человек, загадка и машина

Сейчас стать программистом, криптоаналитиком или бета-тестером не просто, а очень просто. А в начале прошлого века умным и трудолюбивым инженерам требовались годы на разработку операционных систем и компиляторов. Не одну бессонную ночь логисты и математики провели над созданием алгоритмов и способов их реализации. Одним из пионеров криптологии и информатики был Алан Мэтисон Тьюринг — человек-легенда, создавший основы современного постиндустриального социума.

Алан Тьюринг

Начало пути

Тьюринг родился в далеком 1912 году, 23 июня, в лондонской лечебнице Уоррингтон-Лодж. В мире было неспокойно — у Ньюфаундленда затонул «Титаник», в Китае Маньчжурская партия отошла от власти и воцарилось временное правительство, Турция объявила войну Болгарии и Сербии, а Карл Юнг написал свою знаменитую «Психологию подсознания».

Прошло время. Алан вырос, научился читать, и, как это обычно бывает, пошел в школу. К сожалению, умный и любознательный мальчик не проявлял никакого интереса к изучению Закона Божия, литературы и латыни. Зато он испытывал тягу к техническим наукам и в пятнадцать лет самостоятельно разобрался в теории относительности. Дирекция школы терпела долго, но однажды все-таки направила матери Тьюринга записку следующего содержания: «Ваш сын, видимо, хочет быть только научным специалистом. Может быть, математиком — такие ученики, как он, рождаются раз в 200 лет. Но что он вообще забыл в Public School?»

Но все же Алану удалось худо-бедно закончить это учебное заведение, после чего юноша поступил в Кембриджский институт, где занимался изучением квантовой физики и математики. В свободное время он ставил химические опыты и увлекался спортом — греблей и марафонским бегом, — а по утрам слушал детские радиопередачи. Четырехгодичное обучение Тьюринг закончил блестяще — и углубился в вопросы методологии решения задач.

Проблема зависания

Одна из задач, решение которой до сих пор не было найдено для машины Тьюринга, это так называемая «проблема зависания». Неформально она может быть поставлена в следующем виде:

Дано описание алгоритма и его начальные входные данные. Требуется определить, сможет ли его выполнение когда-либо завершиться или система будет работать без остановки (зависнет).

В 1936 году Алан Тьюринг доказал, что общего решения этой проблемы для любых входных данных и алгоритмов не существует.

Носки Алана Тьюринга

Во время работы в британском криптоаналитическом бюро Алана Тьюринга называли Bletchley Park genius loci (наиболее адекватным переводом будет «безумный ученый из Блетчли-парка). Он часто забывал надеть носки или повязать галстук, шлялся по тихим коридорам, погруженный в собственные мысли, а когда его о чем-нибудь спрашивали, мог оборвать разговор на половине фразы, подбежать к ближайшему столу, выхватить у сотрудника лист бумаги и начать быстро что-то на нем писать. Алан был грозой шарлатанов и карьеристов — он распознавал их с первого взгляда. А добросовестных работников он выматывал работой, зачастую требуя от них невозможного. Те мстили, придумывая многочисленные анекдоты о его чудачествах.

Алан Тьюринг

Машина Тьюринга

Большинство исследований Алана Мэтисона Тьюринга сводится к тому, что для решения любой проблемы не надо думать, и уж тем более — угадывать. Достаточно разработать определенный метод. Если механически следовать этому порядку действий, правильное решение можно будет получить гораздо быстрее. Тьюринг разработал свои собственные логические ходы и ввел понятие «определительного метода», который позже получил название «алгоритм».

В 1936 г. Алан построил логическую модель своей знаменитой машины Тьюринга. Надо сказать, что в те годы под словом Computer подразумевался человек, проводящий однообразные вычисления по определенным инструкциям. Например, так называли бухгалтеров, счетоводов и т.п. Идея Алана Тьюринга была в том, что для проведения подобных действий присутствие человека не требуется.

Машина Тьюринга — это очень простое вычислительное устройство. Она состоит из ленты бесконечной длины, разделенной на ячейки, и головки, которая перемещается вдоль ленты и способна читать и записывать символы. Также у машины Тьюринга есть такая характеристика, как состояние, которое может выражаться целым числом от нуля до некоторой максимальной величины. В зависимости от состояния машина Тьюринга может выполнить одно из трех действий: записать символ в ячейку, передвинуться на одну ячейку вправо или влево и установить внутреннее состояние.

Памятник Алану Тьюрингу в University of Surrey (Гилфорд)

Устройство машины Тьюринга чрезвычайно просто, однако на ней можно выполнить практически любую программу. Для выполнения всех этих действий предусмотрена специальная таблица правил, в которой прописано, что нужно делать при различных комбинациях текущих состояний и символов, прочитанных с ленты.

В 1947 г. Алан расширил определение, описав «универсальную машину Тьюринга». Позже для решения определенных классов задач была введена ее разновидность, которая позволяла выполнять не одну задачу, а несколько.

Война кодов и шифров

С началом Второй мировой войны Алан Тьюринг с головой ушел в секретную работу на британское криптоаналитическое бюро (Государственный институт кодов и шифров).

Его подход к проблеме не изменился — в то время как немецкие криптографы действовали по наитию, подходя к криптографии прежде всего как к искусству, Алан Тьюринг использовал научный и алгоритмический подход, основанный на статистическом анализе данных. Как сказал позже безвестный сотрудник бюро, «Тьюринг дал возможность взламывать шифры не только гениям, превратив интуитивную работу на ощупь в планомерное движение к цели».

Конечно же, все получилось далеко не сразу — понадобилось более года кропотливой работы, а также помощь польских математиков, чтобы взломать криптографическую икону фашистской германии — трехдисковый шифратор «Энигма». Для этих целей ученые сконструировали собственную узкоспециализированную вычислительную машину, которую окрестили «Бомба». И начиная с 1940 г. британские спецслужбы получили возможность расшифровывать все сообщения Люфтваффе. Для успешного взлома нужно было угадать 5-9 слов изначального сообщения, что обычно не составляло труда — немцы имели обыкновение начинать свои рапорты туманными расшаркиваниями в адрес вышестоящих чинов, а также включать в конец письма словосочетание «Хайль Гитлер». В 1941 г. появилась возможность взлома и более сложных шифрограмм, которыми обменивался немецкий флот, — дело было поставлено на поток, и зачастую приказы немецкого командования оказывались у британцев раньше, чем доходили до прямого адресата.

Трехдисковый шифратор «Энигма»

Электронная вычислительная машина «Колосс»

Нераскрытыми оставались лишь шифры подводных лодок, которые использовали усовершенствованную систему U-Board Enigma. И союзники ничего не могли с этим поделать — вычислительных мощностей и гибкости у «Бомбы» для этого взлома не хватало.

Тогда Алан Тьюринг принялся за разработку электронной вычислительной машины. В 1942 г. «Колосс» (Colossus) был готов, и британцы начали получать доклады немецких субмарин. А в 1945 г., перед самой победой, был взломан Fish — секретный шифр немецкого командования.

Благодаря помощи Алана Тьюринга британское криптоаналитическое бюро стало одним из самых результативных. Конкуренцию ему могли составить разве что американские и советские службы. Полученные разведданные помогли спасти сотни тысяч человеческих жизней и в значительной мере повлияли на исход Второй мировой войны.

Компьютерный интеллект

Закончилась война. На тот момент у Тьюринга был такой послужной список, что он мог спокойно удалиться от дел и весь остаток жизни почивать на лаврах. Однако Алан продолжил свои научные изыскания и принялся за доработку концепции машины Тьюринга. Военный опыт показал низкую эффективность специализированных вычислительных машин вроде «Бомбы». В Национальной физической лаборатории, где Тьюринг трудился с 1945 по 1948 г., он предложил амбициозный проект автоматической вычислительной машины (Automatic Computation Engine), который, впрочем, так и не был реализован — Тьюринг всегда обращал достаточно мало внимания на физическое воплощение своих детищ, удовлетворяясь принципиальным доказательством возможности их создания.

В 1950 г. он опубликовал свою знаменитую статью под названием «Может ли машина думать?» (Can the machine think?). В ней Тьюринг рассмотрел два основополагающих определения — «машина» и «мыслить». Но если размышления ученого по первому пункту были актуальны лишь для его современников, то разработанный Тьюрингом критерий разумности вычислительных систем используется до сих пор.

Для выявления электронного интеллекта он предложил так называемую «игру в имитацию». Изначально ней участвуют три человека — мужчина, женщина и судья. Последний отделен от двух других стенами комнаты, все общаются посредством телеграфной связи (чтобы исключить узнавание по голосу). Цель задающего вопросы состоит в том, чтобы выяснить, кто из остальных участников является женщиной, а кто — мужчиной. Цель игры для женщины — помочь судье, а для мужчины — сбить его с толку.

Следующим шагом было заставить отвечать на вопросы машину вместо мужчины. Будет ли в этом случае задающий вопросы ошибаться столь же часто, как и при игре, где участниками являются только люди? Алан Тьюринг прогнозировал, что в ходе пятиминутного теста компьютер с памятью около 126 Мб сможет обмануть человека в 30% случаев.

После этой статьи многие ополчились на Тьюринга. Особенно резко отреагировали представители церкви — ведь существование мыслящей машины опровергало тезис о непознаваемости человеческого разума.

В научных и творческих кругах идею Тьюринга также приняли в штыки. Так, например, профессор Джефферсон утверждал, что до тех пор пока машина не напишет сонет или музыкальное произведение, движимая лишь собственными эмоциями, а не правилами генерации, — он не поверит в ее разумность. На это сам Тьюринг отвечал, что далеко не все люди умеют писать сонеты, а если «музыкальное произведение не будет отличаться от созданного душой, то какая, к черту, разница?»

«И лишь в одном случае нельзя будет построить мыслящую машину, — писал в своей статье Тьюринг, — если человеческое общение основано на психокинезе и способности к прорицанию. В этом случае науке просто предстоит изучить подобные явления и смоделировать их».

Разумность современности

Однако пока планы Алана Тьюринга еще не воплощены в жизнь полностью. Конечно, современные компьютеры с успехом преодолели барьер в 126 Мб памяти. Существует великое множество чат-ботов, которые довольно продолжительное время способны поддерживать вполне разумную беседу. Наиболее известной программой, еще в 1960-х годах показавшей реальную возможность прохождения подобного теста, стала легендарная ELIZA. Она была создана в 1966 г. Виноградовым, Колби и Вейнцбаумом. Приложение находило во фразе ключевые слова (например, «дом»), и механически выдавала шаблонную просьбу, вроде «расскажите поподробнее о вашем доме, он большой?» Позже на ее основе был создан более совершенный вариант под названием «Психотерапевт».

Подобные программы постоянно совершенствовались, и в 1991 году был проведен первый турнир по прохождению теста Тьюринга — за победу в нем полагался приз в 100 тысяч долларов и золотая медаль.

Первый турнир дал ошеломляющие результаты. Около половины судейской коллегии решили, что программа Therapist, созданная Джозефом Вейнтрабом на основе ELIZA, является человеком. Конечно, на руку программисту во многом сыграло то, что эксперты относились к подобным ботам предвзято и скептически, считая, что они общаются на гораздо более примитивном уровне. В дальнейшем судьи освоились с компьютерной манерой общения.

В 2001 г. утешительный приз за человекоподобие достался программе ALICE Ричарда Уоллеса, которая смогла убедить более 30% судей в своей немашинной природе. В последнее время о конкурсе, к сожалению, почти ничего не слышно, однако любой желающий может пообщаться с ALICE на сайте .

До сих пор остается открытым вопрос, насколько адекватно тест Тьюринга определяет разумность машины. Все зависит от точки зрения. В сегодняшней его интерпретации он позволяет оценить лишь имитационные способности программы — то есть насколько хорошо она притворяется человеком. Дело в том, что Алан задал для своего теста достаточно жесткую формулировку (общение «мужчина—женщина») и слепой тест (то есть сравнение человекоподобия двух пар). Сегодня же тесты проводят на определение «человек—машина», и это значительно облегчает работу судей.

Но это еще полбеды. Дело в том, что все программы вроде ALICE и ELIZA — узкоспециализированны. Их можно сравнить с той самой «Бомбой», которая была предназначена только для взлома кодов. Стоит учесть, что во времена Алана Тьюринга понятия «машина» и «алгоритм» еще не были столь сильно дифференцированы — посему ученый, скорее всего, имел в виду, что для того, чтобы быть разумным, компьютер должен уметь проходить тест Тьюринга помимо других задач.

Обратный тест Тьюринга

На сегодняшний день немалое практическое значение приобрел так называемый «обратный тест Тьюринга», то есть возможное подтверждение компьютерной природы субъекта. Думаю, все неоднократно сталкивались с такими проверками во время регистрации на форумах или в бесплатных почтовых службах. Для этого используется некий набор букв на картинке, который нужно ввести в наборном поле. Чтобы затруднить автоматическое распознавание образов, символы искажаются, на изображение добавляется цветной шум. Конечно, теоретически такие системы поддаются взлому, но программисту достаточно слегка изменить алгоритм преобразования символов, и хакеру придется переделывать систему распознавания образов — игра попросту не стоит свеч. Отступая от темы искусственного интеллекта, скажу, что существует чрезвычайно простой и изящный (но очень трудоемкий) способ обхода подобной защиты. Для взлома применяется сайт с большим количеством посетителей (в этом отношении особенно перспективны китайские файловые хранилища), в котором каждому пользователю для проведения определенных операций предлагается пройти тест Тьюринга, картинки для которого берутся с атакуемого портала.

Печальный финал

Тьюринг был настоящим трудоголиком — в Манчестере он разрабатывал программы для одного из первых полноценных компьютеров МАРК-1, писал многочисленные статьи, выступал с лекциями. Мысль его летела быстрее прогресса — тогда же им был разработан и алгоритм электронного шахматного партнера, который, к сожалению, так и не был воплощен — для этого в ЭВМ тех лет попросту не хватало памяти. Тьюринг продолжал сотрудничать и с шифроаналитическим бюро — на этот раз под прицел попали коды советской резидентуры.

Как ни печально, громкий скандал положил конец блестящей карьере ученого. В 1952 г. обворовали квартиру Тьюринга, и в ходе расследования полиция выяснила, что кражу совершил друг его любовника. Алан никогда не скрывал своей нетрадиционной ориентации, однако и не афишировал, поскольку британское общество тех лет крайне негативно относилось к гомосексуальным отношениям.

Скандал получил широкую огласку — и 30 марта 1953 года состоялся судебный процесс, на котором Тьюринг был обвинен в мужеложстве. На выбор ему было предложено два приговора — либо заключение в тюрьме, либо подавление либидо с помощью инъекций женского гормона эстрогена. Ученый выбрал второе.

Последствия суда были катастрофическими — Алана Тьюринга уволили из шифроаналитического бюро и Манчестерского университета. Правда, потом ему все-таки вернули возможность преподавать. Тем не менее ученый до 1954 г. прожил в затворничестве, играя в свою любимую игру «Необитаемый остров», которая заключалась в получении всевозможных химических веществ из популярных продуктов. 8 июня 1954 года Алан Мэтисон Тьюринг был найден мертвым в своем доме — отравился цианидом. Яблоко, начиненное этой отравой, лежало рядом на ночном столике. До сих пор точно не известно, было ли это самоубийством или Тьюринга погубили завистники.

«Здесь родился Алан Тьюринг — взломщик кодов и пионер информатики» — гласит мемориальная доска на стене бывшей больницы Уоррингтон Лодж. Но гораздо лучшим памятником ученому стал весь наш современный информационный мир — если бы не труд «сумасшедшего из Блетчли-парка», он был бы совсем иным, и наверняка гораздо менее интересным.

Боты и чаты

Большинство создаваемых ботов имитируют диалоги психологов, католических священников или душевнобольных. Неудивительно — именно такие разговоры наиболее предсказуемы. В свое время на последнем курсе института мы занимались написанием подобных программ на LISP и стравливали их. Ответы на вопросы по ключевым словам набирались из базы данных форума Бауманского университета, . Вот один из примеров диалогов (первая программа — сокурсника, «Психолог», вторая — моя лично, «Студент в сессию»).

— Привет! Как дела?

— Все плохо. Времени ни на что не хватает.

— Ты уверен, что тебе действительно плохо? Может быть, это просто твое воображение?

— Да ты даже не знаешь, что такое плохо! Мне вот просто хана! Как ты можешь это понять?

— Давай попробуем об этом поговорить.

— Я не хочу ни о чем говорить! Диплом писать некогда, на работе верстку потеряли!

— Диплом — это сложно.

— Я тебя ненавижу.

— Ненависть нужно учиться вытравливать из сердца.

— Ты вообще понимаешь, о чем ты говоришь? Ты что, обкурился?

И хотя серьезного успеха в обмане судьи подобные простые программы достичь не могли, возможности современных имитационных техник они тем не менее демонстрировали. Не правда ли, не слишком отличается от стандартных диалогов в ICQ?






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.