Alan Turning: Από την κρυπτανάλυστη στην τεχνητή νοημοσύνη

Ο Alan Turing πέτυχε περισσότερα μέσα σε λίγες δεκαετίες από ό, τι μπορούσε κανείς να επιτύχει σε μια ζωή. Η ικανότητά του να φανταστεί το αδιανόητο και να θέτει τις υψηλές αυτές θεωρίες σε χαρτί και έπειτα στην πράξη, δείχνει έναν ιδιαίτερα πειθαρχημένο χαρακτήρα ικανό να γίνει ειδικός σε σχεδόν οτιδήποτε έχει ενδιαφέρον. Ο Turing προχώρησε από το να καταρτίσει ένα βασικό μοντέλο για όλους τους υπολογιστές για να σπάσει τις δομές των σύνθετων χημικών αντιδράσεων με αξιοζήλευτη ευκολία.

 

Σίγουρα δε βοήθησαν όλα τα επιτεύγματα του Turing το να κερδηθεί ο πόλεμος, όπως το Bombe, αλλά κάθε θεωρία ή εφεύρεση άνοιξε το δρόμο για τις γενιές των ερευνητών να αναπτύξουν, να προσαρμόσουν και να βελτιώσουν τις ιδέες του.

 

Παρακάτω θα βρείτε μερικές από τις σημαντικότερες συμβολές του Turing στη σύγχρονη επιστήμη πριν από τον τραγικό του θάνατο στις 7 Ιουνίου 1954 από την δηλητηρίαση με υδροκυάνιο, που λέγεται ότι συνδέεται με τη δίωξή του για τη σεξουαλικότητά του.

 

Bombe

 

Το 1940 και το 1941, γερμανικά σκάφη τύπου U αποδεκάτισαν τα συμμαχικά πλοία προμηθειών. Χιλιάδες πλοία του εμπορικού ναυτικού χάθηκαν κατά τη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου και ο Ουίνστον Τσόρτσιλ αργότερα έβαλε τα λόγια: "Το μόνο πράγμα που με φοβήθηκε ποτέ κατά τη διάρκεια του πολέμου ήταν ο κίνδυνος για τα σκάφη του ουρανού".

 

Μέχρι το 1943 η παλίρροια είχε μετατραπεί - ο Alan Turing είχε αναπτύξει το Naval Bombe, μια προσαρμογή της συσκευής αποκρυπτογράφησης, Bombe, ικανή να αποκαλύψει τα μυστικά του σύνθετου γερμανικού ναυτικού αίνιγμα. Ο Τσώρτσιλ θα σχολίαζε αργότερα ότι ο Turing είχε κάνει τη μεγαλύτερη συνεισφορά στη νίκη των συμμάχων στον πόλεμο.

 

Η πολυπλοκότητα του γερμανικού Enigma - μια ηλεκτρομαγνητική μηχανή που αντικατέστησε γράμματα απλού κειμένου με τυχαία γράμματα που επιλέχθηκαν σύμφωνα με τις ρυθμίσεις μιας σειράς δρομέων - έγκειται στο γεγονός ότι τα εσωτερικά στοιχεία του θα μπορούσαν να ρυθμιστούν σε δισεκατομμύρια διαφορετικούς συνδυασμούς, πράγμα που σημαίνει είναι σχεδόν αδύνατο να αποκωδικοποιήσετε το κείμενο χωρίς να γνωρίζετε τις αρχικές ρυθμίσεις.

 

Καθώς ο πόλεμος εξελισσόταν, ο γερμανικός στρατός πρόσθεσε περισσότερους ρότορες στο μηχάνημα, καθιστώντας τον ακόμα πιο περίπλοκο. Το πολωνικό γραφείο κρυπτογράφησης κατάφερε να εκμεταλλευτεί μια μηχανή Enigma και να αναπτύξει ένα πρωτότυπο πρωτότυπο του Bombe. Πέρασαν τις γνώσεις τους στη βρετανική νοημοσύνη. Ο Turing και ο συνάδελφός του, Gordon Welchman, έχτισαν την πολωνική μηχανή στο Bletchley Park. Το μηχάνημα αντιγράφει τους ρότορες του Enigma και θα ψάχνει μέσα από διαφορετικούς συνδυασμούς θέσεων δρομέων για να ελέγξει πιθανούς κρυφούς.

 

 

us_bombe_full.jpg

 

Υπολογιστής ACE

 

Προς το τέλος του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου, ο Τuring κατευθύνθηκε προς τη χώρα και το ερευνητικό κέντρο MI6 Hanslope Park, κοντά στο πάρκο Bletchley. Εδώ, είπε, "οικοδομούσε έναν εγκέφαλο". ένα σύστημα τόσο προηγμένο θα μπορούσε να υπολογίσει ολόκληρα μαθηματικά σενάρια για τους ερευνητές, αντί να βοηθήσει με την περίεργη εξίσωση.

 

Η ακριβής του παραδοχή θα οδηγούσε στην δημοσίευση στην εκτελεστική επιτροπή του Εθνικού Φυσικού Εργαστηρίου (NPL), το 1945, ενός χαρτιού για το ACE (Automated Computing Engine), το οποίο είχε αφαιρεθεί για να είναι υπερβολικά περίπλοκο και το κόστος του ήταν 11.200 δολάρια.

 

Η μνήμη του λειτούργησε πέρα από τις γραμμές καθυστέρησης υδραργύρου, με κάθε μία να μπορεί να αποθηκεύει δεδομένα έως 32 bit. Τριάντα πιλοτικά μοντέλα πωλήθηκαν, αλλά μέχρι το 1958 είχε κατασκευαστεί το πλήρες μέγεθος μοντέλο.

 

Ο βασικός σχεδιασμός του ACE του Turing θα χρησιμοποιηθεί στο MOSAIC (Υπουργείο Προμηθειών Αυτόματου Συστήματος και Υπολογιστών), που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των κινήσεων των αεροσκαφών κατά τη διάρκεια του Ψυχρού Πολέμου. Υπήρξε επίσης η βάση του Bendix G-15, που θεωρείται ο πρώτος προσωπικός υπολογιστής, ο οποίος ήταν προς πώληση μέχρι το 1970.

 

 

alan-turing-9-26-16-616x440.jpg

 

 

Η μηχανή του Turing

 

Παρόλο που ίσως είναι πιο γνωστό σήμερα για τις συνεισφορές του στην κωδικοποίηση, δεν είναι λιγότερο σημαντικές οι γνώσεις του Turing σχετικά με την έννοια της μηχανής Turing και την καθολική υπολογιστική ικανότητα.

 

Ο Turing πρότεινε (σε συνεργασία με τον επιβλέποντα διδάκτορα Alonzo Church) μια υποθετική μηχανή (το 1936) που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση οποιουδήποτε αλγοριθμικού υπολογισμού. Περισσότερο από ένα πείραμα σκέψης από κάτι που θα μπορούσε να κατασκευαστεί στην πραγματική ζωή, η μηχανή Turing θα τροφοδοτείται από ένα μακρύ κομμάτι ταινίας πάνω στο οποίο θα γράφονταν μονοσήμαντες οδηγίες. Το μηχάνημα θα μπορούσε να διαβάσει κάθε εντολή μία φορά, να το επεξεργαστεί σύμφωνα με κάποιον προκαθορισμένο κωδικοποιημένο αλγόριθμο και στη συνέχεια να μετακινήσει την ταινία προς τα πίσω ή προς τα εμπρός όπως είναι απαραίτητο.

 

 

Αυτό ήταν πρωτοποριακό υπό την έννοια ότι ήταν η πρώτη πρόταση για μια μηχανή με πολλαπλές λειτουργίες που καθορίστηκε από ένα πρόγραμμα που κρατήθηκε μέσα σε ένα κατάστημα μνήμης, παρά με φυσική αλλαγή της καλωδίωσης ή της δομής του μηχανήματος. Τα μηχανήματα Turing εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σήμερα στην επιστήμη των υπολογιστών ως εργαλείο έρευνας και διδασκαλίας, καθώς είναι ένας απλός τρόπος για να μοντελοποιήσουμε τι συμβαίνει σε μια CPU. Ο Τούρινγκ και η Εκκλησία μαζί υποθέτουν την ιδέα μιας καθολικής μηχανής Turing, μια μηχανή που θα μπορούσε να διαβάσει και να εκτελέσει οποιαδήποτε αλγοριθμική λειτουργία - δηλαδή μια μηχανή Turing που μπορεί να προσομοιώσει τις αλγοριθμικές λειτουργίες οποιασδήποτε άλλης μηχανής Turing. Το "Turing completeness" είναι πλέον ένα από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά των σύγχρονων υπολογιστών. το μόνο πρακτικό όριο σε αυτό το μηχάνημα είναι η ποσότητα της μνήμης που έχει.

 

 

Κρυπτογράφηση ομιλίας

 

Το κρακάρισμα που έκανε ο Turing στον κώδικα Enigma δεν ήταν η μόνη τεχνολογική πρόοδος του στο Bletchley Park. Επίσης, ανέπτυξε μια μέθοδο ασφαλούς κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης τηλεφωνικών συνομιλιών το 1944, βασιζόμενη στην εργασία που είχε δει στα Bell Labs στις ΗΠΑ το 1942. Ονομάστηκε "Delilah", δεν χρησιμοποιήθηκε ποτέ από την κυβέρνηση, αλλά ο Turing τράφηκε μερικά από τα έργα του πίσω στην Bell Labs καθώς ανέπτυξαν το SIGSALY - μια συσκευή που ήταν η πρώτη που χρησιμοποίησε πολλές ψηφιακά ασφαλείς έννοιες ομιλίας και η οποία χρησιμοποιήθηκε για τις πιο μυστικές επικοινωνίες των συμμάχων.

 

 

Μορφογένεση

 

 

Αν και μόλις άρχισε να δημοσιεύει σχετικά με το θέμα μέχρι τη στιγμή του θανάτου του το 1954 (και δεν ήταν μέχρι τη δεκαετία του 1990 το μεγάλο μέρος του έργου του δημοσιεύθηκε τελικά), οι συνεισφορές του Turing στη μορφογένεση εξακολουθούν να είναι σχετικές στον τομέα σήμερα. Η μορφογένεση είναι η διαδικασία με την οποία η πολυκυτταρική ζωή αναπτύσσει το σχήμα της καθώς μεγαλώνει και η εργασία του Turing το 1951,” Η Χημική Βάση της Μορφογένεσης” διερεύνησε πώς τα μη ομοιόμορφα βιολογικά χαρακτηριστικά (όπως οι λωρίδες σε ένα ζέβρα) θα μπορούσαν να προκύψουν από μια ομοιόμορφη αρχική κατάσταση μήτρα.

 

Ο Τuring γοητεύτηκε από τη δομή φυτικών πετάλων και σπόρων (phyllotaxis), και πώς φαίνονταν να τηρούν την ακολουθία του Fibonacci - ειδικά όσον αφορά στον ηλίανθο.

 

 

Χημεία και φυσική

 

Το έργο του Turing για τη μορφογένεση έχει επίσης εφαρμογές στη χημεία και στη φυσική. Ήταν από τους πρώτους που παρατήρησαν ότι τα χημικά συστήματα που είναι διαφορετικά σταθερά γίνονται αντιληπτά από τη διάχυση κάτω από ορισμένες συνθήκες - σε αυτά τα συστήματα "διάχυσης αντίδρασης", οι διαφωνίες διάχυσης με μεμονωμένες χημικές αντιδράσεις οδηγούν στο φαινόμενο παράδοξο του συνολικού συστήματος να γίνεται πιο περίπλοκο χρόνος.

 

Η ίδια διαδικασία που μπορεί να οδηγήσει σε κηλίδες και μοτίβα σε ζώα λειτουργεί επίσης σε μοριακό επίπεδο και κάποιοι θεωρούν το έργο του Turing για συστήματα διάχυσης αντιδράσεων ως μία από τις πρώτες εξελίξεις στο πεδίο της θεωρίας του χάους.

 

Πρόγραμμα σκακιού στον υπολογιστή

 

Το 1950, ο Turing έγραψε το πρώτο πρόγραμμα ηλεκτρονικού υπολογιστή σκακιού στο πλαίσιο της δουλειάς του για την τεχνητή νοημοσύνη.

Ονομάζοντας το "Turbochamp", προσπάθησε να το εφαρμόσει στο Ferranti Mark I του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ χωρίς επιτυχία. Αντ 'αυτού, το καλοκαίρι του 1952, "έπαιζε" ως πρόγραμμα εναντίον του φίλου και συναδέλφου του, Alick Glennie. Ο Turing θα εξέταζε κάθε κίνηση σύμφωνα με το πρόγραμμά του, παίρνοντας περίπου μισή ώρα κάθε φορά.

 

Ενώ απέδειξε ότι το Turbochamp ήταν ικανό να υποδύεται έναν άνθρωπο στο σκάκι, έχασε εναντίον της Glennie σε 29 κινήσεις Ήταν το 1957 πριν ξεκινήσει ένα πλήρως λειτουργικό πρόγραμμα σκακιού, το οποίο δημιούργησε ο Alex Bernstein στην IBM σε ένα IBM 704.