مروری بر زندگی‌نامه و بیوگرافی آلن تورینگ؛ پدر علم کامپیوتر و هوش مصنوعی

آلن تورینگ با نام کامل آلن ماتیسین تورینگ (Alan Mathison Turing)، ریاضی‌دان و منطق‌دان انگلیسی بود که توانست نقش مهمی در پیشرفت ریاضیات، رمزنگاری، منطق، فلسفه و زیست شناسی ریاضی، ایفا کند. وی در ادامه نیز در رشته‌های جدید همانند علوم کامپیوتر، علوم شناختی، هوش مصنوعی و زندگی مصنوعی توانست که تأثیر بسزایی از خود به جای بگذارد. تورینگ متولد 2 تیر 1291 (23 ژوئن 1912 میلادی) لندن انگلستان است و در 17 خرداد 1333 (7 ژوئن 1954 میلادی) در ویلمزلو چشایر، دار فانی را وداع گفت. در ادامه این مطلب قصد داریم که مروری داشته باشیم بر بیوگرافی آلن تورینگ؛ پدر علم کامپیوتر، با ما همراه باشید.

اوایل زندگی حرفه‌ای و شخصی

بیوگرافی آلن تورینگ را با اوایل زندگی شخصی وی آغاز می‌کنیم. آلن پسر یک کارمند دولتی بود و در یک مدرسه سطح بالای خصوصی به تحصیل پرداخت. وی در سال 1931 در رشته ریاضی وارد دانشگاه کمبریج شد. وی پس از فارغ‌التحصیل شدن در سال 1934، به پاس پژوهش‌هایش در زمینه نظریه احتمالات، به عضویت کالج کینگ درآمد (همان کالجی که از سال 1931 در آن تحصیل کرده بود). در سال 1936، منطق‌دان ریاضی آمریکایی، آلونزو چرچ (Alonzo Church) به تورینگ پیشنهاد داد که مقاله “در رابطه با اعداد قابل محاسبه، به همراه راه‌کاری جهت رفع مشکل تصمیم‌گیری” را منتشر کند. خود چرچ نیز کمی پیش‌ از آن، مقاله‌ای با همان نتیجه منتشر کرده بود، اما با روشی متفاوت. مقاله تورینگ در ادامه اهمیت زیادی برای علوم نوظهور کامپیوتر پیدا کرد. در آواخر همان سال نیز تورینگ جهت اخذ دکترای خود در زمینه منطق ریاضی و تحت راهنمایی چرچ، وارد دانشگاه پرینستون شد (اتمام در سال 1938).

مشکل تصمیم‌گیری

چیزی که ریاضی‌دان‌ها در آن زمان آن را یک روش کارآمد جهت رفع مشکلات می‌دانستند، روشی بود که امکان به‌کارگیری آن توسط منشی‌های ریاضی انسانی، وجود می‌داشت. در زمان تورینگ این افراد را کامپیوترها یا همان محاسبه‌گرها می‌نامیدند. مدتی پس از آن زمان، به ندرت برخی از وظایف از دوش انسان‌ها برداشته شد و به کامپیوترهای الکتریکی محول گردید. مقاله مشکل تصمیم‌گیری در واقع روشی کارآمد جهت حل این مسئله بود که کدام یک از گزاره‌های ریاضی در داخل یک سیستم ریاضی مشخص، قابل اثبات هستند و کدام یک نیستند. راه‌کاری که این قضیه را حل می‌کرد، روش تصمیم‌گیری نامیده می‌شد. در سال 1936، تورینگ و چرچ به‌صورت جداگانه و مستقل از هم نشان دادند که مشکل تصمیم‌گیری در واقع راه‌حلی ندارد. این قضیه این را اثبات می‌کرد که هیچ سیستم رسمی و مشخص حسابی وجود ندارد که بتواند روش تصمیم‌گیری کارآمدی را ارائه دهد. در حقیقت تورینگ و چرچ اثبات کردند که حتی برخی از سیستم‌های منطقی محض نیز که ضعیف‌تر از سیستم‌های حسابی هستند، راه‌کاری مؤثر را در این زمینه ارائه نمی‌دهند. چنین نتایجی به همراه یافته‌های ناقص ریاضی‌دانانی همانند کورت گودل (Kurt Gödel)، امیدها را در زمینه پیدا کردن سیستم ریاضی مشخصی که بتواند بار محاسباتی موجود بر دوش کامپیوترهای انسانی را کاهش دهد، از بین برد. تورینگ در مدتی که بر روی مقاله مشکل تصمیم‌گیری خود کار می‌کرد، ماشین تورینگ را اختراع کرد. این ماشین در واقع یک دستگاه انتزاعی بود که اصول منطقی و پایه‌ای کامپیوترهای دیجیتال را در خود جای داده بود.

قضیه چرچ-تورینگ

نکته مهمی که در مقاله مشکل تصمیم‌گیری وجود داشت این بود که هر چیزی که توسط انسان‌ها قابل محاسبه باشد، می‌تواند توسط یک ماشین تورینگ نیز انجام شود. امروزه این را قضیه چرچ-تورینگ می‌نامند. این ادعا از آنجایی حائز اهمیت است که می‌تواند محدودیت‌های محاسباتی انسان‌ها را مشخص کند. چرچ در تز خود این نظریه را به کار می‌برد که همه عملکردهای قابل محاسبه انسان، با عملکردهای قابل تعریف لامبدا (عملکرد بر روی اعداد صحیح مثبتی که مقادیر آن‌ها با استفاده از یک فرایند جایگزینی مکرر، قابل محاسبه بوده)، یکسان هستند. تورینگ در سال 1936 نشان داد که قضیه چرچ با قضیه وی برابر است، زیرا هر تابع قابل تعریف با لامبدا، از طریق ماشین تورینگ نیز قابل محاسبه است و بالعکس. چرچ در طول بررسی کار تورینگ متوجه شد که فرمول‌بندی آلن بر قضیه وی (که هیچ اشاره‌ای به ماشین‌های محاسباتی نکرده بود) برتری دارد. در نهایت نیز نتیجه این شد که مفهوم محاسبه از طریق دستگاه تورینگ، این مزیت را دارد که شناسایی را با اثربخشی … فورا آشکار کند.

کد شکن (Code breaker)

بیوگرافی آلن تورینگ را با بحث در رابطه با کدشکن‌ها ادامه می‌دهیم. تورینگ در تابستان 1938 از ایالات متحده به کالج کینگ بازگشت و سپس به Government Code and Cypher School پیوست و در بحبوحه جنگ با آلمان نازی در سپتامبر 1939، به مقر زمان جنگ این سازمان در بلچلی پارک بکینهگامشایر، نقل مکان کرد. چند هفته پیش از این موضوع، دولت لهستان جزئیاتی را در رابطه با موفقیت‌های خود در زمینه مقابله با انیگما (Enigma)، در اختیار بریتانیا و فرانسه قرار داده بود.

انیگما دستگاه زمرنگاری اصلی بود که توسط ارتش آلمان جهت رمزنگاری ارتباطات رادیویی، مورد استفاده قرار می‌گرفت. در اوایل 1932، تیم کوچکی از ریاضی‌دانان-رمزنگاران لهستانی به رهبری ماریان رجوسکی (Marian Rejewski)، توانسته بودند که به درکی از سیستم سیم‌کشی داخل انیگما، دست پیدا کنند. تیم رجوسکی در سال 1938 موفق به اختراع یک دستگاه کد شکن به نام Bomba (کلمه لهستانی برای اشاره به نوعی از بستنی) شد. موفقیت Bomba به فرایندهای عملیاتی آلمانی‌ها وابسته بود و به دلیل تغییر این فرایندها در مه 1940، این دستگاه نیز بلا استفاده شد.

در طول پاییز 1939 و بهار 1940، تورینگ و سایرین دستگاه کد شکن مرتبط اما متفاوت‌تری به نام Bombe را ابداع کردند. در طول مابقی دوران جنگ، این دستگاه کمک‌های زیادی را به متفقین ارزانی داشت. تا اوایل 1942، رمزنگاران بلچلی پارک در هر ماه حدود 39000 پیام رهگیری شده را رمزگشایی می‌کردند، این عدد در ادامه به بیش از 84000 مورد در هر ماه افزایش یافت (2 پیام در هر دقیقه، روز و شب). در 1942، تورینگ روشی نظام‌مند جهت شکستن پیام‌های ارسال شده از جانب ماشین سایفر پیچیده آلمانی‌ها که بریتانیایی‌ها آن را Tunny می‌نامیدند، ابداع کرد. در پایان جنگ آلن تورینگ به دلیل خدمات خود در زمینه شکستن کدها، نشان امپراتوری بریتانیا را به دست آورد.

طراح کامپیوتر

بخش مهمی در بیوگرافی آلن تورینگ وجود دارد و آن طراحی اولین کامپیوتر است. در سال 1945 که جنگ تمام شد، تورینگ در آزمایشگاه فیزیک ملی (NPL) در لندن به کار گرفته شد تا بر روی ساخت یک کامپیوتر الکتریکی کار کند. موتور محاسبه خودکار (ACE) وی در واقع اولین پروژه‌ای بود که مشخصه یک کامپیوتر دیجیتال همه‌کاره با برنامه ذخیره شده الکترونیکی را به همراه داشت. اگر کارها مطابق میل تورینگ پیش می‌رفت، آنگاه دستگاه ACE بیش از هر کامپیوتر ابتدایی دیگری، حافظه می‌داشت و همچنین سریع‌تر نیز بود. به هر حال همکاران وی در NPL فکر می‌کردند که مهندسی چنین دستگاهی بسیار دشوار است و به همین دلیل، یک نسخه بسیار کوچک‌تر از آن به نام Pilot Model ACE در سال 1950 ابداع شد.

در هر صورت NPL شانس قهرمانی در ماراتن اولین کامپیوتر دیجیتالی مجهز به برنامه‌ ذخیره شده الکترونیکی را از دست داد و این عنوان در ژوئن 1948 به آزمایشگاه Royal Society Computing Machine در دانشگاه منچستر رسید. در ادامه تورینگ نیز که از این قضیه دلسرد شده بود، خود در آن سال، سمت قائم مقام مدیریت آزمایشگاه Computing Machine را برعهده گرفت (در آنجا مدیری وجود نداشت). ایده مفهومی وی در رابطه با ماشین تورینگ در واقع از ابتدا الهام‌بخش پروژه کامپیوتر دانشگاه منچستر بود. پس از ملحق شدن تورینگ به منچستر، مسئولیت اصلی وی این بود که از طریق فناوری بلچلی پارک، یک سیستم ورودی-خروجی و همچنین سیستم برنامه‌نویسی متناسب با آن را طراحی کند. تورینگ همچنین اولین راهنمای برنامه‌نویسی تاریخ را نوشته و سیستم برنامه‌نویسی وی در Ferranti Mark I که اولین کامپیوتر دیجیتال الکترونیکی قابل فروش بود (1951)، مورد استفاده قرار گرفت.

پیشگام در زمینه هوش مصنوعی

در ادامه بیوگرافی آلن تورینگ به تأثیر وی در زمینه هوش مصنوعی می‌رسیم، قضیه‌ای که امروزه نقش بسیار پررنگی در زندگی ما دارد. آلن تورینگ را می‌توان پدر هوش مصنوعی و علوم شناختی جدید به حساب آورد. همچنین وی یکی از نمایندگان این نظریه بود که مغز انسان تا حد زیادی یک ماشین محاسبه دیجیتال است. وی استدلال می‌کرد که قشر مغز انسان در هنگام تولد، یک ماشین سازمان نیافته است و به مرور زمان در نتیجه تمرین، سازماندهی شده و به یک ماشین همه‌کاره و یا چیزی مشابه آن تبدیل می‌شود. تورینگ معیاری را ارائه داده بود که در ادامه به تست تورینگ شهرت یافت و از آن جهت پاسخ به این پرسش استفاده می‌شد که آیا یک کامپیوتر مصنوعی در حال فکر کردن است یا خیر؟ (1950).

سال‌های آخر عمر

بیوگرافی آلن تورینگ را با بحث در رابطه با سال‌های آخر زندگی وی، پایان می‌دهیم. آلن تورینگ در مارس 1951 به‌ عضویت انجمن سلطنتی لندن درآمد. با این حال، زندگی وی چندان آسان پیش نمی‌رفت. در مارس 1952، تورینگ به دلیل همجنسگرایی محکوم شد. در آن زمان همجنسگرایی در بریتانیا جرم بود و در نتیجه این قضیه تورینگ به 12 ماه هورمون تراپی حکم داده شد. اکنون با وجود سوابق قضایی، وی دیگر نمی‌توانست که در GCHQ یا همان ستاد ارتباطات دولت (مرکز کدگشایی پسا جنگی دولت بریتانیا)، کار کند.

تورینگ مابقی عمر کاری خود را به‌عنوان دانشیار تئوری محاسبات در منچستر (از مه 1953) گذراند. آلن تورینگ از سال 1951 بر روی چیزی کار می‌کرد که اکنون ما به آن زندگی مصنوعی می‌گوییم. وی در سال 1952 “مباحث پایه‌ای شیمی مورفوژنز” را منتشر کرد. در این مقاله وی جنبه‌های پژوهش خود در زمینه توسعه فرم و الگوهای زندگی موجودات زنده را توصیف می‌کند. تورینگ با استفاده از کامپیوتر Ferranti Mark I دانشگاه منچستر، به مدل‌سازی مکانیسم شیمیایی فرضی خود جهت ایجاد ساختار تشریحی در حیوانات و گیاهان، پرداخت.

در میانه این پروژه پیشگامانه، جسد تورینگ در حالی که توسط سیانید مسموم شده بود، در تختش پیدا شد. حکم اصلی خودکشی بود، اما هیچ انگیزه‌ای در تحقیقات 1954 پیدا نشد. اغلب مرگ وی را به هورمون درمانی که وی پس از محکوم شدن به همجنسگرا بودن دریافت کرده بود، نسبت می‌دهند. این در حالی است که این حادثه پس از گذشت بیش از یک سال از پایان هورمون درمانی وی، رخ داده بود. در هر صورت تورینگ سرسخت آن درمان‌های بی‌رحمانه را به شیوه‌ای که دوست نزدیکش پیتر هیلتون (Peter Hilton) “استحکام سرگرم‌کننده” می‌نامید، تحمل کرده بود.

حال اگر بخواهیم که با استناد به اسناد تحقیق قضاوت کنیم، آنگاه باید بگوییم که نه قصد خودکشی در کار بوده و نه اینکه تعادل ذهنی تورینگ مختل شده بود (همان‌طور که پزشکی قانونی می‌گفت). در حقیقت وضعیت ذهنی وی در آن زمان به نظر عادی بوده است. هر چند که بازهم با این اوصاف نمی‌توان احتمال خودکشی را رد کرد. البته این احتمال نیز وجود دارد که این قضیه، صرفا یک اتفاق بوده باشد، زیرا به هر حال امکان استنشاق بخار سیانید از آزمایشگاه کوچک تورینگ که در نزدیکی تخت خوابش قرار داشت، وجود دارد. در این رابطه احتمال قتل توسط سرویس مخفی نیز وجود دارد، به هر حال در هنگام محکوم شدن تورینگ به همجنسگرایی که در آن زمان تهدیدی علیه امنیت ملی محسوب می‌شد، وی اطلاعات زیادی را در رابطه با رمزگشایی در اختیار داشت.

تا اوایل قرن 21، محکوم کردن تورینگ به‌ دلیل همجنسگرا بودن، بسیار مورد انتقاد قرار گرفته بود. در سال 2009 نخست وزیر وقت انگلستان یعنی گوردون براون به نیابت از دولت بریتانیا به خاطر درمان ناعادلانه و بی‌رحمانه آلن تورینگ، عذرخواهی کرد. 4 سال بعد ملکه الیزابت دوم به تورینگ عفو سلطنتی داد!