بیوگرافی آلن تورینگ، پدر هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر مدرن

آلن متیسون تورینگ (Alan Mathison Turing) دانشمند بریتانیایی متولد قرن بیستم است. تورینگ را می‌توان با القابی مانند دانشمند علوم کامپیوتر، ریاضی‌دان،‌ استاد منطق و فلسفه، تحلیل‌گر رمز و زیست‌شناس ریاضیاتی شناخت. تحقیقات این دانشمند بزرگ را می‌توان پایه و اساس علوم کامپیوتر مدرن دانست. نتایج تحقیقات او، مبنا و مفهوم‌هایی از الگوریتم و پردازش را به کمک ماشین مخصوصش یعنی ماشین تورینگ، توصیف کرد. ماشین تورینگ (Turing Machine) را می‌توان اولین نسل از کامپیوترهای امروزی دانست.

آلن تورینگ در خلال جنگ جهانی دوم برای انگلستان و جبهه‌ی متفقین فعالیت می‌کرد. او در یک مرکز آموزشی رمزنگاری تعلیم دیده و در پروژه‌ای برای رمزگشایی ارتباط نیروهای دریایی نازی‌ها نقش مدیر را برعهده داشت. هدف اصلی تیم تحت رهبری او، رمزگشایی پیام‌های ماشین معروف آلمانی‌ها با نام انیگما بود. روش‌هایی که تورینگ و تیمش در این پروژه ابداع کردند، سرعت رمزگشایی پیام‌های این ماشین را افزایش داده و موجب موفقیت‌های زیادی برای ارتش متفقین در جنگ جهانی دوم شد. این پیروزی‌ها، جان میلیون‌ها نفر را در این جنگ خانمان سوز نجات داد.

آلن تورینگ پس از جنگ نیز به مطالعات و فعالیت‌های خود پیرامون علوم کامپیوتر ادامه داد. او در این زمان به علوم زیست ریاضیاتی علاقه‌مند شده و مقالاتی را در زمینه‌های ریخت‌زایی و واکنش‌های ساعتی شیمیایی منتشر کرد. آلن تورینگ در سال ۱۹۵۲ به خاطر گرایش‌های خاص جنسی محکوم شناخته شده و مجازات تزریق دی‌اتیل‌استیل بسترول برای او در نظر گرفته شد. او در سال ۱۹۵۴ و ۱۶ روز پیش از جشن تولد ۴۲ سالگی از دنیا رفت. بزرگترین و معتبرترین جایزه‌ی دنیای کامپیوتر، از سال ۱۹۶۶ به نام این دانشمند فرهیخته، با عنوان Turing Award به فعالان تاثیرگذار دنیای کامپیوتر اهدا می‌شود.

تولد و تحصیل

آلن تورینگ متولد ۲۳ ژوئن ۱۹۱۲ در منطقه‌ی ویدا میل لندن است. پدر او، جولیوس متیسون تورینگ، یکی از کارگران شرکت Indian Civil Service در چاتراپور هند بود. او به خاطر کار در این شرکت محبور به سکونت در منطقه‌ی هند بریتانیا بود و همسرش اتل سارا را نیز به آن منطقه برده بود. والدین آلن تمایل داشتند فرزندانشان را در بریتانیا پرورش دهند، به همین دلیل به میدا ویل در لندن نقل مکان کردند.

قرارداد کاری پدر آلن با شرکت، والدین او را مجبور می‌کرد که مدام در حال سفرهای کاری بین هند و انگلستان باشند. این سفرهای کاری باعث شدند که آلن و برادر بزرگترش جان، نزد یک زوج ارتشی بازنشسته پرورش یابند. آلن از سال‌های کودکی نبوغ و استعداد خود را نشان داده بود. پدر و مادر او در سال ۱۹۲۷ خانه‌ای در منطقه‌ی گیلدفورد خریداری کردند تا او در زمان تعطیلات مدرسه در آن سکونت داشته باشد.

آلن در سن ۶ سالگی به مدرسه‌ی شبانه‌روزی سنت مایکل رفت. مدیر و معلمان این مدرسه، به سرعت متوجه هوش سرشار او شدند. او در در سال‌های ۱۹۲۲ تا ۱۹۲۶ در مدرسه‌ی غیر انتفاعی Hazelhurst به تحصیل پرداخت. در سال ۱۹۲۶ و در سن ۱۳ سالگی، او به مدرسه‌ی شربورن رفت. مدیر این مدرسه که فعالیت‌های خارج از برنامه و علاقه‌ی شدید آلن به تحقیقات پیشرفته‌ی ریاضی را می‌دید، به والدینش هشدار داد که این نوع از تحصیل مناسب او نیست. به هر حال آلن با وجود مخالفت‌ها و عدم درک از طرف معلمان، به فعالیت‌های خود ادامه می‌داد و حتی در سن ۱۶ سالگی نظریات اینشتین را مطالعه و بررسی می‌کرد.

آلن تورینگ در سال ۱۹۳۱ برای تحصیلات دانشگاهی وارد King's college دانشگاه کمبریج شد و در سال ۱۹۳۴ با درجه‌ی عالی در رشته‌ی ریاضیات فارغ‌التحصیل شد. او در سال ۱۹۳۵ و در سن ۲۲ سالگی، به خاطر پایان‌نامه‌ی حرفه‌ای کاندید عضویت در هیات تحقیقاتی دانشکده شد. او در پایان‌نامه‌ی خود، «قضیه‌ی حد مرکزی» را اثبات کرده بود.

مطالعات پیشرفته‌ی تورینگ در علوم ریاضی، عموما به حل مسئله‌های بزرگ این علم از طریق پردازش‌های کامپیوتری مربوط بود. نظریه‌های آلن در سال‌های بعدی، پیرامون ساخت ماشینی با قابلیت حل کردن مسائل مختلف ریاضی تالیف شدند. او تحصیلات تکمیلی را در دانشگاه پرینستون و حول مطالعات علوم رمزنگاری و رمزگشایی گذراند و در سال ۱۹۳۸ موفق به دریافت مدرک دکتری شد. جان فون نویمان، ریاضی‌دان مشهور آمریکایی با مطالعه‌ی نظریات تورینگ از او خواست که در تحقیقات با هم همکاری داشته باشند؛ اما آلن تصمیم گرفته بود به انگلستان بازگردد.

تورینگ پس از رد پیشنهاد نویمان به کمبریج بازگشت و در تحقیقات معروف فیلسوف اتریشی، لودویگ ویتگنشتاین با او همکاری کرد. تحقیقات دانشمند اتریشی پیرامون پایه‌های علوم ریاضی بود. آلن و لودویگ در جریان تحقیقات، بحث‌ها ومجادله‌های زیادی با هم داشتند؛ چرا که آلن به فرمالیسم معتقد بود و در مقابل، لودویگ اعتقاد داشت که ریاضیات، هیچ حقیقت مطلقی را کشف یا اختراع نمی‌کند.

ورود به حوزه‌ی رمزنگاری

فعالیت‌های اصلی تورینگ در زمینه‌‌ی رمزنگاری به دوران جنگ جهانی دوم مربوط است. در طول این جنگ، تورینگ در بلچلی پارک (Bletchley Prk) به تحقیق و ساخت دستگاه‌های رمزنگاری مشغول بود.

از سپتامبر سال ۱۹۳۸، آلن تورینگ در سازمان رمزنگاری بریتانیا به نام GC&CS به فعالیت پاره‌وقت مشغول بود. این سازمان امروزه با نام ستاد ارتباطات دولت بریتانیا شناخته می‌‌شود. تمرکز اصلی فعالیت‌های تورینگ در این سازمان، رمزگشایی دستگاه انیگما بود. دستگاه انیگما متعلق به دولت آلمان بود که دانشمندی آلمانی به نام آرتور شربیوس آن را اختراع کرده بود. دستگاه انیگما در دهه‌ی ۱۹۲۰ برای محافظت از ارتباطات تجاری، نظامی و دیپلماتیک استفاده می‌شد. آلن تورینگ رمزنگاری این دستگاه‌ها را به همراه همکار ارشدش دیلی ناکس انجام می‌داد. 

در گردهم‌آیی معروف ورشو در سال ۱۹۳۹، سازمان رمزنگاری لهستان به کشورهای فرانسه و انگستان اعلام کرد که روشی برای رمزگشایی دستگاه‌های انیگما دارد. تورینگ و ناکس پس از شنیدن این خبر، تلاش کردند تا روشی پایدارتر برای این رمزگشایی کشف کنند. روش لهستانی‌ها روی فرآیندی تشخیصی استوار بود که امکان تغییر آن توسط آلمان‌ها، هر لحظه وجود داشت. روشی که تورینگ ابداع کرد، رمزگشایی بر اساس Crib نام داشت و فرآیندی مفیدتر و عمومی‌تر بود. او با استفاده از همین روش، مشخصات عملکردی دستگاه رمزگشایی الکتریکی-مکانیکی Bombe را با بهبود دستگاه لهستانی Bomba تدوین کرد.

تورینگ ۴ سپتامبر سال ۱۹۳۹ و پس از آن که انگلستان به‌صورت رسمی در برابر آلمان اعلام جنگ کرد، به بلچلی پارک اعزام شد. بلچلی پارک در آن زمان ایستگاه جنگی GC&QC بود. آلن با استفاده از تکنیک‌های آماری توانست روشی برای آزمایش نتایج احتمالی در فرآیند رمزگشایی ابداع کند. او روندی خلاقانه را ابداع کرد و دو مقاله در ارتباط با آنها تالیف کرد. نام مقالات او «استفاده از احتمالات در رمزگشایی» و «مقاله‌ای در باب آمار تکرارهای ریاضی» بود. این مقالات آنچنان برای سازمان ارتباطات انگلستان باارزش بودند که تا آوریل سال ۲۰۱۲ به آرشیو ملی انگلستان تحویل داده نشدند. یکی از ریاضی‌دانان این سازمان که با هویتی مبهم و نام «ریچارد» اخیرا در این باره مصاحبه کرده گفته است:

تاخیر ۷۰ ساله در تحویل این مقاله‌ها، نشان‌دهنده‌ی اهمیت آنها است. مقاله‌های تورینگ، جزئیات آنالیزهای ریاضی را برای سعی و خطا و پیدا کردن محتمل‌ترین تنظیمات ماشین‌های رمزنگاری شرح داده‌اند. سازمان ارتباطات انگلستان تاکنون حداکثر استفاده را از این مقاله‌ها کرده و اکنون مشکلی با انتشار عمومی آنها ندارد.

نابغه‌ی ریاضیات و احتمالات قرن بیستم در زمان فعالیت در بلچلی به رفتارهای خاص شهرت داشت. همکارانش لقب Prof را برای او انتخاب کردند و تا سال‌ها از رفتارهای عجیب این نابغه یاد می‌کردند. تورینگ در این زمان یک دونده‌ی استقامت حرفه‌ای نیز بود. او مسافت ۶۴ کیلومتری تا لندن را برای حضور در جلسات مهم می‌دوید. این آمادگی بدنی باعث شد که این دانشمند ریاضیات برای حضور در تیم المپیک ۱۹۴۸ انگلستان کاندید شود. او تنها ۱۱ دقیقه دیرتر از قهرمان آن سال‌های انگلستان یعنی توماس ریچارد به خط پایان رسید و از تیم المپیک جا ماند. تورینگ در سال ۱۹۴۶ مفتحر به دریافت نشان «رتبه‌ی امپراتوری بریتانیا - OBE» از دستان شاه جورج ششم شد اما فعالیت‌هایش تا سال‌ها بعد مخفی ماند.

آلن تورینگ چند هفته پس از ورود به بلچلی پارک، دستگاه الکترومکانیکی Bombe را برای رمزگشایی پیام‌های دستگاه انیگما تولید کرد. دستگاه او با بهبود فرآیندهای دستگاه لهستانی Bomba تولید شده بود. این دستگاه به جستجو میان تنظیمات احتمالی برای رمزگشایی انیگما می‌پرداخت. اولین دستگاه Bombe در ۱۸ مارس سال ۱۹۴۰ شروع به کار کرد.

تیم تحت رهبری تورینگ از اختراع خود شگفت‌زده بودند؛ چرا که سرعت رمزگشایی آنها بیشتر از دستگاه لهستانی بود. تنها مشکل آنها در دوران جنگ، کمبود نیروی انسانی و دستگاه‌های رمزگشایی بود. این مشکل امکان رمزگشایی سیگنال‌های فراوان نازی‌ها را از متفقین گرفته بود. تیم رمزگشایی بلچلی از کمبود امکانات رنج می‌برد؛ به همین خاطر آنها پس از تلاش‌های ناموفق، در اقدامی جسورانه نامه‌ای مستقیم به وینستون چرچیل نوشتند. در این نامه که اسم آلن تورینگ در ابتدای لیست امضا کنندگان آن بود، از کمبود امکانات گلایه شده و به این نکته اشاره شده بود که در صورت تامین مالی کافی، تولید بیشتر دستگاه‌های رمزگشایی، از خسارات بسیاری در جنگ جلوگیری خواهد کرد. چرچیل واکنشی سریع به این نامه داشت و به مسئولان امر کرد که تمامی نیازهای این تیم رمزگشایی را تامین کنند. از آن زمان تا پایان جنگ جهانی دوم، حدود ۲۰۰ دستگاه رمزگشایی ساخته شدند.

نابغه‌ی هوش مصنوعی در خلال فعالیت‌هایش در طول جنگ جهانی دوم، دستگاه‌های رمزگشایی متعددی تولید کرد. یکی از این دستگاه‌ها Hut 8 نام داشت که برای رمزگشایی دستگاه مخصوص نیروی دریایی نازی‌ها ساخته شده بود. دستگاه انیگمای نیروی دریایی ارتش نازی، بسیار حرفه‌ای‌تر از دیگر دستگاه‌های انیگما بود و تورینگ با رمزگشایی تنظیمات آن، کمک بزرگی به پایان جنگ جهانی دوم کرد.

تست تورینگ و اولین کامپیوترهای مدرن

پدر علوم مدرن کامپیوتر در سال‌های ۱۹۴۵ تا ۱۹۴۷ در منطقه‌ی همپتون لندن زندگی می‌کرد. او در این زمان در کتابخانه‌ی ملی فیزیک لندن مشغول طراحی «دستگاه محاسبه‌گر اتوماتیک» بود. او در ۱۹ فوریه‌ی سال ۱۹۴۶ مقاله‌ای منتشر کرد که پایه و اساس ساخت کامپیوترهای اولیه با حافظه‌های الکترونیکی را شرح می‌داد.

اگرچه دستگاهی که تورینگ توضیح داده بود یک طرح اولیه بود، اما او تصمیم داشت تا آن را به طور واقعی بسازد. فعالیت‌های محرمانه در خلال جنگ، تولید این دستگاه‌ها را به تعویق انداخت و انرژی آلن برای ساخت آن نیز از بین رفت. به هر حال زمانی که او در سال ۱۹۴۷ به کمبریج بازگشت، ساخت کامپیوتر مورد نظرش در غیاب او شروع شد. اولین کامپیوتری که از طرح او ساخته شد، Pilot ACE نام داشت که اولین برنامه‌ی خود را در ۱۰ می سال ۱۹۵۰ اجرا کرد. 

تورینگ در سال ۱۹۴۸ یک کرسی تحقیقاتی در دانشگاه منچستر دریافت کرد. یک سال بعد او قائم مقام آزمایشگاه کامپیوتر این دانشگاه شد. فعالیت اصلی او در این دانشگاه، توسعه‌ی نرم‌افزار برای یکی از اولین کامپیوترهای حافظه‌دار تاریخ با نام Manchester Mark 1 بود. در خلال فعالیت‌های آن سال‌ها، او آزمایشی تحت نام «تست تورینگ» معرفی کرد که با انجام آن، هوشمندی کامپیوترها اندازه‌گیری می‌شد. مدل برعکس تست تورینگ، امروزه تحت نام Captcha در اینترنت استفاده می‌شود. او در ادامه پیشنهاد داد که برای صحبت با کامپیوترها، به جای آن که آنها را توانمند به درک زبان افراد بالغ کنیم، کامپیوتری با ذهن یک کودک ساخته و آن را برای یادگیری برنامه‌ریزی کنیم.

این نابغه‌ی ریاضیات در سال ۱۹۴۸ روشی برای حل معادلات ماتریسی تحت نام LU decomposition ارائه کرد.

زندگی شخصی و مرگ

آلن تورینگ یک نامزدی کوتاه مدت با همکارش در پروژه‌ی Hut 8 یعنی Joan Clarke داشت. نامزدی آنها به دلیل تمایلات جنسی خاص تورینگ به ازدواج نینجامید. این نابغه‌ی ریاضی به خاطر همین تمایلات در ۲۷ فوریه‌ی سال ۱۹۵۲ محاکمه شد. او از میان زندان و درمان هورمونی، دومی را انتخاب کرد. اتهامات و محاکمه‌ی تورینگ، حفاظت اطلاعاتی و امنیتی و همکاری او با دولت انگلستان را لغو کرد. البته شغل‌های دانشگاهی تورینگ تا زمان مرگش برقرار بودند. او پس از اتفاقات سال ۱۹۵۲ از ورود به خاک ایالات متحده‌ی آمریکا منع شد اما اجازه داشت در کشورهای اروپایی سفر کند. تورینگ هیچ‌گاه در طول زندگی به جاسوسی متهم نشد. او و تمام همکارانش در بلچلی تا پایان عمر از صحبت در مورد فعالیت‌های جنگی منع شده بودند.

در ۸ ژوئن سال ۱۹۵۴، خدمتکار تورینگ جسد او را در اتاق خوابش پیدا کرد. او روز قبل از دنیا رفته بود. تحقیقات روی جسد او، مرگ با سم سیانید را تایید کردند. احتمالات اولیه که با مشاهده‌ی سیب نیم‌خورده‌ای در کنار تخت خواب تورینگ شکل گرفتند، خودکشی را عامل مرگ او می‌دانستند. البته تحقیقات تکمیلی که در سال‌های بعد انجام شد، احتمال استنشاق این اسید را از دستگاه پوشش‌دهی طلا قوت بخشیدند. در این دستگاه‌ها، پتاسیم سیانید برای تجزیه کردن طلا استفاده می‌شد و تورینگ یک نمونه‌ی کوچک از آنها را در اتاق و آزمایشگاه شخصی‌اش نگه می‌داشت. عادت تورینگ به خوردن سیب قبل از خواب، روحیه‌ی بالای او و عادت به نگهداری شلخته‌ی تجهیزات آزمایشگاهی، دلایل دیگری بودند که مرگ تصادفی را محتمل‌تر از خودکشی کردند.

یادبودها

یکی از ماندگارترین یادبودهای پدر علم کامپیوتر مدرن، «جایزه‌ی تورینگ» است. این جایزه که به نوبل دنیای کامپیوتر معروف است، از سال ۱۹۶۶ هرساله به برترین فعالان این صنعت تعلق می‌گیرد. انتخاب فرد برتر و برگزاری مراسم این جایزه، توسط انجمن دستگاه‌های محاسباتی یا ACM برگزار می‌شود. این انجمن، قدیمی‌ترین انجمن علوم کامپیوتر در جهان است.

مجسمه‌ها و یادبودهای ساختمانی زیادی نیز تاکنون به یاد این دانشمند بزرگ ساخته شده‌اند. خیابان و پل آلن تورینگ در شهر منچستر، از مشهورترین این یادبودها هستند. در سال ۱۹۹۹، مجله‌ی تایمز تورینگ را در میان ۱۰۰ فرد مهم قرن بیستم قرار داد. جمله‌ی یادبود این مجله برای تورینگ به این صورت بود: «هر فردی که دکمه‌ای را روی صفحه‌کلید می‌فشارد یا یک نرم‌افزار را باز می‌کند، در حال کار روی تجسمی از ماشین تورینگ است.»

اتاق‌ها، سالن‌های کامپیوتر و بورسیه‌های متعددی در دانشگاه‌های بزرگ دنیا به نام این دانشمند فقید نامگذاری شده‌اند. دانشگاه‌های کمبریج، ادینزبرگ، آستین، استنفورد، واشنگتن و منچستر، برخی از دانشگاه‌هایی هستند که یادبودهایی به نام آلن تورینگ دارند.