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图灵的遗产和后继者们的责任

——微软亚洲研究院院长 洪小文

一. 艾伦·图灵的遗产

2012年6月23日是艾伦·麦席森·图灵(Alan Mathison Turing)诞辰100周年纪念日。多年以来,计算机行业的从业者总是对图灵怀有一种特殊的崇敬——不只因为这位英国数学家堪称为计算机科学领域的诺贝尔和爱迪生,也不只因为全球计算机学界最具代表性与影响力的奖项因他而得名,更重要的是,早在76年前,图灵已凭借其令人震撼的天赋对智能机器的“躯干”与“灵魂”做出了界定,从而奠立了现代计算机及其所有衍生品的理论模型。

图灵是真正意义上的“百年难得一见的天才人物”。有关他的耀世才情、多舛际遇,已有许多记载和评论,在此不做赘述——而当今天我们用崇敬的目光回望他对计算机科学所作的贡献,或许可以用三个关键词来概括:图灵机、图灵测试、图灵奖。

1936年,图灵描绘出的“通用图灵机”(Universal Turing Machine),成为后世超级计算机和个人计算机、复杂设备和通用设备所共同依循的设计雏形,甚至于新一代量子计算机也仍是以图灵机为原型。这个简单有效、趋近完美的模型规范了机器演算时的主要组件,包括运算、存储、程序、呈现。邱奇-图灵论题(The Church-Turing thesis)亦值得一提,其要旨是所有的计算和算法都可以用图灵机来完成。此论题虽无法证明,但也从未被推翻。图灵机出现以前的计算设备,比如算盘和其他机械式运算设备,虽然也是通用的“计算机”,但它们不可能像图灵机那样执行所有的计算任务。另外算盘的“程序”只能储存在演算者的大脑里,而图灵机存储的程序成为计算机自身的一部分,这就是很重要的区别。

在图灵机模型诞生9年后,1945年,另一位对计算机科学发展产生重大影响的天才冯·诺依曼(John Von Neumann)和几位同事联名发布了具有里程碑意义的101页“EDVAC报告”。该报告在图灵机的基础上明确了电子计算机须以二进制替代十进制运算以及用二维矩阵代替一维磁带来储存资料与程序,并将计算机的逻辑结构划分为运算、控制、存储、输入、输出五部分。冯·诺依曼因此被誉为“电子计算机之父”,而他本人却谦逊地将此殊荣归于图灵——他曾多次向同事和朋友强调,计算机的基本概念无疑是由图灵提出的,而他自己只是使更多人了解了由图灵建立的概念。

图灵也是“人工智能(AI)之父”。1950年10月,在曼彻斯特大学任教的图灵发表了一篇名为《计算机与智能》(Computing Machinery and Intelligence)的论文,首次提出机器具备思维的可能性。“图灵测试”通过让测试主持者对计算机及作为参照考察对象的人进行一系列问题验证,来判断与之对话的是人还是机器——如果无法判断或混淆了被考察的机器和人,则可认为被测试的机器具有某种程度的智慧。图灵曾预言说,至20世纪末,一定会涌现出可通过图灵测试的计算机。从某种意义上说,这一预言在1997年5月实现。当时国际象棋之王卡斯珀罗夫在美国纽约与超级计算机“深蓝”对弈,结果“深蓝”取得了胜利——在“深蓝”接连走出几步妙棋杀招时,人类冠军几乎不相信与他对弈的是台机器。尽管连“深蓝”的创造者许峰雄博士(他已在微软亚洲研究院工作了9年)都表示,“深蓝”并不是完全基于人工智能技术而构建,但客观上,能够让对手感到它不像机器,这足以说明未来出现有智慧的机器绝非不可能。

和图灵机、图灵测试一样,“图灵奖”亦可视为大师图灵留给我等计算机从业者的遗产。被誉为计算机学界的诺贝尔奖的图灵奖由美国计算机协会(ACM)于1966年设立。这一全球计算机科学领域最高荣誉的名称,展现出整个产业对于图灵这位杰出前辈的崇敬与追慕。

从图灵非同凡响的一生,我们可以得到许多启示。例如,1936年5月28日是一个值得纪念的日子。这一天,图灵在他的重要论文《论可计算数及其在判定问题上的应用》(On computer numbers, with an application to the entscheidungsprobelms)提出了图灵机的概念。那时的图灵年仅24岁,尚未获得博士学位——这一点对于年轻人来说非常有意义——成就无关年龄,学术探索的攀越路程中,需要敢于挑战、敢于质疑、敢于颠覆的锋锐之气。哪怕是阅历和经验不足,也一样有机会做出深刻影响无数时代的伟业。

再比如,图灵的确是了不起的大师,但他也是站在先贤和同时代英杰的肩膀上才能取得那样耀眼的成绩。在他的学术生涯中,戴维·希尔伯特(David Hilbert)、库特·哥德尔(Kurt Gödel)以及导师阿隆佐·邱奇(Alonzo Church)都对他有很大帮助,或是为他设立了横亘于前方的挑战。哥德尔的名言“有些事实被认知为真,但不必然可证”就像是对邱奇-图灵理论的最佳概括。

图灵曾提出与邱奇-图灵论题一样重要的停机问题(Halting Problem)——判断任意一个程序是否会在有限的时间之内结束运行的问题,即是从数学界前辈那里得到的启发。停机问题受到了哥德尔的不完备理定理(Incompleteness Theorem)以及邱奇的兰姆达运算(λ-calculus)的影响,同时也是解决希尔伯特*判定问题(Entscheidungsproblem,DecisionProblem)的最佳证明。

这些故事提示着我们,即便伟大如图灵,学术基础也是建立在已逝去或仍在世的同行的灵感上。所以,任何科学家、学者都应以谦逊的态度面对前人、课题相关者做出的贡献——这也是微软亚洲研究院自1998年成立以来始终坚持开放、分享、合作理念,且每年举办“21世纪的计算”学术盛会的原因。

二. 和微软亚洲研究院结缘的图灵奖得主

说到“21世纪的计算”,过去14年来,我们每年都会邀请图灵奖的获得者到场,与中国的与会人才分享他们对科研课题、学术方法的心得与感悟——毫不夸张地说,在全球计算机科技界,图灵奖得主可说是雄踞金字塔尖的顶级人物。从1966年到2011年,共举办了46届图灵奖,其中的36年,每年仅有一位获奖者。所以,迄今为止获,得过图灵奖的学术巨擘不过只有58位,大部分获奖者是由于对计算机理论、计算机语言、计算机系统及人工智能等方向的重大贡献而获此殊荣。

1966年首届图灵奖得主艾伦·佩利(Alan J. Perlis)是因高级程序设计技巧和编译程序构造而获奖。很遗憾我没有和他交流过,但我们有些渊源——他是卡内基·梅隆大学计算机系的创始人,在他获奖的20年后,我成为了这个系的学生。2011年的图灵奖由UCLA的朱迪亚·玻尔(Judea Pearl )教授摘得,因其在机器学习与交互领域的非凡影响。我听过玻尔教授的演讲,鉴于微软亚洲研究院目前与机器学习相关的研究几乎占项目总量的一半,我们正在计划于不久的将来请他到中国做客。

我最熟悉的图灵奖得主当然是读博士生时的导师罗杰·瑞迪(Raj Reddy)教授。1994年,他和爱德华·费根鲍姆(Edward Feigenbaum)因在“大规模人工智能系统”方面的突破而获奖。1986-1992年,我师从于瑞迪教授,对人工智能、语音、计算机视觉方面进行了深入研究。他获奖的消息传来时,我也感到与有荣焉,似乎原本遥不可及的图灵奖突然离自己近了——虽然得奖的不是自己,但之前一起做的研究多少对导师获奖有些贡献,已经感觉到无比的荣耀,也替他高兴。瑞迪教授对我后来的职业生涯产生了极其重要的影响。今天看来,无论学术态度、研究方法,还是待人和处事,我都获得了很多教益。瑞迪教授与微软、中国也有着深厚的友谊和密切的联系——1999年、2003年、2008年,作为微软亚洲研究院“21世纪的计算”大会的贵宾,瑞迪教授三次来华。在此期间,他还与浙江大学的老校长潘云鹤院士共同倡议启动了“中美百万册数字图书馆”项目。2004年,中国教育部正式立项“高等学校中英文图书数字化国际合作计划(China Academic Digital Associative Library,CADAL)。目前,这个拥有上百万册图书的数字图书馆已成为全球最大的公益性数字图书馆。正因为这些对中国的卓越贡献,瑞迪教授在2009年当选为中国工程院外籍院士。

不仅如此,瑞迪教授还与他的导师约翰·麦卡锡(John McCarthy)、师妹芭芭拉·丽兹科(Barbara Liskov)一起,组成了图灵奖评奖历史上罕有的“一门三杰”——约翰·麦卡锡是过去半个多世纪以来最重要的计算机科学家之一,他是“人工智能”概念的提出者(1955年)和LISP语言的创造者,于1971年获得图灵奖。芭芭拉·丽兹科是美国历史上第一位计算机科学女博士,目前任教于麻省理工。2008年,她因在“程序设计语言和系统设计的实践与理论”方面的卓越贡献而获得图灵奖。2010年,丽兹科教授曾应微软亚洲研究院的邀约来华参加“21世纪的计算”大会。

迄今为止,“一门三杰”的佳话在图灵奖历史上仅有一例。不过,我相信未来一定会有其他的师生组合打破这个纪录——其实,除约翰·麦卡锡师徒三人外,过往46年的图灵奖还涌现过三对“师生党”一起得奖。

第一对是1975年的获奖者赫伯特·西蒙(Herbert Alexander Simon)和艾伦·纽厄尔(Allen Newell)。前者是后者的老师,他们的获奖理由是在人工智能方面所做的基础性贡献。这两位大师都曾是卡内基·梅隆大学的教授,我的人工智能启蒙都是从读他们的文章开始的。也可以说他们是我加入卡内基·梅隆的原因。我很欣慰我能够有幸听过西蒙和纽厄尔教授的课以及一起讨论问题。西蒙教授也是一位真正的传奇人物,在经济学、政治学、管理学、计算机科学、认知心理学等多个领域有所建树,还是历史上唯一一位同时获得图灵奖和诺贝尔经济奖(1978年)的天才。他与中国交流很多,还给自己起了个中国名字叫“司马贺”。20世纪七十年代起,他多次造访中国,并担任过中美科技交流委员会美方主席。1994年,他获得中国科学院外籍院士称号。2001年,西蒙教授逝世后,一些追忆文章称他为“中国人民的老朋友”——尽管西蒙和纽厄尔这对师徒今天都已不在人世,但他们的影响将存留在许多人的心中。

第二对是1986年的图灵奖由约翰·霍普克罗夫特(John Hopcroft)和罗伯特·塔扬(Robert E. Tarjan)分享,他们因在算法和数据结构设计与分析方面的突破而获奖。这对师徒中,与微软亚洲研究院和中国走得很近的是霍普克罗夫特教授,他是一位非常值得尊敬的长者,是研究院常务副院长郭百宁的博士生导师,曾于2001年、2007年、2010年三度出席“21世纪的计算”大会——特别令人感佩的,是他对包括中国在内的发展中国家的教育事业的热情。这几年里,他几乎每年都来中国,与清华大学、上海交大等国内知名高校的师生频繁互动、授业传道,付出了很大的心力。塔扬教授现任教于普林斯顿大学,他将在今年参加“21世纪的计算”大会并作为演讲嘉宾。

第三对是2007年的爱德蒙·克拉克(Edmund M. Clarke)和艾伦·艾默生(Allen Emerson)。在哈佛大学任教期间,克拉克和他的博士生艾默生“首次提出了模型检查的想法并用在自动机并发系统的验证研究上”,十多年后,这对师徒与希腊计算机科学家、VERIMAG实验室的创办者约瑟夫·西法基思同获2007年的图灵奖,原因是他们“对于当前在软硬件领域被广泛应用的模型检查发展成为重要且高效的验证技术所做出的杰出贡献”。1994年,著名的英特尔芯片浮点(floating point) 除法故障最后就是使用模型检查的技术来解决的。2011年,克拉克教授作为“21世纪的计算”大会的嘉宾,造访过微软亚洲研究院。

三对“师徒党”之外,我接触比较多的图灵奖大师当然是2000年获奖的“华人之光”姚期智博士,他是迄今为止58位图灵奖获得者中唯一的华人,曾三度出席“21世纪的计算”大会(2002年、2006年、2011年)。近年来,姚期智教授一直致力于为中国培养一流科研人才、推动研究水平升级。2007年,他创办了清华大学理论计算机科学研究中心,并牵头组建了强大的国际化师资团队。2009年,姚期智教授提出了“中国计算机科学2020计划”的发展战略,意在整合中外学者的智与力,使中国在2020年成为世界一流的计算机科学基地。我非常钦佩姚期智先生对中国计算机科研和教育事业所作的贡献,也愿意以他为榜样,竭尽一己绵薄之力,襄助中国IT业高端研究人才的培养。

三. 微软的图灵奖大师“俱乐部”

作为多年来引领着全球软件和互联网行业创新趋势的企业,微软内部也有好几位图灵奖大师。

巴特勒·兰普森(Butler Lampson)和查尔斯·萨克(Charles P. Thacker),分别于1992年和2009年获得图灵奖——前者的获奖原因是在分布式计算环境及包括工作站、网络、操作系统、程序语言等多元技术领域在内的个人计算环境方面的创新;后者则因说明设计、制造第一款现代个人计算机而得奖。

之所以将这两位巨人放在一起介绍,不仅因为他们现今都是微软全球研发体系的灵魂人物,还由于20世纪70年代,他们是施乐公司PARC研究中心(Palo Alto Research Center, Inc.)ALTO计划的创新核心——对PC和互联网时代产生深刻影响的那些公司,如微软、苹果均是站在ALTO计划的肩膀上才取得成功。个人计算机、鼠标、激光打印机、图形接口、以太网的雏形均诞生于ALTO计划。那时,兰普森则是软件总工程师,萨克则是ALTO个人计算系统的首席设计师。后来,史蒂夫·乔布斯研发的Mac计算机以及微软的Windows,某种程度上都脱胎于ALTO计划的奇思妙想——值得一提的是,今天被广泛应用的个人计算机的原型机,ALTO个人计算系统,不止孕育了两位图灵奖得主——2003年,艾伦·凯(Alan Kay)亦由此项发明而获奖。他也是我在苹果公司工作时的同事,还参加过2009年的“21世纪的计算”大会。一项计划孕育了三位图灵奖得主迄今可说是绝无仅有。

加盟微软后,兰普森和萨克同样做出了巨大的贡献。在微软研究院与这些大师级人物共事、规划计算机的未来,我感到非常幸运——1999年,兰普森是微软亚洲研究院首届“21世纪的计算”大会的贵宾。之后,他又于2003年、2008年两度访华参与这一盛会。萨克则是2004年、2010年两届“21世纪的计算”大会的特邀前辈。

另一位微软图灵奖大师“俱乐部”成员是查尔斯·安东尼·理查德·霍尔(Sir Charles Antony RichardHoare)爵士——朋友们通常昵称他为托尼·霍尔。他是程序逻辑(即“霍尔逻辑”)的鼻祖,于1980年获图灵奖。2000年,他因在计算机科学与教育领域的贡献而获英国王室颁赠的爵士头衔。他当前是微软剑桥研究院的首席研究员,由他提出的程序逻辑的方法,目前在大型软件(如Windows、Office)的开发过程中广泛应用,价值与影响无法估量。他曾两次莅临“21世纪的计算”大会,分别是在2001年和2008年。近年来,他还经常赴中国参加各种研讨会,如2009年和今年夏天即将举办的验证软件讨论会。

在微软工作的图灵奖得主还有吉姆·格雷(Jim Gray)。1998年因其在“数据库和交易流程处理(Transaction Processing)研究领域的开创性贡献及在系统实现领域的领袖地位”而获奖,2000年、2002年、2006年,他三度参加“21世纪的计算”大会。说起来令人感伤,在他参加了2006年大会、返回美国的一个多星期后——2007年1月28日,他由旧金山出海抛洒去世的母亲的骨灰时失踪。出事以后,包括微软公司、美国政府,还有许多仰慕他的人都想方设法去搜寻他的行踪,但终究无果。至今我还记得这位谦虚的长者的音容笑貌——他的个头在西方人中都算是比较高的,所以在中国与同行们合影时,他经常会主动曲着腿,让自己显得不是那么高大……吉姆·格雷是非常谦和、有着浓郁书生气的大师,对后学的提拔和鼓励,他也不遗余力,哪怕是对刚刚加入公司的员工,也会很热情。我心里一直希望吉姆的失踪不是悲剧,希望有朝一日,他会带着和煦的微笑再度出现在微软。

最后再介绍三位曾参加过“21世纪的计算”大会的图灵奖贵宾。首先是1984年的得主尼克劳斯·沃斯(NiklausEmil Wirth),他是Pascal等好几种程序设计语言的主设计师。记得我自己上大学时的计划之一就是写一个基于Pascal的编译工具,所以,当他2006年来到“21世纪的计算”大会时,我就像粉丝见到偶像那样激动。

其次是1995年的得主曼纽尔·布鲁姆(Manuel Blum),他分别在2002年和2007年的大会期间造访中国。他与夫人、儿子都是卡内基·梅隆大学的教授,获图的原因是“计算复杂度理论及在密码学和程序校验上的应用”。

第三位是2002年获奖的罗纳德·利瓦伊斯特(Ronald L. Rivest),他和阿迪·沙米尔(Adi Shamir)、伦纳德·阿德曼(Leonard M. Adleman)因发明了RSA公共密匙加密算法而分享了当年的图灵奖。今天,几乎所有的互联网认正都是使用“RSA” 公共密匙方法——其实就是三位学者姓氏的首字母。利瓦伊斯特是2005年“21世纪的计算”大会的参与者。

今年6月中旬,为纪念艾伦·图灵的百年诞辰,美国计算机协会将举办一场“图灵世纪庆典”。尽管距图灵离开这个世界58年了,但他的精神遗产仍在激励和鼓舞着无数的后继者,不断以创新来超越人类智慧与想象力的峰极——肩负着“创造可影响未来的研究成果”的使命,微软亚洲研究院也将为实现梦想而不遗余力。