图灵机就如强悍的神兽,任何你能想出来的数学方法都可以被编码成图灵机。因此,如果所有的判定问题都是可以解决的,就意味着任何判定问题都可以通过设计一个专用的图灵机来解决。也就是说,为了解答希尔伯特的问题,你所要做的是,证明存在某种判定问题是任何图灵机都无法解决的。这正是图灵证明这一命题的方法。
接下来,图灵耍了点小把戏,让他的机器摇身一变,成为能够解决通用问题的机器。他设计了一种图灵机,可以按照人们给它的任意方法进行运算,现在我们把它称为通用图灵机[4]。一台计算机最核心也最基础的部分,就是一台真正的通用图灵机。计算机所运行的程序,本质上就是运算的步骤,类似前文我们提到的确认质数的步骤。
尽管这不是我们故事的重点,但至少得提出来图灵是怎么用它的新发明解决判定问题的。除了惊叹于他精巧独到的心思,我们还应该意识到,它跟人工智能最终是否可能存在有着密切关系。
图灵的构想是存在这样一台图灵机,可以用来判定任意图灵机的运行结果。他考虑了以下问题:给定一台图灵机和相关输入集,它最终是会停止,还是永无止境地运行下去?这就是一个判定问题了,属于我们前文讨论过的范畴,尽管它相对复杂一些。现在,假设存在一个机器能够判定这个判定问题,图灵指出,这个假设会引起悖论[3]。因此,没有办法检测出图灵机是否停止。那么,“图灵机是否停止”是一个不可判定问题。所以图灵得出结论:存在某些判定问题不能简单地按照确定的步骤来解决。他解决了希尔伯特的难题:数学并不能被简化为遵循方法解决问题[5]。
这一结果是20世纪数学界最伟大的成就之一,单凭它就足以让图灵在数学界名垂青史。但更伟大的是它的副产物——通用问题解决机器,即图灵机。图灵发明图灵机的时候,它只是个抽象的概念,他并没有想着将它实体化。不过没过多久,不少人,包括图灵自己,开始着手把这个想法转化成现实。在二战时的慕尼黑,康拉德·楚泽(KonradZuse)为德国航天部设计了一台名为Z3的计算机,虽然它算不上一台完整的计算机,但引入了不少关键部分。在大西洋彼岸的美国宾夕法尼亚州,由约翰·穆克里(JohnMouchly)和普雷斯伯·埃克特()领导的小组开发了一台名为ENIAC的机器来计算火炮射击表。杰出的匈牙利裔数学家约翰·冯·诺依曼(JohnvonNeuman)对它进行了相关调整,使ENIAC具备现代计算机的基本架构(为了纪念这位数学家,传统计算机的架构被称为“冯·诺依曼架构”)。在战后的英国,弗雷德·威廉姆斯(FredWilliams)和汤姆·基尔伯恩(TomKilburn)建造了昵称为“曼彻斯特宝贝”的小规模实验机,直接促成了世界上第一台商用计算机“费兰蒂一号”的出现(图灵本人于1948年加入曼彻斯特大学的工作团队,并编写了最早运行的程序)。
到了20世纪50年代,现代计算机的所有关键部件都被发明出来了。图灵机已经从数学概念转化为实实在在的机器——只要你有足够的金钱买下它,以及足够的场地摆放它(要装下“费兰蒂一号”,至少需要两个16英尺[4]长、8英尺高、4英尺宽的储藏室。机器的功率为27千瓦——它消耗的电能可以供应至少三个现代家庭用电)。当然,随着时代的发展,计算机变得越来越小巧,越来越便宜。
电子大脑的实际功能
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