Внесок Алана Тьюрінга в інформатику

Алан Тьюрінг , один із піонерів (теоретичної) інформатики, зробив багато наукових внесків у нашу сферу, включаючи визначення машин Тьюрінга, тезу Церкви Тьюрінга, нерозбірливість та тест Тьюрінга. Однак його важливі відкриття не обмежуються лише переліченими.

На честь його 100-річчя від дня народження я подумав, що було б непогано попросити більш повний перелік його важливих внесків у інформатику, щоб краще оцінити його роботу.

Отже, які важливі / впливові внески Алана Тьюрінга в інформатику?

Це питання дуже схоже на запитання про внесок Ньютона у фізику чи Дарвіна до біології! Однак є цікавий аспект питання, на яке вже пішли багато коментаторів: а саме, окрім величезних внесків, про які знають усі, є ще маса менших внесків, про які більшість людей не знає --- а також багато розумінь що ми думаємо як про "більш сучасне", але Тьюрінг демонстрував у різних зауваженнях, що він прекрасно розуміє. (До речі, те саме стосується Ньютона та Дарвіна.)

Кілька прикладів, які мені подобаються (окрім згаданих раніше):

У розділі "Обчислювальні машини та інтелект" Тьюрінг включає досить сучасне обговорення переваг рандомізованих алгоритмів:

Мабуть, розумно включити випадковий елемент у навчальну машину. Випадковий елемент є досить корисним, коли ми шукаємо рішення якоїсь проблеми. Припустимо, наприклад, що ми хотіли знайти число від 50 до 200, яке було рівне квадрату суми його цифр, ми можемо почати з 51, а потім спробувати 52 і продовжити, поки не отримаємо число, яке працювало. Крім того, ми можемо вибирати числа випадковим чином, поки не отримаємо хороший. Перевага цього методу полягає в тому, що непотрібно слідкувати за випробуваними значеннями, але недоліком є ​​те, що можна спробувати одне і те ж два рази, але це не дуже важливо, якщо є кілька рішень. Недоліком систематичного методу є те, що в регіоні може бути величезний блок без будь-яких рішень, які слід спочатку дослідити, Зараз процес навчання може розглядатися як пошук форми поведінки, яка задовольнятиме вчителя (або якийсь інший критерій). Оскільки, мабуть, існує дуже велика кількість задовільних рішень, випадковий метод здається кращим, ніж систематичний. Слід зазначити, що він використовується в аналогічному процесі еволюції.

Тюрінг був, очевидно, першою людиною, яка використовувала цифровий комп'ютер для пошуку зустрічних прикладів гіпотези Рімана - дивіться тут .

Окрім технічних результатів з докторської дисертації Тьюрінга 1939 р. (Згадував Лев Рейзін), ця теза є надзвичайно примітною для впровадження понять оракулів та релятивізації в теорію обчислень. (Деякі люди можуть побажати, щоб Тьюрінг ніколи цього не робив, але я не з них! :-D)

Нарешті, хоча це є основним, схоже, ніхто ще не згадав про доказ існування універсальних машин Тьюрінга - це явний внесок від визначення моделі машини Тьюрінга, формулювання тези Церкви Тюрінга або доведення нерозв'язності Проблема Entscheidungsproblem, але, мабуть, найбільш "безпосередньо" стосується будь-якого з них для перебігу комп'ютерної революції.

Я не знав про них до недавнього часу.

1) Розкладання LU матриці відбувається завдяки Тьюрінгу! З огляду на те, наскільки фундаментальне розкладання LU, це один внесок, який заслуговує на висвітлення та відомий ширше (1948).

2) Тьюрінг першим придумав "паперовий алгоритм" для шахів. На той момент перші цифрові комп'ютери ще будувались (1952).

У шаховому програмуванні було відоме безліч людей, пов’язаних із ним, із Шенноном, Тьюрінгом, Герб Саймоном, Кеном Томпсоном та ін. Останні два виграли премію Тьюрінга. І Сімом, звичайно, також виграв Нобеля. (Шеннон придумав спосіб оцінити шахову позицію в 1948 році.)

Як згадувалося в питанні, Тьюрінг займав центральне місце у визначенні алгоритмів та обчислюваності, тому він був одним із людей, які допомагали збирати алгоритмічну лінзу. Однак я думаю, що його найбільшим внеском було перегляд науки через алгоритмічну лінзу, а не просто обчислення заради обчислення.

Під час Другої світової війни Тьюрінг використовував ідею обчислювальних та електромеханічних (на відміну від людських) комп'ютерів, щоб допомогти створити бомбу Тьюрінга-Вельхмана та інші інструменти та формальні методики для проведення криптоаналізу. Він розпочав трансформацію криптології, арт-форми, в криптографію, науку, яку завершив Клод Шеннон. Алан Тьюрінг розглядав криптологію через алгоритмічні лінзи.

У 1948 році Тьюрінг пішов за своїм зацікавленим мозком, щоб створити першу навчальну штучну нейронну мережу . На жаль, його рукопис був відхилений директором НПЛ і не опублікований (до 1967 р.). Однак це передувало вивченню геббіїв (1949) та перцептронам Розенблатта (1957), які ми, як правило, асоціювали з першими нейронними мережами. Тьюрінг передбачив основу коннекціонізму (все ще величезної парадигми когнітивної науки) та обчислювальної нейронауки. Алан Тьюрінг розглядав мозок через алгоритмічні лінзи.

У 1950 році Тьюрінг опублікував свою знамениту обчислювальну техніку та розвідку та запустив AI. Це мало трансформативний вплив на психологію та когнітивні науки, які продовжують розглядати пізнання як обчислення внутрішніх уявлень. Алан Тьюрінг розглядав розум через алгоритмічні лінзи.

Нарешті, у 1952 р. (Як згадував @vzn) Тьюрінг опублікував «Хімічну основу морфогенезу». Це стало його найбільш цитованою роботою. У ньому він запитав (і почав відповідати) на питання: як сферично симетричний ембріон перетворюється на несферично симетричний організм під дією симметричного збереження хімічної дифузії морфогенів? У цьому документі його підхід був дуже фізичним, але деякі з підходів мали вираз TCS; У його роботі були складені суворі якісні твердження (дійсні для різних констант і параметрів) замість кількісних тверджень, заснованих на конкретних (у деяких сферах: потенційно неможливо виміряти) константи та параметри. Незадовго до смерті він продовжував це дослідження, працюючи над основними ідеями того, що має стати штучним моделюванням життя, і більш дискретним та недиференційованим рівнянням біології. У публікації в блозіЯ розмірковую над тим, як би він розвивав біологію, якби мав більше часу. Алан Тьюрінг почав розглядати біологію за допомогою алгоритмічних лінз.

Я думаю, що найбільший (і часто ігнорований) внесок Тьюрінга в інформатику показав, що ми можемо отримати велике розуміння, переглядаючи науку через алгоритмічну лінзу. Я можу лише сподіватися, що ми шануємо його геніального, продовжуючи його справу.

Пов'язані питання

• Алгоритмічна лінза в соціальних науках

• Сучасні методи лікування нейронних мереж типу Алана Тьюрінга

• Вплив підходу Алана Тьюрінга до морфогенезу

Одним з менш відомих внесків є оцінка « Добро-Тюрінга» для оцінки частки популяції, «ще не поміченої» під час взяття проб. Це використовується в біорізноманітті.

Документ Тьюрінга про перевірку великого розпорядку, який був представлений на конференції в Кембриджі в 1949 році, підтверджує офіційні міркування про програми, розроблені Флойдом і Хоаром протягом майже двох десятиліть. Документ розміщений лише на трьох сторінках і містить ідею використання інваріантів для доведення властивостей програм та обґрунтованість для підтвердження припинення.

Як можна перевірити рутину, щоб переконатися, що вона правильна?

Для того, щоб перед людиною, яка перевіряє, не виникало надто складних завдань, програміст повинен зробити ряд певних тверджень, які можна перевірити окремо, і з яких легко випливає правильність усієї програми.

Тьюрінг зацікавився і провів певну семінарну роботу в моделях хімічної реакції-дифузії. ця сфера досліджень істотно розширилася з того часу, як він почав її досліджувати. показано, що вона пов'язана з обчислюваністю, наприклад, в певному сенсі "Turing завершена" [1]. хімічні реакції можна моделювати складними нелінійними диференціальними рівняннями, тому в певному сенсі було показано, що нелінійні диференціальні рівняння з достатньою складністю можуть імітувати машини Тьюрінга. що випливає з його статті 1951 р. "хімічна основа морфогенезу" [4]

[1] хімічна кінетика Тюрінга є універсальною Магнаско в PRL 97

[2] Тюрінг структури в простих хімічних реакціях

[3] Тюрінг структури в лінійних системах хімічної реакції з нелінійною поперечною дифузією Франца

[4] хімічна основа морфогенезу, вікіпедія

Ось ще один я знайшов у блозі Скотта Аронсона (а Q + A взято звідти):

У своєму докторантурі. дисертація, Тьюрінг вивчав питання ( - теорія):$F_α$

Враховуючи машину Тюрінга яка працює вічно, чи завжди порядковий α такий, що доводить, що працює вічно?$M$$F_α$$M$

Тьюрінг довів:

Враховуючи будь-яку машину Тьюрінга яка працює вічно, існує кодування її аксіом ( ), що доводить, що працює вічно.$M$$F_{\omega+1}$$M$

На жаль, визначення та технічні деталі важче узагальнити, але пояснення, пов’язане з блогом, добре допомагає пояснити їх.

Ось широке, високодослідне / детальне 9-річне онлайн-опитування / ретроспектива конкретних і більш загальних внесків Тюрінга в повідомленнях Американського математичного товариства С.Б. Купера до 100-річчя, незмінність після Алана Тьюрінга . деякі інші внески, згадані в цьому опитуванні:

• Помилки округлення в роботі матричних процесів , 1948 р. Впливають на числовий аналіз та наукові обчислення в теорії обчислення

• неопубліковані 1948 Національна фізична лабораторія доповідь Intelligent Machinery описує ранню Коннекшіоністскій модель, схожу і одночасні з відомими McCulloch і Pitts нейронних мереж .

• вказує, що аналіз Тьюрінга та теорія морфогенезу можна розглядати як раннє інтелектуальне підґрунтя масової (і досі триває / активної) пізнішої теорії самоорганізації та нових явищ .

(тощо)