图林的智能机器思想，本文主要内容关键词为：机器论文,思想论文,智能论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：N031 文献标识码：A 文章编号：1000—8934（2007）04—0106—03
1936年，英国数学家阿兰·图林（Alan M.Turing,1912～1954）完成了著名的关于“可计算数”和“理想计算机”的论文[1]，并于第二年发表。该文不仅解决了数理逻辑理论的重大问题，还成为近代计算机理论的重要基础。后来他对计算机理论以及计算机设计的研究和关注，与他的极为丰富的想象力相结合，自然而然地把他推向机器智能的研究领域。
图林对机器智能的研究最晚开始于第二次世界大战期间。古德在回忆和图林一起进行的破译密码的工作时说：“估价他的全部影响是极端困难的，因为除了所有他的保密工作以外，他还同很多人进行过多次关于思想过程自动机的谈话”[2]。图林智能机器方面系统的理论思想，在1947年的一次计算机会议的题为“智能机器”的发言中才首次得到了全面的阐述。图林为这个报告准备了一个草稿，当时并没有准备出版。1959年，这篇报告的简短摘要才被作为“阿兰·图林”一书[3] 的附录而发表。1969年，这篇报告重新得到重视，全文编入爱丁堡大学的“机器智能”第5集。
1950年图林在“心”杂志上又发表了“计算机和智力”这篇著名论文（即后来的“机器能思维吗？”一文），对于计算机能否思维这样一个触及哲学、计算机科学、心理学甚至神学等方面的问题在更高的水平上做了更为大胆、深刻而又详细的论述，引起了很大的影响和长期的争论。后来，图林还发表了“计算机运用于游戏——国际象棋”等机器智能论文及一些电子计算机的研究报告。1954年，年仅42岁的图林意外去世。为了纪念他的杰出贡献，美国计算机学会设立了一年一度的“图林奖”，颁发给在计算机科学技术领域中作出重大成绩的人。下面，对图林在机器智能方面的开创性思想进行系统的研究和分析。
1 机器智能可能性的全方位论证
显然，机器智能理论确立的一个不能绕过的前提是机器智能可能性的存在。证明这一点的最好方法是展示一台高智能的计算机。然而当时这是不可能的。在二战结束前后，智能机器的思想新奇而深受怀疑。图林惟一的办法就是对机器智能的种种怀疑论调进行全面拆解，这也构成他的机器智能理论的重要内容。他列举了否认机器智能可能性的各种主要理由或原因，并一一给予分析和驳斥。反对这种可能性的一种原因是“不情愿承认人类有任何智力上竞争对手的可能性”，他指出，这种原因出自于人们类似于鸵鸟的心态[4]，这类原因“纯粹是感情上的，不需要真正的驳斥……这些论点不能被忽略，因为智能思想本身是容易动感情的”。[2]
而反对的另一种原因是“一种宗教信仰”，“任何制造这样机器的企图是一种普罗米修斯式的不虔诚”。[2] 对于这种神学方面的反对意见，他说：“我不太相信神学的论证，即使它们可以用来支持我的论点。在过去，已时常发现这类论点是不能令人满意的。”为此他列举了历史上人们摘引圣经中的句子来错误的反对哥白尼学说的例子，他又说：“由我们现代的知识来看，这类论证是没有价值的。当尚未达到现代的知识水平时，这类论证却给人以完全不同的印象”。[4]
第三个原因是：“非常有限的特性的机器一直被用到最近（到1940年），这有助于相信机器必定对于极为简单的，甚至可能对重要的工作是有限的。”但这个原因由于复杂机器（ENIAC等）的存在而不能成立[2]。
第四个原因是“近年来的哥德尔定理及其有关结果已经表明……任何给定的机器在一些情况下不能给出一个完全的答案。在另一方面，人类的智力似乎能够发现其效能不断增长的办法去处理超越适用于机器的方法的这类问题”。
对此，图林说：“出于哥德尔及其他人定理的论点基本上停留在机器必须不犯错误的前提下，但这不是对智能的要求。”[2] 他后来又说：“虽然它证明了任何特殊机器的能力是有限的，但它只是叙述了这类限制不适用于人类智力，而未作任何证明。”“总之，有时也许有人比给定的机器更聪明，但有时也许又有别的机器比人更聪明，依此类推。”[4]
第五个原因是：“就一个机器显示智能而言，认为除了它的创造者的智能的反映外没有任何其他东西。”图林指出：这种观点“类似于那种认为对一个学生做出的发现的奖赏应该发给他的教师的观点。在这样一种情况下教师将因他的教育方法的成功而高兴。但除非是他把这些发现传给他的学生，他将不会要求这些成果本身的所有权。”[2]
还有一类原因是那些指责机器在许多方面是无能的论点（不具备仁慈、友爱、幽默感、爱好、创造性、多才多艺等等）。图林指出，其中一些能力并不是机器不能具备的，而是人们不需要它们有这样一些特点。而对于机器的学习能力和创造性的担忧，图林则在他提出的学习机理论中指出了解决的方法。
2 机器智能水平的判据——图林测验
图林在机器智能可能性的争论中发现，分歧往往来自于缺乏对“机器能否思维”的严格定义。他认为，在一般情况下“定义的拟定要尽可能地反映这些词的通常用法，但是这种态度是危险的”，因为人们对词义的理解是很不相同的，他又说：“代替作这样一个定义，我将用同原来的问题密切相关的另一个问题代替它，并且用比较明确的词汇表达。”为此，图林提出了“模仿游戏”也就是著名的“图林测验”。[4]
“模仿游戏”要由三个人来玩：一个男人（A），一个女人（B），和一个同他们隔离开的询问人（C）。（C）通过电传打字机与（A）（B）联系。（C）为了弄清两个人中哪一个人是男人可以提各种问题，而（A）为了使（C）作出错误的判断可以随意回答。“图林测验”就是由一个机器来担任（A）的角色，看它是否能像由一个男人来担任（A）的角色时那样使（C）经常作出错误的判断，并以此来判定这个机器能否思维。
图林作出这一定义时对计算机未来的潜力充满信心。他说：“我相信，在差不多50年之内，将可设计出一种存储容量为10[9]左右的计算机，我们可以使这些计算机玩模仿游戏玩得如此之好，以致一个普通的询问人在询问五分钟后，作出正确判断的概率不可能超过70％。”
图林的这个定义是极为独特的。这不能不使人想起图林对可计算性的定义[1] 来，对于定义可计算性这个复杂问题图林天才地利用理想计算机予以解决。而对于“机器思维”这个更难说清楚的问题，图林又表现出同样的机智。当时有人评论说：“他用大多数专职哲学家可能非常羡慕的机智避免了哲学的陷阱。”令人遗憾的是，自20世纪60年代开始，似乎计算机科学界就流行起对“图林测验”的错误看法。例如美国费根鲍姆等人在他们很有影响的《第五代——日本第五代电脑对世界的冲击》一书中就认为图林测验就是“测试者在测试过程中与人（或机器）隔开，只能用电报沟通”，“测试者如果不能明确说出他是跟人还是跟机器沟通，机器就可以被认为有思维能力”。
实际上，严格而又深刻的图林测验是极难通过的。不要说一台计算机，就是一个普通人要想玩好“模仿游戏”也不容易。你不仅要表现得像一个人，而且你与另一个真正的女人竞争，表现得更像女人而又不过分，以便智胜心存警惕的询问人。这绝非像“表现得更像人而非机器”那样简单。
图林测验本质上是个行为主义的定义。这个定义是否恰当完整也有不少争论，但是无论如何，对于寻找判定机器智能标准，迈出了极为重要的一步。
3 广义计算机分类体系与机器教育
图林对包括智能机器在内的所有机器从纯理论上做了全面的分类和分析[2]，指出了它们逻辑结构的根本特点和相互关系，从而提出一整套全新计算机概念和理论。这些概念和理论，就是对今天的人工智能研究也是很重要的。
图林首先把所有的机器分为“离散的”和“连续的”，他又把离散控制机分为被设计为达到确定目标的机器（有组织机）和无组织机。前者包括逻辑计算机（理想计算机）、通用逻辑计算机、实际计算机、通用实际计算机以及“纸机器”。另外，还有部分随机机器和表观部分随机机器。对这些机器，图林都用比较抽象而严格的术语分别给出了定义并进行描述。实际上大大扩充了原有的图林机理论。
关于纸机器，图林写道：“这是可能的，用写下一套步骤的规则和请一个人去执行它们的办法达到一台计算机的效果。这样一个由人与好的指令的联合将被称作一个‘纸机器’。”这是很有趣的，因为图林把手工计算也归到他的计算机系列中去。
关于部分随机机器，他说：“这是可能的，用允许在一些点上进行选择操作的方法修正上面描述的离散机，这些选择是由一些随机过程来决定的，这样一个机器将被描述为‘部分随机的’。如果我们希望肯定地说一个机器不是这种类型的，我们就把它描述为确定的”。
关于无组织机器，他说：“至此，我们一直在考虑的机器是被设计达到确定的目的（虽然通用机在一个意义上是个例外）。我们可以代之考虑：当我们以一种比较无系统的方法用某些类型的标准元件制成一个机器时将发生什么？我们可以考虑一些这种性质的特别的机器，并且找出它很可能做哪一类事情。在其构造上是很随机的这种方式的机器将被称为‘无组织机器’”。
图林又指出，用输入信号的办法可以干预机器或改变机器的行为。这在无组织机中很容易做到，控制几个元件的状态，可以改变整个机器的状态变化方式。他又说：“当非常根本地改变一个机器的行为是可能的时候，我们可以说这个机器是‘可修改的。’”进一步发展这个概念，就是“自修改的机器”。
图林认为，机器教育的本质就是组织无组织机。他说：“希望一个直接从工厂里出来的机器达到同大学毕业生相等的条件是不公平的。毕业生已同人类接触20年或更多时间：通过这个时期接触已经修正了他的行为模式。他的教师们一直有意识地试着修正它，在那个时期的末尾，大量的标准子程序已经添加到他的大脑的原始模式上。这些子程序被认为是作为一个整体的共同体。然后他将去试探出这些子程序的新组合、在它们上面做一些微小变化并且用新方法使用它们。……那么，用提供适当干预的方法，模仿教育，我们应该希望去修改机器直到它能可靠地对一定的命令产生确定的反应为止。”
为此，图林又提出了“组织无组织机器”的概念和方法。他指出：“这种建立初始条件以便机器执行特别的有用任务的过程叫做‘组织机器’。‘组织’因而是‘修正’的一种形式。”
如何利用干预有效地组织或训练机器呢？图林为此明确提出“愉快—痛苦系统”的概念。他说，这个把机器组织为一个通用机的过程，如果安排的干预只牵涉到很少几个输入是非常令人注意的。可以只用两种干预输入，一个是愉快，另一个是痛苦，来执行组织过程。愉快干预有固定特性的趋向，即阻碍它的变化。反之，痛苦刺激趋向于瓦解特性，引起那些已成为固定的特性改变，或使其成为随机变化。为了“固定特性”，图林提出了“登记”这个方法。每当一种状态出现时，机器做出随机的尝试性（特性）反应，并被登记。如果这种反应不适当而招致一个痛苦刺激，全面尝试性登记将被删去，而当得到一个愉快刺激时，这些登记转变为固定的。
对于如何更好地进行“教育”过程，图林做了不少有趣的设想，甚至他考虑机器在教育过程中应该有“主动”精神。图林进一步的理论研究，已经遇到了实验上的困难。实际上图林的设想已远远超出当时计算机所能达到水平。在几十年后的神经网络计算机技术上，我们可以看到图林思想的预见性。
4 图林的机器智能思想与控制论的相互影响
在图林的机器智能思想形成的同时，维纳等人的控制论思想也出现了。这两种思想研究的对象是有关的，但至少在战争期间，这两种思想并没有直接交流。维纳等人的“行为、目的和目的论”一文是在1943年初发表的，主要是从行为的角度把动物与机器进行比较找出某些相同的本质。这在图林1947年的文章中并没有反映。当1943年～1944年的冬天对控制论的产生有重要意义的普林斯顿会议召开时，图林已经结束他的美国秘密之行将近一年了。1945年，阿希贝在他的文章中谈到了“用内部重新组织的方法来学习和适应的能力”的原理，阿希贝1948年的某些观点与图林1947年文章中的观点是很接近的，当然他们的出发点不同：一个主要是考虑“反馈—适应”的过程，一个是出自把“无组织机”训练成通用计算机的观点。但是从他们论文的内容来看，无疑都受了心理学和神经生理学成果的很大启发。
根据密契的说法[6]，图林的机器智能观点基本上在战争期间就产生了。因此不大可能出于阿希贝1945年文章的启示。另一方面，由于图林的1947年的文章没有公开发表，也就不能确定他对阿希贝、维纳等人思想影响究竟有多大。但是，战后这两方面的思想交流是无法避免的。1947年春，维纳在参加法国一个教学会议的往返途中，在英国停留了三个星期。他说：“我得了一个极好的机会会晤许多研究快速计算机的人，……更重要的是和德丁顿的图林讨论了控制论的基本思想”。
1948年，维纳的“控制论”发表了。在这部著作中他已经认识计算机去实现类似于神经系统的条件反射的过程（其中包括学习过程）并不是不可能的，这与图林的思想是接近的。但是维纳没有考虑实现的方式，而图林在这方面的研究要深入得多。维纳在该书的序言中说：“图林也许是第一个把机器的逻辑可能性作为一种智力实验来研究的人”。
控制论思想特别是其中包含的行为主义思想对图林还是有一定的影响。从“图林测验”就可以看出这一点。另一方面，控制论思想对图林的影响是比较有限的。可以断定图林是现代机器智能理论研究的主要开创者。
收稿日期：2006—09—25