圖靈測(cè)試介紹 圖靈機(jī)的工作原理詳解

圖靈測(cè)試簡(jiǎn)介

圖靈測(cè)試（TheTuringtest）由艾倫·麥席森·圖靈發(fā)明，指測(cè)試者與被測(cè)試者（一個(gè)人和一臺(tái)機(jī)器）隔開的情況下，通過一些裝置（如鍵盤）向被測(cè)試者隨意提問。

進(jìn)行多次測(cè)試后，如果有超過30%的測(cè)試者不能確定出被測(cè)試者是人還是機(jī)器，那么這臺(tái)機(jī)器就通過了測(cè)試，并被認(rèn)為具有人類智能。圖靈測(cè)試一詞來源于計(jì)算機(jī)科學(xué)和密碼學(xué)的先驅(qū)阿蘭·麥席森·圖靈寫于1950年的一篇論文《計(jì)算機(jī)器與智能》，其中30%是圖靈對(duì)2000年時(shí)的機(jī)器思考能力的一個(gè)預(yù)測(cè)，目前我們已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于這個(gè)預(yù)測(cè)。

圖靈測(cè)試測(cè)試內(nèi)容

圖靈提出了一種測(cè)試機(jī)器是不是具備人類智能的方法。即假設(shè)有一臺(tái)電腦，其運(yùn)算速度非常快、記憶容量和邏輯單元的數(shù)目也超過了人腦，而且還為這臺(tái)電腦編寫了許多智能化的程序，并提供了合適種類的大量數(shù)據(jù)，那么，是否就能說這臺(tái)機(jī)器具有思維能力？

圖靈肯定機(jī)器可以思維的，圖靈測(cè)試他還對(duì)智能問題從行為主義的角度給出了定義，由此提出一假想：即一個(gè)人在不接觸對(duì)方的情況下，通過一種特殊的方式，和對(duì)方進(jìn)行一系列的問答，如果在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，他無法根據(jù)這些問題判斷對(duì)方是人還是計(jì)算機(jī)，那么，就可以認(rèn)為這個(gè)計(jì)算機(jī)具有同人相當(dāng)?shù)闹橇?，即這臺(tái)計(jì)算機(jī)是能思維的。這就是著名的“圖靈測(cè)試”（TuringTesTIng）。當(dāng)時(shí)全世界只有幾臺(tái)電腦，其他幾乎所有計(jì)算機(jī)根本無法通過這一測(cè)試。

要分辨一個(gè)想法是“自創(chuàng)”的思想還是精心設(shè)計(jì)的“模仿”是非常難的，任何自創(chuàng)思想的證據(jù)都可以被否決。圖靈試圖解決長(zhǎng)久以來關(guān)于如何定義思考的哲學(xué)爭(zhēng)論，他提出一個(gè)雖然主觀但可操作的標(biāo)準(zhǔn)：如果一臺(tái)電腦表現(xiàn)（act）、反應(yīng)（react）和互相作用（interact）都和有意識(shí)的個(gè)體一樣，那么它就應(yīng)該被認(rèn)為是有意識(shí)的。

為消除人類心中的偏見，圖靈設(shè)計(jì)了一種“模仿游戲”即圖靈測(cè)試：遠(yuǎn)處的人類測(cè)試者在一段規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，根據(jù)兩個(gè)實(shí)體對(duì)他提出的各種問題的反應(yīng)來判斷是人類還是電腦。通過一系列這樣的測(cè)試，從電腦被誤判斷為人的幾率就可以測(cè)出電腦智能的成功程度。

圖靈預(yù)言，在20世紀(jì)末，一定會(huì)有電腦通過“圖靈測(cè)試”。2014年6月7日在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)舉行的“2014圖靈測(cè)試”大會(huì)上，舉辦方英國(guó)雷丁大學(xué)發(fā)布新聞稿，宣稱俄羅斯人弗拉基米爾·維西羅夫（VladimirVeselov）創(chuàng)立的人工智能軟件尤金·古斯特曼（EugeneGoostman）通過了圖靈測(cè)試。雖然“尤金”軟件還遠(yuǎn)不能“思考”，但也是人工智能乃至于計(jì)算機(jī)史上的一個(gè)標(biāo)志性事件。

圖靈機(jī)的工作原理詳解

關(guān)于圖靈機(jī)背景

圖靈機(jī)的歷史發(fā)展圖靈機(jī)被公認(rèn)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的原型，這臺(tái)機(jī)器可以讀入一系列的零和一，這些數(shù)字代表了解決某一問題所需要的步驟，按這個(gè)步驟走下去，就可以解決某一特定的問題。這種觀念在當(dāng)時(shí)是具有革命性意義的，因?yàn)榧词乖?0年代的時(shí)候，大部分的計(jì)算機(jī)還只能解決某一特定問題，不是通用的，而圖靈機(jī)從理論上卻是通用機(jī)。

圖靈機(jī)的產(chǎn)生一方面奠定了現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)（要知道后來馮?諾依曼就是根據(jù)圖靈的設(shè)想才設(shè)計(jì)出第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的）。另一方面，根據(jù)圖靈機(jī)這一基本簡(jiǎn)潔的概念，我們還可以看到可計(jì)算的極限是什么。也就是說實(shí)際上計(jì)算機(jī)的本領(lǐng)從原則上講是有限制的。請(qǐng)注意，這里說到計(jì)算機(jī)的極限并不是說它不能吃飯、掃地等硬件方面的極限，而是僅僅就從信息處理這個(gè)角度，計(jì)算機(jī)也仍然存在著極限。這就是圖靈機(jī)的停機(jī)問題。

圖靈機(jī)原理及分析

圖靈的基本思想是用機(jī)器來模擬人們用紙筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程，他把這樣的過程看作下列兩種簡(jiǎn)單的動(dòng)作：１）在紙上寫上或擦除某個(gè)符號(hào)；２）把注意力從紙的一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置；而在每個(gè)階段，人要決定下一步的動(dòng)作，依賴于（a）此人當(dāng)前所關(guān)注的紙上某個(gè)位置的符號(hào)和（b）此人當(dāng)前思維的狀態(tài)。為了模擬人的這種運(yùn)算過程，圖靈構(gòu)造出一臺(tái)假想的機(jī)器，該機(jī)器由以下幾個(gè)部分組成：

一條無限長(zhǎng)的紙帶。紙帶被劃分為一個(gè)接一個(gè)的小格子，每個(gè)格子上包含一個(gè)來自有限字母表的符號(hào)，字母表中有一個(gè)特殊的符號(hào)表示空白。紙帶上的格子從左到右依此被編號(hào)為0，1，2，。..，紙帶的右端可以無限伸展。一個(gè)讀寫頭。該讀寫頭可以在紙帶上左右移動(dòng)，它能讀出當(dāng)前所指的格子上的符號(hào)，并能改變當(dāng)前格子上的符號(hào)。一個(gè)狀態(tài)寄存器。它用來保存圖靈機(jī)當(dāng)前所處的狀態(tài)。圖靈機(jī)的所有可能狀態(tài)的數(shù)目是有限的，并且有一個(gè)特殊的狀態(tài)，稱為停機(jī)狀態(tài)。

一套控制規(guī)則。它根據(jù)當(dāng)前機(jī)器所處的狀態(tài)以及當(dāng)前讀寫頭所指的格子上的符號(hào)來確定讀寫頭下一步的動(dòng)作，并改變狀態(tài)寄存器的值，令機(jī)器進(jìn)入一個(gè)新的狀態(tài)。這個(gè)機(jī)器的每一部分都是有限的，但它有一個(gè)潛在的無限長(zhǎng)的紙帶，因此這種機(jī)器只是一個(gè)理想的設(shè)備。圖靈認(rèn)為這樣的一臺(tái)機(jī)器就能模擬人類所能進(jìn)行的任何計(jì)算過程下面我們用另一種思想來理解圖靈機(jī)：注：以下內(nèi)容來自百度文庫(kù)：小蟲的比喻：我們不妨考慮這樣一個(gè)問題。假設(shè)一個(gè)小蟲在地上爬，那么我們應(yīng)該怎樣從小蟲信息處理的角度來建立它的模型呢？

首先，我們需要對(duì)小蟲所在的環(huán)境進(jìn)行建模。我們不妨假設(shè)小蟲所處的世界是一個(gè)無限長(zhǎng)的紙帶，這個(gè)紙帶上被分成了若干小方格，而每個(gè)方格都只有黑白兩種顏色。黑色表示該方格有食物，白色就表示沒有。假設(shè)小蟲僅具有一個(gè)感覺器官：眼睛，而且它的視力差得可憐，也就是說它僅僅能夠感受到它所處的方格的顏色。因而這個(gè)方格所在的位置的黑色或者白色的信息就是小蟲的輸入信息。其次，小蟲有輸出動(dòng)作，它可以在方格上前移，后移，還可以涂寫方格成黑色或者白色。最后，小蟲還會(huì)有兩種內(nèi)部狀態(tài)，即{饑餓，吃飽}。這樣小蟲的行動(dòng)按照下面的程序進(jìn)行：

程序：

輸入?當(dāng)前內(nèi)部狀態(tài)??輸出??下時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)

黑??饑餓???? ?涂白???吃飽

黑??吃飽???? ?后移???饑餓

白??饑餓??? ??涂黑???饑餓

白??吃飽??? ??前移???吃飽

即如果當(dāng)前處于饑餓狀態(tài)，則有食物就吃掉，沒有食物就“吐出食物”；如果當(dāng)前處于吃飽的狀態(tài)，則如果沒有食物就前移，如果有就后退，并且轉(zhuǎn)入饑餓狀態(tài)。那么當(dāng)小蟲子讀入黑白白黑白??這樣的紙帶的時(shí)候，會(huì)怎樣行動(dòng)呢？小蟲用圓圈表示，它從最左邊開始移動(dòng)，灰色表示饑餓狀態(tài)，白色表示吃飽狀態(tài)。箭頭表示移動(dòng)的方向。從上到下，小蟲一步一步地根據(jù)紙帶的顏色和它自己的內(nèi)部狀態(tài)查

找規(guī)則表中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)而采取行動(dòng)。例如第5步讀入方格是黑色，內(nèi)部狀態(tài)為吃飽，根據(jù)這兩項(xiàng)輸入信息查找規(guī)則表找到對(duì)應(yīng)項(xiàng)是第二項(xiàng)，根據(jù)小蟲應(yīng)該后移，且內(nèi)部狀態(tài)變?yōu)轲囸I。不難看到，到了第8步，情況跟第4步完全相同，輸入都是白色紙帶和饑餓狀態(tài)，根據(jù)程序，小蟲將重復(fù)4－8之間的動(dòng)作，并一直持續(xù)下去??。盡管從長(zhǎng)期來看，小蟲會(huì)落入機(jī)械的循環(huán)，然而當(dāng)你輸入給小蟲白色信息的時(shí)候，它的反應(yīng)可能完全不同（如第4步和第6步的行為）所以，只要小蟲子的內(nèi)部狀態(tài)和程序非常復(fù)雜，那么小蟲的行為也會(huì)越來越超出你的想象！相信你已經(jīng)明白了這個(gè)小蟲模型，那么你就掌握了圖靈機(jī)的工作原理，因?yàn)閺谋举|(zhì)上講，這個(gè)小蟲模型就是一臺(tái)圖靈機(jī)。圖靈機(jī)是一個(gè)會(huì)對(duì)輸入信息進(jìn)行變換給出輸出信息的系統(tǒng)。比如前面說的小蟲，紙帶上的一個(gè)方格一個(gè)方格的顏色信息就是對(duì)小蟲的輸入，而小蟲所采取的行動(dòng)就是它的輸出。不過這么看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，似乎小蟲的輸出太簡(jiǎn)單了。因?yàn)樗鼉H僅就有那么幾種簡(jiǎn)單的輸出動(dòng)作。然而，不要忘了，復(fù)雜性來源于組合！雖然每一次小蟲的輸出動(dòng)作很簡(jiǎn)單，然而當(dāng)把所有這些輸出動(dòng)作組合在一起，就有可能非常復(fù)雜！比如我們可以把初始時(shí)刻的紙帶看作是輸入信息，那么經(jīng)過任意長(zhǎng)的時(shí)間比如說100年后，小蟲通過不斷的涂抹紙帶最后留下的信息

就是輸出信息了。那么小蟲完成的過程就是一次計(jì)算。事實(shí)上，在圖靈機(jī)的正規(guī)定義中，存在一個(gè)所謂的停機(jī)狀態(tài)，當(dāng)圖靈機(jī)一到停機(jī)狀態(tài)，我們就認(rèn)為它計(jì)算完畢了，因而不用費(fèi)勁的等上100年。我們自然可以通過組合若干圖靈機(jī)完成更大更多的計(jì)算，如果把一個(gè)圖靈機(jī)對(duì)紙帶信息變換的結(jié)果又輸入給另一臺(tái)圖靈機(jī)，然后再輸入給別的圖靈機(jī)??，這就是把計(jì)算進(jìn)行了組合。也許你還在為前面說的無限多的內(nèi)部狀態(tài)，無限復(fù)雜的程序而苦惱，那么到現(xiàn)在，你不難明白，實(shí)際上我們并不需要寫出無限復(fù)雜的程序列表，而僅僅將這些圖靈機(jī)組合到一起就可以產(chǎn)生復(fù)雜的行為了。