Od kriptografije do veštačke inteligencije — Alan Tjuring kroz svoja najveća otkrića

Tvorac kompjuterske nauke. Ili IEKYF ROMSI ADXUO KVKZC GUBJ, kako bi bilo napisano na Enigmi.

Sanja Vatić - 6. Novembar, 2017.

Razmišljanje je funkcija čovečije besmrtne duše. Bog je dao besmrtnu dušu svim muškarcima i ženama, ali ne i bilo kojoj drugoj životinji ili mašini. Stoga ni jedna životinja ni mašina ne mogu da razmišljaju. Ja nisam u stanju da prihvatim bilo koji deo ovoga…

  • Alan Tjuring, Računske mašine i inteligencija

Silogizmi poput ovog su možda razlog zašto Alana Matisona Tjuringa na Stenfordu smatraju čak i filozofom. Ovaj čovek bez kog danas ne bismo imali internet i pametan telefon, koristili navigaciju ili igrali igre, na Wikipediji je opisan kao informatičar, matematičar, logičar, kriptoanalitičar i teorijski biolog. 

I ma koliko bila otrcana imenica vizionar, Alan Tjuring je bio baš to. Čovek koji je rođen 1912. godine danas se smatra pionirom u oblastima koje tada još nisu ni imale imena – računarstvo, kognitivne nauke, veštačka inteligencija…

Kako razmišljanjem stižemo do zaključaka?

Bila je 1936. godina kada je na Kraljevskom koledžu na Kembridžu napisao rad „O izračunljivim brojevima” sa primenom na Entscheidungsproblem, tj. problem odluke.

U okviru ovog problema iz sfere matematičke logike postavlja se pitanje „Da li je matematika odlučiva?” Odnosno, pitanje je bilo da li postoji metod odlučivanja za svaku matematičku tvrdnju koji bi davao izlaz u vidu „istina” ili „laž” u zavisnosti od toga da li je tvrdnja istinita ili ne.

Odgovor na pitanje da li je rezonovanje moguće svesti na računanje nije bio jednostavan. Najpre jer je trebalo da se definiše šta je metod. Da bi to odredio Alan je zamislio da je metod nešto što može da se uradi mehanički. A ukoliko je nešto mehaničko, onda to može da uradi i mašina.

U „O izračunljivim brojevima” se govorilo o tome da svaki logički proces može da se raščlani na najjednostavnije komponente. Svaka od komponenti izvodila bi se sekvencijalno, te bi ova mašina mogla da da odgovor na pitanje odlučivosti.

Naravno, ništa ni blizu takve mašine nije postojalo tridesetih godina prošlog veka. Ona je bila tek produkt Tjuringovog misaonog eksperimenta.

Naime, Alan je zamislio beskonačno dugu traku sa ćelijama u kojima se nalaze nule i jedinice na osnovu kojih se mašina kretala gore-dole, levo-desno. Bila je to jednostavna mašina sa konačnim brojem stanja – svako stanje je upućivalo na to šta će da se desi ako se nula zameni jedinicom, jedinica nulom ili se ostavi kako jeste.

Ta mašina koju je razvio u glavi danas je poznata kao Tjuringova mašina. Tim jednostavnim radnjama pokazano je da može da postoji mehanički uređaj koji će izvršavati iste računarske zadatke kao i čovek.

S Tjuringovom mašinom rođena je i matematička logika. Prvi put se mislilo o algoritmima i računarima.

Ne samo da je osmislio mašinu, Tjuring je i svakom mogućem od beskonačnog broja logičkih zadataka namenio po jednu mašinu. Iz toga se rodila ideja o univerzalnoj mašini koja je mogla da čita i izvršava zadatke svake od tih pojedinačnih mašina i tako izvodi sve moguće logičke zadatke.

Što se rešavanja problema odluke tiče, dokazao je da matematika nije odlučiva. Drugim rečima, konačan metod koji bi na osnovu ulaza (matematičke tvrdnje) dao izlaz u formi laž ili istina ne postoji. Tjuringov rad objasnio je da je preko algoritma nemoguće doneti odluku da li su aritmetičke tvrdnje tačne jer mašina nahranjena podacima može da oponaša samo njima opisano stanje.

Idejom o Tjuringovoj mašini je tek zagrebao potragu za odgovorima na pitanja o prirodi uma koja su ga mučila: Šta je mentalni proces? Kako razmišljanjem stižemo do zaključaka? Šta naš mozak radi dok razmišljamo?

Od Hail Hitler do Hitler kaput

Bez obzira na sve do čega je došao, bio je niko i ništa. Bio je previše mlad i s premalo radova iza sebe koji pri tom ni na šta konkretno nisu bili primenjeni da bi bio poznat u naučnoj zajednici. Trebalo je da izbije rat da bi njegov potencijal mogao da bude iskorišćen.

Na Enigmi, mašini za šifrovanje poruka koju je koristila nemačka vojska, uspeo je da primeni svoje znanje. Ova mašina radila je pomoću elektromehaničkog sistema sa rotorima.

Za svaki znak ukucan na mašini rotori su menjali poziciju i premeštali ukucane znake kreirajući šifrovane poruke. I pošaljilac i primalac poruke su morali da imaju Enigma mašine sa istim podešavanjima da bi slali tj. čitali poruke.

Mogućnosti za podešavanje bilo je 1019. Za podmornice koje su bile jedna od većih pretnji za britansku flotu još i više jer su imale jedan rotor više od standardne Enigma mašine, time i oko 1022 mogućih kombinacija.

Oni koji su pokušavali da reše problem svih tih kombinacija Enigme sedeli su u Blečli parku, britanskom sedištu za dešifrovanje poruka. Tu je među matmematičarima, šahistima, lingvistima, statističarima i inženjerima bio i Tjuring. On je radio u Državnoj školi za kodove i šifre gde su se pod oznakom Ultra dešifrovale neprijateljske radio i teleprinterske poruke.

Najjednostavnije objašnjenje za ono što je Alan tada uradio jeste da je konstruisao uređaj koji je mogao da odredi podešavanja rotora i konrolne table Enigme kako bi dešifrovao presretnute poruke.

Među tim porukama bile su i one sa najvišeg nivoa. Tu je su bila naređenja koja su stizala direktno od Hitlera, pa izveštaji generala sa frontova, vremenska prognoza i isporuke zaliha. Alanov mehanizam je 1943. godine dešifrovao 84.000 poruka mesečno.

Mašina koju je Tjuring dizajnirao razbila je Enigmu tako što je tražila tačna podešavanja korišćena za pisanje poruke uz pomoć odgovarajućeg šifrata, odnosno dela otvorenog teksta (na primer, poruke su često sadržale reči „vreme danas”, Hail Hitler”, prezimena i vojnički rang).

Time što se znalo da slovo otkucano na Enigmi nikada nije isto to slovo u poruci, uspeo je da razbije šifru. Pretpostavkom da gleda u „vreme danas” mogao je da eliminiše podešavanja rotora za ta slova, i na kraju dedukcijom dođe do podešavanja mašine.

Veštački mozak

Posle rata Tjuring se našao u Nacionalnoj laboratoriji za fiziku, gde je radio na nečemu što je trebalo da postane prva univerzalna mašina u fizičkom obliku.

Tu je 1946. godine objavio rad o dizajniranju računara sa uskladištenim programima (ACE – Automatic Computing Engine). Uveo je potpuno nov koncept po kom je program skladišten u memoriji i zaslužan je za rad mašine. Time je razvijena ideja o veštačkom mozgu ili električnom mozgu koji oponaša mentalne procese.

Godine 1949. je vodio računarsku laboratoriju na Mančesterskom univerzitetu. Tu se bavio softverom koji je trebalo da pokreće računar Manchester Mark 1. Ideja je bila da kreira input-output sistem i omogući njegovo programiranje koristeći živinu linijsku memoriju sa kašnjenjem od kojih je svaka mogla da čuva do 32 bita podataka.

Godinu dana kasnije, objavio je rad „Računske mašine i inteligencija. U njemu je otvorio pitanje veštačke inteligencije iako u to vreme termin još nije bio skovan. Alan je tek postvio pitanje „Da li mašine mogu da misle? a već je došao do ozbiljne tvrdnje – ono što mogu neuroni u mozgu, to mogu tranzistori u računaru.

Odnosno, pošto je već postavio pretpostavku da mozak radi na mehaničkoj osnovi i da mašina može da simulira njegov rad, smatrao je da postoji formula po kojoj se odvija proces mišljenja. Sve logičke operacije koje se dese unutar naše glave, mogu da se dese i unutar mašine.

U istom radu se prvi put pojavilo i ono što danas zovemo Tjuringov test. Po njemu, mašinu je moguće proglasiti inteligentnom ako čovek ne može da razluči razliku između odgovora koje dobija od mašine i drugog čoveka.

Biologija bez mikroskopa

Osim mašinama, Tjuring se bavio i biologijom. Pedesetih godina zanimao se za morfogenezu ili razvoj šablona i oblika u organizmima. U tom smislu je Fibonačijevu filotaksiju (kako Fibonačijev niz postoji u strukturi biljke) tumačio kao sistem međusobnih hemijskih reakcija i difuzije u prostoru (reakciono-difuzni sistem).

Po Tjuringovoj teoriji u organizmima postoje dve hemikalije od kojih jedna menja pigment kože, a druga sprečava menjanje. U zavisnosti od interakcije ove dve hemikalije (koje je nazvao morfogenima) postoje i različite šare na biljkama i životinjama. Do rešanja je došao, a da ni jednom nije pogledao kroz mikroskop. Hemikalije je opisao jednačinama.

Silogizam za kraj

Nažalost, svi Alanovi izumi nisu mogli da mu pomognu kada je otkriveno da je homoseksualac. U Britaniji je 1952. godine sklonost za istim polom smatrana krajnje nepristojnom (rečima tadašnjeg zakona „gross indecency”). Toliko nepristojnim da je Tjuring morao da pristane na hemijsku kastraciju dietilstilbestrolom ukoliko ne želi da služi zatvorsku kaznu. Malo pre nego što je priznao krivicu za nepristojno ponašanje, u pismu kolegi matematičaru Normanu Ratlidžu sastavio je sledeći silogizam:

Tjuring veruje da mašine mogu da misle
Tjuring spava sa muškarcima
Prema tome mašine ne mogu da misle

Sedmog juna 1954. godine, 16 dana pre svog 42. rođendana, Tjuring je pojeo jabuku punu cijanida.


Odbrana Tjuringove mašine od hipstera koji žele novo i bolje, a da još uvek ne razumeju razliku između starog i bezvremenog

Ko je bio Edsher Dajkstra, čovek koji je učinio računarsku nauku — naukom?

Ko je bila prva programerka, Ejda Lavlejs?