No.39 🤖人工智能风云录之图灵开天香农辟地

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• 标题: No.039 AI人工智能风云录：图灵开天，香农辟地

• 作者: 刘飞、潇磊

• 网址: https://www.xiaoyuzhoufm.com/episode/63f74a9c79d1c9aec859dfce

Overview

本期节目开启了《半拿铁》“人工智能风云录”系列的第一章，从人工智能的史前史讲起，追溯了计算机科学之父艾伦·图灵（Alan Turing）和信息论之父克劳德·香农（Claude Shannon）两位奠基人的传奇人生。节目核心论题是：现代人工智能的理论基础并非凭空出现，而是在20世纪中叶由这两位天才科学家分别奠定的——图灵提出了”可计算性”的理论框架和判定机器智能的图灵测试（Turing Test），香农则创立了信息论（Information Theory），为信息的量化、编码和传输奠定了数学基础。两位科学家在贝尔实验室的相遇，以及他们关于”人造智能”的激烈讨论，成为了人工智能学科诞生前最重要的思想交汇。

按主题梳理

图灵与图灵机：计算理论的奠基

艾伦·图灵（Alan Turing）的人生轨迹堪称一部天才与悲剧交织的传奇。1912年生于英国伦敦的图灵，从小就表现出与众不同的性格特质——不爱户外运动却痴迷于阅读与思考，据说仅用三周时间就学会了认字。7岁时会把玩具埋在土里，相信”种瓜得瓜、种豆得豆”的逻辑；13岁时在大罢工期间骑行96公里去上学，展现出惊人的意志力。16岁时，图灵已经能够读懂爱因斯坦的论文，并敏锐地发现爱因斯坦对牛顿理论持有怀疑态度——尽管这种怀疑并未明言。

19岁考入剑桥大学国王学院学数学后，图灵的才华迅速绽放。22岁成为国王学院院士（Fellow），24岁时（1936年）发表了那篇改变世界的论文《论可计算数及其在判定问题上的应用》（On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem）。这篇论文提出了后来被称为”图灵机”（Turing Machine）的概念模型，核心论点是：所有可计算的问题，逻辑上都可以用机械手段解决。图灵机的构造极为简洁——一条无限长的纸带、一个读写头、一套规则表和一个状态寄存器——却成为了后世所有计算机的理论原型。

图灵机的伟大之处在于其”极简又能运行”的特性。后世甚至有一种名为”Brainfuck”的编程语言，仅用8个命令和两个指针就实现了图灵机的全部功能，虽然编程极其繁琐，却证明了图灵完备性（Turing Completeness）的普适性。正如节目中提到的：图灵机的概念”就像爱因斯坦寻找智能方程、万物之理的过程”，它提供了一个最基础的模型，后世所有计算机都建立在这一基础之上。

然而，1936年这篇论文发表时，几乎无人问津——当时连”计算机”的概念都尚未普及，图灵的思想过于超前。1938年，26岁的图灵前往普林斯顿大学深造，冯·诺伊曼（John von Neumann）曾邀请他担任博士后助理，但图灵选择回到英国。二战的爆发让图灵的人生转向另一个方向——他被英国皇家海军招募，领导”图灵小组”破解德国的恩尼格玛密码机（Enigma）。这项工作让盟军在欧洲的胜利至少提前了两年，图灵也因此获得了大英帝国的荣誉。

1945年二战结束后，图灵回到英国国家物理实验室，试图实现他的图灵机梦想。他设计了世界上第一个完整的电子存储程序数字计算机——自动计算引擎（Automatic Computing Engine, ACE），时钟频率达到1兆赫兹（1MHz），相当于每秒100万个周期，这是当时顶尖的水平。然而，由于组织管理问题、预算限制以及图灵本人”科学家而非工程师”的局限，ACE项目最终未能成为第一台实际运行的计算机。美国宾夕法尼亚大学研制的ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer，电子数值积分计算机）抢先一步，成为了公认的第一台计算机。

1950年，图灵发表了另一篇具有里程碑意义的论文《计算机器与智能》（Computing Machinery and Intelligence），提出了著名的”图灵测试”（Turing Test）：如果人类无法分辨对话的另一端是人还是机器，那么就证明机器具有智能。这一概念不仅确立了图灵”人工智能之父”的地位，更成为了此后数十年人工智能研究的核心目标。几乎每隔几年就有人声称自己的产品”通过了图灵测试”，媒体也乐此不疲地渲染”人类新纪元即将开始”——这种周期性的舆论热潮，直到今天仍在重演。

图灵还提出了”学习机器”（Learning Machine）的概念，认为计算机应该能够模拟人类的学习能力，从经验中成长，而不是仅仅死记硬背。他甚至在1952年预测：计算机通过图灵测试可能需要100年，也就是到2052年左右才有希望。图灵在曼彻斯特实验室期间开发了许多有趣的程序，包括用计算机输出音符（通过风扇转速调节频率）、与统计学家Champ合作的国际象棋程序（纸上模拟）等。这些工作虽然受限于当时的硬件条件无法实际运行，却为后来的人工智能研究指明了方向。

然而，图灵的个人生活却走向了悲剧。1952年，图灵因同性恋行为被起诉（当时英国法律将同性恋定为犯罪），面临坐牢或化学阉割的选择。为了不失去工作和学术前途，图灵选择了后者——注射雌性激素。这一”治疗”带来了严重的身体变化和心理折磨。1954年6月8日，图灵被发现死于家中，年仅41岁，死因是氰化物中毒。关于这是否为自杀，至今仍是科学史上的悬案——尽管图灵死前四个月立下遗嘱，状态低迷，但他的朋友们认为他那段时间其实很乐观。无论真相如何，图灵的早逝是科学界的巨大损失。

直到2014年，英国女王伊丽莎白二世才宣布赦免图灵，16年英国政府更宣布对历史上所有因同性恋被定罪者予以赦免，这一法案被称为”图灵法”（Turing Law）。图灵奖（Turing Award）自1966年起颁发，被誉为”计算机领域的诺贝尔奖”；时代周刊将图灵评为20世纪最重要的100人之一。关于苹果Logo被咬掉一口是为了纪念图灵的传说虽然从未被官方证实，但它已成为一种浪漫的集体记忆——正如节目所说：“每一个在敲键盘、打开电子表格或者文字处理程序的人，都在用的是图灵机。“

香农与信息论：通讯时代的数学基础

克劳德·艾尔伍德·香农（Claude Elwood Shannon）与图灵同龄（1916年生），却走过了截然不同的人生轨迹。香农的父亲是商人（巧合的是，父子俩名字完全相同），母亲是教师，家境中产。香农从小就表现出极强的动手能力：制作飞机模型、无线电遥控模型船，甚至搭建了一套连通半英里外朋友家的铁丝网电报系统。他的童年偶像是爱迪生，而后来他发现爱迪生竟是自己的远方表亲——都是德国移民的后裔。

香农的学术道路一帆风顺：1932年进入密歇根大学，四年后双学位毕业（电气工程和数学）；1936年麻省理工电气工程硕士毕业，硕士论文《对继电器和开关电路的符号分析》（A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits）将开关、继电器、二进制和布尔代数（Boolean Algebra）联系起来，构成了现代计算机的物理基础。这篇论文后来被评为”本世纪最重要的硕士学位论文”，并获得美国土木工程师协会的阿尔弗雷德·诺布尔奖（Alfred Noble Prize）——每次获奖者都必须向媒体解释”这不是那个诺贝尔奖（Nobel Prize）”。

1938年博士毕业后，香农进入普林斯顿高等研究所工作。这里云集了爱因斯坦、哥德尔、冯·诺伊曼、费曼等顶尖学者。有一次香农正在上课，爱因斯坦突然从后门走进来听了一会儿，与后排某人耳语几句后离开。课后香农急忙跑去问那人：“爱因斯坦说什么了？给我什么建议了吗？“对方回答：“他问卫生间怎么走。”

二战的爆发改变了香农的轨迹——他加入了贝尔实验室（Bell Labs）。在这里，香农最大的收获之一是认识了艾伦·图灵。当时图灵作为访问学者来到贝尔实验室，两人一个是搞密码加密的，一个是搞密码解密的，“正好可以互相实验”。图灵向香农介绍了图灵机的概念，两人就”人造智能”的未来展开了激烈讨论。1950年，香农还专程到曼彻斯特大学拜访图灵，看到了他那个纸上模拟的国际象棋程序——这也是两位大师的最后一次见面，四年后图灵便去世了。

在贝尔实验室工作期间，香农的注意力逐渐转向了信息的本质。他发现许多事物都可以抽象成相同的信息过程：发射器、接收器、噪声——这个模型可以应用于DNA信息传播、盟军战斗计划传递等各种场景。1948年，香农发表了《通讯的数学理论》（A Mathematical Theory of Communication），将论文标题中的不定冠词”A”改为定冠词”The”，标志着这一理论的权威性确立。科学界评价：“信息论的建立对信息科学的意义，就如同发明文字对文学的意义一样。“《科学美国人》杂志后来将这篇论文称为”信息时代的大宪章”。

香农的核心贡献有两个：

第一，信息的量化——信息熵（Information Entropy）。香农借用了热力学中”熵”（Entropy）的概念，将其改造为信息熵的公式。信息熵描述的是信息的不确定性：抛一枚均匀硬币的结果是1比特（bit）的信息量；如果硬币两面相同，信息量为0；一个英文字符（26个字母加空格）的信息量约为4.75比特——这就是现代计算机中”一个字节8比特”（8-bit byte）的由来。香农通过这一概念，首次将信息的价值彻底量化，为所有电子信息时代奠定了基础。

第二，通讯容量的极限——香农公式（Shannon’s Formula）。香农证明了在特定信道宽度（带宽，Bandwidth）下，信息传输速度存在理论上限，即”香农极限”（Shannon Limit）。这相当于在信息高速公路上画出了”车道容量”的上限——只要带宽足够、噪声（Noise）足够低，就可以实现几乎无损的高速传输。这一理论为后来的通讯技术指明了方向，包括华为推动并被写入5G标准的”极化码”（Polar Code），就是目前已知最接近香农极限的编码方式。

达特茅斯会议：人工智能的诞生

1948年香农创立信息论时，贝尔实验室有两位实习生——马文·明斯基（Marvin Minsky）和约翰·麦卡锡（John McCarthy）。明斯基是哈佛大学数学系毕业、普林斯顿数学博士，论文题目是《神经模拟强化系统的理论及其在大脑模型问题上的应用》；麦卡锡也是普林斯顿数学博士，是明斯基的师兄。两人想找香农”组个局”，探讨机器模拟人脑的主题。

他们最初的设想是搞一个文集，取名为《自动机研究》（Automata Studies）——香农为人低调，不喜欢”机器模拟人脑”这种听起来过于”噱头”的名字。但这个标题过于抽象，导致投稿混乱，折腾三年才出版，且反响平平。1955年，已成为达特茅斯学院助理教授的麦卡锡决定再试一次。这次他与IBM工程师纳撒尼尔·罗切斯特（Nathaniel Rochester）合作，提出了七个明确的课题：可编程计算机、自然语言、神经网络、计算复杂性问题、机器自我学习、计算机抽象概念、计算机随机性和创造性。

麦卡锡给这次会议起了一个”特别好听”的名字——“人工智能夏季研讨会”（Summer Research Project on Artificial Intelligence）。这是”人工智能”（Artificial Intelligence, AI）这个词第一次出现在历史上。会议获得了洛克菲勒基金会1万多美元的赞助，并请来香农”背书”。1956年夏天，会议在达特茅斯学院举行，计划封闭讨论两个月，实际集中时间仅一周，组织相当混乱——很多人来来回回，香农待了几天就走了，查不到任何有价值的分享。

麦卡锡后来承认：“我为这次会议设定的目标完全不切实际。本以为经过一个夏天的讨论，就能搞定整个项目……实际上它和一场夏令营没什么区别。”

但这场”夏令营”的历史地位却极其重要：

• AI正式诞生：“人工智能”这个词首次出现，框定的问题后来成为了AI的核心问题

• 开山祖师团成型：与会者后来都成为AI领域的顶级大师：

• 马文·明斯基：1969年图灵奖得主，带来了用3000多个真空管模拟40个神经元的”世界上第一台神经网络计算机”

  • 约翰·麦卡锡：1971年图灵奖得主，提出了Alpha-Beta剪枝算法，后来发明了Lisp语言
  • 赫伯特·西蒙（Herbert Simon） 和 艾伦·纽厄尔（Allen Newell）：1975年共同获得图灵奖，开发了能证明《数学原理》中38条定理的AI程序，开创了符号主义学派
  • 奥利弗·塞弗里奇（Oliver Selfridge）：模式识别学科的奠基人
  • 阿瑟·塞缪尔（Arthur Samuel）：世界上最早的程序员之一，开发了自学跳棋程序，在论文中首次使用”机器学习”（Machine Learning）一词
  • 雷·所罗门诺夫（Ray Solomonoff）：算法信息论的创始人

正如节目中所说，这次会议”剧没干啥事，繁星满天”——这些年轻科学家后来各走各路，开创了AI的不同分支，形成了符号派、连接派和行为派三大门派的对台戏。

香农的晚年：从信息论到杂耍博士

香农在1956年达特茅斯会议后基本进入半退休状态。他从贝尔实验室辞职，到麻省理工任教，却很少参加研究活动。很多人以为他生病了或抑郁了，实际上他是在研究自己真正感兴趣的事——玩。

香农对玩具和杂耍有着近乎痴迷的热爱：

• 机械乌龟：能满屋子跑，碰到墙会拐弯（被称为”忒修斯”Theseus）

• 迷宫老鼠：老鼠能自动走迷宫的玩具（虽然跟AI关系不大，全是机械继电器控制）

• 音乐喷火小号：吹奏时能喷火的小号

• 各种独轮车：没有座位的、没有踏板的、两个人一起骑的

• 魔方机、下棋机器、抛球机器人（能三球抛接）

1960年，香农和同事花1500美元买了台轮盘赌机研究如何作弊，最终造出了世界上第一台”可穿戴计算机”——烟盒大小的装置放鞋里，通过微型扬声器用哒哒声传递预测结果。两人本想去赌场大赚一笔，但在妻子的劝说下放弃了——“黑手党你们打不过”。

香农的杂耍水平达到了专业级别。1985年他意外出现在英国国际信息理论研讨会上，大家都以为这位”活化石”早已去世。香农讲了几句话后，从口袋里掏出三个手抛球开始表演——“我给大家出个兴，我给大家亮个相”。会议主席后来回忆说，这情形”就好比现代物理学会上突然牛顿他老人家来了”。

香农家中摆满了各种玩具，唯一珍视的奖项是”国际杂耍大奖赛杂耍博士奖”——斯坦福大学颁发的非正式但正经的奖项。香农曾说：“我总是想单纯地追寻我的兴趣，不考虑经济价值或者对世界的贡献……我在毫无用途的事情上花了很多时间。”

香农晚年患有阿尔茨海默症，2001年去世。但他对AI的态度始终乐观，甚至预言：“一旦机器打败了我们的大师，写出了我们的诗歌，完成了我们的数学证明，管理了我们的财产……我们就要做好’灭绝’的准备……这些目标可能意味着逐步淘汰愚蠢的、熵增的、好战的人类，转而支持更合逻辑的、节约能源的、友善的物种——也就是计算机。“

三大门派的确立：从幼儿园到小学生

达特茅斯会议后，AI领域逐渐形成了三个主要学派：

符号派（Symbolicism）：主张制定规则、研究原理、将知识抽象成符号。认为只要把所有知识形式化、符号化，计算机就能通过逻辑推演解决问题。麦卡锡、明斯基、西蒙、纽厄尔都是这一派的代表人物。

连接派（Connectionism）：主张模拟人脑，关注生物科学、神经科学和心理学。认为不需要管具体规则，只要机器像人脑一样运作就能产生智能。这一派长期被符号派打压，直到几十年后才重新崛起。

行为派（Behaviorism）：主张”论迹不论心”，只看机器的行为结果。通过试错和反馈（做对了给奖励，做错了给惩罚）让机器自我迭代，类似于进化论的逻辑，因此也被称为进化主义学派。

节目将1950年代的AI比作”幼儿园”阶段——这个”小孩”（AI）没什么学科知识，也不知道怎么教，只能试着学一点。从图灵确立”图灵测试”这个目标，到达特茅斯会议试图讨论”怎么教”，再到后来分科教学、路线斗争，AI的发展历程就像一个人从幼儿园逐渐成长的过程。而这个”小孩”，在经历了六七十年的学习后，终于在2023年（节目录制时间）似乎”能多做一点工作了”。

正如节目的结束语：“图灵开天，香农辟地，达特茅斯创世纪，符号连接行为主义三大门派唱对台戏”——这，就是人工智能的史前史与创世纪。