1.3 游戲中的機器

只有當“機器”這個詞的意義確定下來后，在第1節中提出的問題才能明確下來。自然的是，我們應該希望允許一切技術被用在我們的機器上。我們也希望允許這種可能：一個或一隊工程師制造出一個可以工作的機器，但是卻不能令人滿意地描述機器的工作方式，因為他們主要使用實驗（experimental）的方法來設計它。最后，我們希望從機器的定義中排除以通常方式出生的人。要構造一種定義來同時滿足這三個條件是困難的。有人可能會要求這些工程師都是同一性別，但這實際上也不會令人滿意，因為通過一個人的一個皮膚細胞養育一個完整的個體不是完全不可能的，這將是值得最高獎賞的生物科技的功績，但我們不認為這是“建造一臺能夠思考的機器”的案例。這促使我們放棄允許一切技術的那個要求，我們之所以這樣，是鑒于目前“能思考的機器”的研究興趣是由一種特殊的通常被稱為“電子計算機”或“數字計算機”的機器喚起的，因此，我們僅僅允許“數字計算機”參加我們的游戲。

艾倫·圖靈是嚴謹務實的，在使用概念之前對概念做出清晰的界定，在這里他對“機器”的含義做了界定。

（1）在一個現實的機器上，不可能同時使用人類的一切技術或大多數技術，艾倫·圖靈在本文中沒有把DNA計算、量子計算等技術作為基礎，而是將“電子計算機”或“數字計算機”作為基礎。

（2）能制造機器，不代表能清晰準確地描述機器，通過實驗的方法制造的機器與采用遞歸函數等數學方式構思的機器是不同的。

（3）為了方便討論，艾倫·圖靈將以通常方式出生的人排除在機器的定義之外。

關于人與機器之間的關系，存在多種不同甚至截然相反的觀點。例如，法國科學家拉·梅特里（1709～1751）認為“人是機器”，并出版了名著《人是機器》，中譯版由商務印書館出版。拉·梅特里在《人是機器》中有這樣一段表述：“人是一架如此復雜的機器，要想一開始便對它有一個明確的完整的概念，也就是說，一開始便想給它下一個定義，這樣的事是不可能的。就是因為這個緣故，那些偉大的哲學家們先天地、也就是說想借助于精神的羽翼做出來的研究，結果證明都是枉費心機。因此除了后天地，是別無他法可想的；也就是說，只有設法，或者說，通過從人體的器官把心靈解剖分析出來，這樣我們才有可能——我不說這樣便無可爭辯地發現了人性本身，但至少是——在這個問題上接近最大程度的或然性。”

定義“人”是困難的，定義“機器”或“計算機器”也是困難的。拉·梅特里在他的書中，反復提到“經驗和觀察”。這里需要提醒注意的是，數學不是自然科學，因為數學是先驗的，也就是當你確定公理之后，所有的數學結論就已經確定了，不需要做實驗就可以通過邏輯推理來得到它們。但是自然科學是經驗的，因為自然科學基于實驗，必須通過實驗才能歸納出原理，而且原理是可能被新的事實推翻的。

拉·梅特里的《人是機器》是18世紀法國第一部以公開的無神論形式出現的系統的機械唯物主義的著作，書中列舉了大量的醫學、解剖學、生理學的論據來論證“人是機器”，說明人和其他動物一樣也是機器一般的物質實體，所謂靈魂只是肉體的產物，從而抨擊靈魂不朽的宗教教義。拉·梅特里曾做過軍醫，而他自己卻不幸患病。他根據對自己病情的觀察，獲得這樣的信念：人的精神活動取決于人的機體組織；思想只不過是大腦中機械活動的結果，當體力上變得更虛弱時，精神功能也會衰退。全書的主題是討論宗教神學、形而上學所主張的心靈實體問題，在當時反對封建制度和宗教神學的斗爭中起到了積極的作用。

與拉·梅特里類似，馬文·明斯基（Marvin Lee Minsky，1969年圖靈獎獲得者）也認為“大腦不過是肉做的機器而已”。但莫里斯·威爾克斯（Maurice Vincent Wilkes，1967年圖靈獎得主）認為“動物和機器使用完全不同的材料，是按十分不同的原理構成的”。

為什么有人可能會要求這些工程師都是同一性別呢？因為不同性別的工程師之間可能通過受精懷孕的方式產生后代，需要排除發生這種情況的可能性。艾倫·圖靈的思維極其縝密，他考慮到了利用體細胞而非性細胞進行繁殖的可能性。性細胞是決定性別的細胞（精子、卵子），其形態、結構、功能與體細胞有別，其染色體數目為體細胞的一半。

威爾克斯1913年6月26日生于英國。1946年5月，他獲得了馮·諾依曼起草的EDVAC計算機的設計方案的一份復印件。EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）在賓夕法尼亞大學莫爾學院于1945年開始研制，是按存儲程序式思想設計的，并能對指令進行運算和修改，因而可自動修改其自身的程序。但由于在工程上遇到困難，EDVAC遲至1952年才完成，造成“研制開始在前，完工在后”的局面，而讓威爾克斯占去先機。

威爾克斯仔細研究了EDVAC的設計方案，8月又親赴美國參加了莫爾學院舉辦的計算機培訓班，廣泛地與EDVAC的設計研制人員進行接觸和討論，進一步弄清了它的設計思想和技術細節。回國之后，威爾克斯立即以EDVAC為藍本設計自己的計算機并組織實施，起名為EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Calculator）。

EDSAC采用水銀延遲線作為存儲器，可存儲34bit字長的字512個，加法時間1.5ms，乘法時間4ms。威爾克斯還首次成功地為EDSAC設計了一個程序庫，保存在紙帶上，需要時送入計算機。但是EDSAC在工程實施中同樣遇到困難：不是在技術上，而是資金缺乏。在關鍵時刻，威爾克斯成功地說服了倫敦一家面包公司Lyons的老板投資該項目，終于使計劃絕處逢生。1949年5月6日，EDSAC首次試運行成功，它從紙帶上讀入一個生成平方表的程序并執行，正確地打印出結果。作為對投資的回報，Lyons公司取得了批量生產EDSAC的權利，這就是于1951年正式投入市場的LEO（Lyons Electronic Office）計算機，這通常被認為是世界上第一個商品化的計算機型號，因此這也成了計算機發展史上的一件趣事：第一家生產出商品化計算機的廠商原先竟是面包房。Lyons公司后來成為英國著名的“國際計算機有限公司”（ICL）的一部分。

除了能生成平方表，EDSAC在試運行期間就完成了一系列重大任務，向世人展示了計算機的巨大潛力。著名的統計學家羅納德·艾爾默·費希爾（Ronald Aylmer Fisher）寫了一個二階非線性微分方程，程序員編出程序后，輸入EDSAC很快就給出了解，這令費希爾嘆為觀止。

EDSAC還為劍橋大學著名的生物學家約翰·肯德魯（John Kendrew）分析了成百上千張有關分子結構的X射線衍射圖像的照片，肯德魯因為這方面的成就而榮獲1962年諾貝爾化學獎，他多次提到EDSAC在他的研究工作中所發揮的無可比擬的作用。射電天文學的主要創始人、因發明綜合孔徑射電望遠鏡而榮獲1974年諾貝爾物理學獎的馬丁·賴爾（Martin Ryle），也是在EDSAC上對獲得的天文照片進行分析和綜合從而取得成果的。

在設計與制造EDSAC的過程中，威爾克斯絕不是簡單地模仿和照搬EDVAC的設計，而是創造和發明了許多新的技術和概念。諸如“變址”（威爾克斯當時稱為“浮動地址”）、“宏指令”（威爾克斯當時稱為“綜合指令”）、微程序設計、子例程及子例程庫、高速緩沖存儲器（Cache）等。所有這些都對現代計算機的體系結構和程序設計技術產生了深遠的影響。

此限制第一眼看上去過于嚴格，我會試圖說明事實并非如此。要做到這一點，必須簡要說明這些計算機的性質（nature）和特點（properties）。

為什么說“此限制第一眼看上去過于嚴格”？是因為有的人會提出，能思考的機器為什么是電子計算機或數字計算機呢？DNA計算機、量子計算機、模擬計算機是否也可以呢？

或許也可以這樣說：如果最終發現數字計算機在游戲中不能表現出色（與我所認為的相反），將機器等同于數字計算機，與我們對“思考”所制定的標準一樣，將不會令人滿意。

艾倫·圖靈對“思考”和“機器”均做了定義。

有人問艾倫·圖靈自己的觀點到底是什么？在上面這段話中的括號中，艾倫·圖靈給出了明確的態度或斷言：機器可以通過圖靈測試，更具體地，數字計算機可以通過圖靈測試，或者直接回答原問題，機器可以思考。

如果數字計算機不能通過圖靈測試，有的人會說，這并不意味著所有機器不能通過圖靈測試，DNA計算機、量子計算機、模擬計算機或許可以通過圖靈測試。

目前已經有許多數字計算機處于正常工作狀態，人們可能要問：“為什么不嘗試直接做實驗？這樣很容易就能滿足游戲的條件。讓許多提問者同時參加游戲，然后統計出判斷正確的概率。”對這個問題的簡要回答是，我們并不是要問是不是所有的數字計算機都能在游戲中表現良好，也不是要問現在可用的計算機是否在游戲中表現良好，而是要問是否存在可想象（imaginable）的計算機在游戲中表現良好。這僅僅是一個簡要回答，我們稍后將以一個不同的角度看待這個問題。

“為什么不嘗試直接做實驗？”，這個問題背后是實證主義的思想。

艾倫·圖靈在這里做的是一個關于存在性的思維實驗。就像伽利略關于自由落體的思維實驗一樣，這是一個思維實驗，而不是一個現實實驗。思維實驗是指使用想象力去進行的實驗，所做的都是在現實中無法做到（或現實未做到）的實驗。

伽利略做了這樣一個思維實驗：亞里士多德認為，越重的物體越快，伽利略通過思維實驗認為亞里士多德的認識是錯誤的。假設有一個重量為8的物體，另一個重量為4的物體。那么，重量為8的物體應該比重量為4的這個物體下落快。如果我們把兩個物體用繩子牽在一起，由于速度慢的那個物體對速度快的物體的牽連，二者連在一起，速度應該介于二者單獨下落的速度之間。但是，換一個角度考慮，重量分別為8和4的兩個物體連在一起，可以被視為一個重量為12的物體，那么，根據亞里士多德的觀點，這個新物體的速度應該比分開的兩個物體都快！這與我們剛才得到的結論（速度介于二者之間）是矛盾的。伽利略如果真的做實驗的話，就算二者同時下落，也非常不容易觀察，并且還會被人辯駁說“明明有差距只是沒有觀察到”，伽利略用他巧妙的思維實驗解決了這個問題。

證明（Proof）與證實（Verification）是有重要區別的。不要求所有的數字計算機都能在游戲中表現良好，即使99%的數字計算機表現不合格，只要有一臺數字計算機表現合格就可以。不要求現在的數字計算機在游戲中表現良好，10年以后或者100年以后的數字計算機在游戲中表現良好即可。這樣的思想與艾倫·圖靈1936年發表的《論可計算數及其在判定性問題中的應用》中關于可計算性的思想是一致的：存儲空間是無限的，時間是無限的，在這個意義上討論可計算性。有不少人認為只要存儲空間是無限的，時間是無限的，總是能夠算完，這是錯誤的。實際上即使假設存儲空間是無限的，時間是無限的，仍有很多的問題是不可計算的；何況在現實中存儲空間和計算時間的限制是很大的，不可計算的問題更多。以存儲空間和時間均是無限為前提的可計算性，稱為圖靈可計算性；以存儲空間和時間均是有限為前提的可計算性，稱為現實可計算性。圖靈機不可計算的，一定是現實不可計算的；但是，圖靈機可計算的，卻可能是現實不可計算的。