Текст книги "Размышления о думающих машинах. Тьюринг. Компьютерное исчисление"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 7 страниц)

ЭМУЛЯЦИЯ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ

В настоящий момент модели искусственных нейронных сетей имеют широкое применение. В основном нейронные сети используют одну организационную модель: нейроны организованы слоями (вход, выход, возможны скрытые нейроны), их соединение осуществляется согласно определенному биологическому критерию – нейроны одного слоя соединяются с нейронами другого слоя. Пользователь устанавливает для сети пороги активации, функцию активации или передачи, другие параметры. И все же, несмотря на схожую организацию всех искусственных нейронных сетей, имеется один отличительный элемент – алгоритм обучения. В парадигме искусственного разума обучение – процесс, в результате которого нейронная сеть изменяет ответ, или выход, при определенном входе. Это изменение является результатом настройки одного или нескольких соединений и их веса. Существует множество методов настройки веса соединений сети, с помощью которых сеть обучается распознавать образцы (буквы, числа, фотографии и так далее). В других случаях сеть просто запоминает образец без обучения, то есть настройка веса соединений не требуется. Ни модель Маккалока – Питтса, ни модель Тьюринга не были способны к обучению, так как для этого потребовалась разработка специального алгоритма. Обучаемые модели могут эмулировать операторы И, ИЛИ и другие, то есть они ближе к машине Тьюринга, чем к биологической нейронной сети. Одна из лучших программ для изучения искусственных нейронных сетей – Штутгартский симулятор нейронной сети (SNNS).

Штутгартский симулятор нейронной сети (SNNS).

В 1960-е годы биолог Льюис Вольперт (р. 1929) усовершенствовал понятие морфогена, введенное Тьюрингом, после открытия первого белка, имеющего такие характеристики, у уксусной мушки Drosophila melanogaster. Морфогенами могут быть различные химические вещества, от белков до витаминов, в их функции входит контроль генов – наследственных единиц. Однако учитывая, что ген – фрагмент ДНК, его действие не было понятно до открытия структуры ДНК Джеймсом Уотсоном (р. 1928) и Фрэнсисом Криком (1916-2004) в 1953 году, за год до смерти Тьюринга. Сегодня модель морфогенеза Тьюринга, с помощью которой он объяснил формирование полосок на шкуре зебр, применена к другим животным и доказана экспериментально. Ее высоко оценили такие специалисты по теоретической биологии, как Льюис Вольперт и Ганс Мейнхардт (р. 1938). Однако некоторые исследователи утверждают, что механизм морфогенеза отличается от представленного Тьюрингом. На самом деле клетки эмбриона следуют определенному глобальному плану и специализируются вследствие серии трансформаций, которые можно объяснить их механическими свойствами.

Памятник Алану Тьюрингу в Садах Витворта в Манчестере. Яблоко в руке напоминает о способе самоубийства.

Марка в память об Алане Тьюринге, выпущенная в 2012 году.

Памятное изображение в честь столетия со дня рождения Алана Тьюринга, которое отмечалось в 2012 году.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДНК В JMOL

Jmol – Java-программа визуализации, с помощью которой можно увидеть трехмерные структуры химических соединений, кристаллов, материалов и биомолекул. Один из самых интересных примеров – молекула ДНК, ее можно поворачивать, увеличивать или уменьшать, менять тип изображения и так далее. ДНК – полимер, имеющий структуру двойной спирали из повторяющихся блоков, нуклеотидов – аденина (А), цитозина (С), гуанина (G) и тимина (Т). Нуклеотиды одной спирали составляют пары с нуклеотидами другой спирали: А с Т, G с С, определяя на каждой спирали последовательности – гены, в которых хранится биологическая информация, передаваемая из поколения в поколение.

Визуализатор Java Jmol.

Они могут деформироваться, растягиваться и даже превращаться в нейронные, мускульные или костные клетки. Этот комплекс трансформаций объясняют с помощью математического моделирования механических феноменов, наблюдаемых в клетках. Данную идею, так же как и модель Тьюринга, использующую дифференциальные уравнения, поддержали ученые Конрад Уоддингтон (1905-1975), Мюррей Гелл-Ман (р. 1929) и Брайн Гудвин (1931-2009).

После открытия ДНК и разработки алгоритма для изучения генетической информации с помощью компьютера появилась новая дисциплина – биоинформатика. Компьютер был и остается важным инструментом для изучения ДНК, но также с его помощью разработан новый класс компьютеров, изучение которых привело к выделению вычислительных систему использующих ДНК. В 1994 году Леонард Адлеман (р. 1945), осуществив ряд опытов с ДНК, решил задачу о гамильтоновом графе, состоящую в обнаружении кратчайшего маршрута, проходящего по каждому городу один раз. Количество городов является строго определенным – Адлеман рассмотрел случай с семью городами. Эти опыты открыли путь другим исследователям, среди них был и Эхуд Шапиро (р. 1955), построивший машину Тьюринга из молекулы ДНК.

ПРИЗНАНИЕ НАСЛЕДИЯ

В 1999 году журнал Time назвал Алана Тьюринга в числе 20 наиболее влиятельных личностей XX столетия. С 1966 года Ассоциация вычислительной техники, более известная под сокращением ACM, ежегодно вручает премию Тьюринга – награду по информатике, эквивалентную Нобелевской премии. В 2009 году Гордон Браун, премьер-министр Британии в то время, принес официальные извинения за несправедливое осуждение Алана Тьюринга. Однако в феврале 2012 посмертное прошение о помиловании, представленное палате лордов и собравшее 23 тысячи подписей, было отклонено.

В честь празднования 100-летия со дня рождения ученого 2012 год был назван Годом памяти Алана Тьюринга, в течение которого проводились юбилейные мероприятия, конференции и собрания по всему миру. В Соединенном Королевстве их было проведено больше всего. Также была выпущена памятная марка с изображением Bombe – машины, с помощью которой Алан Тьюринг и его коллеги расшифровали коды «Энигмы», сделав вклад в победу своей страны и союзников во Второй мировой войне.

В честь столетия со дня рождения Тьюринга научно-популярный журнал Scientific American посвятил ученому специальный номер, названный «Наука после Алана Тьюринга». Сегодня установлено пять «синих табличек», посвященных Алану Тьюрингу. В Британии подобные таблички устанавливаются на зданиях, где родился, жил или умер какой-либо великий деятель.

Список рекомендуемой литературы

Arbib, М.А., Cerebros, mdquinas у matemdticas, Madrid, Alianza Universidad, 1987.

Bell, E.T., Los grandes matemdticos, Buenos Aires, Losada, 2010.

Boyer, C., Historia de la matemdtica, Madrid, Alianza Editorial, 2007.

Coello, C.A., Breve historia de la computation у sus pioneros, Mexico D.F., FCE, 2003.

Crane, T., La mente mecdnica. Introduction filosofica a mentes, md– quinas у representation mental, Mexico D.F., FCE, 2008.

Isasi, P., Martinez, P., Borrajo, D., Lenguajes, gramdticas у automatas. Un enfoque prdctico, Madrid, Pearson Education, 1997.

Lahoz-Beltra, R., Bioinformdtica. Simulation, vida artificial e inteligencia artificial, Madrid, Diaz de Santos, 2004.

–: Turing. Del primer ordenador a la inteligencia artificial, Madrid, Nivola, 2009.

Leavitt, D., El hombre que sabia demasiado, Barcelona, Editorial Antoni Bosch, 2007.

Odifreddi, P., La matemdtica delsiglo xx: de los conjuntos a la complejidad, Buenos Aires, Katz Editores, 2006.

Pena, R., De Euclides a Java: Historia de los algoritmos у de los lenguajes de programacion, Madrid, Nivola, 2006.

Stewart, I., Historia de las matemdticas, Madrid, Critica, 2008.

Strathern, P., Turingy el ordenador, Madrid, Siglo XXI, 1999.

Указатель

автомат 46-49, 92, 104

клеточный 46, 47, 49, 138

конечный 22, 28, 34, 46-48

нейронный 47, 102-109, 136, 137

самовоспроизводящийся 92 4

Алгол 37

алгоритм 34-38, 40, 50, 70, 73, 88, 95, 112, 113, 117, 124, 125, 127, 135, 137, 141

квантовый 126, 127

свойства 34

алфавит 28, 30, 46, 57, 58

анализ числовой 86, 95

«Аполлон», проект 32, 33

Атанасофф, Джон Винсент 89, 90

байт 97

барабаны см. Bombe 57, 66

бесконечный ряд 19

биоинформатика 123, 141

биология 7, 8, 10, 11, 17, 102, 116, 117, 123, 137, 138

вычислительный подход 116

математика 117, 123 бит 71, 75, 106, 127, 129

операции 13, 37, 49, 55, 62, 68, 73, 74, 84, 88, 90, 94, 103, 104, 112, 129, 132-134

Блетчли-Парк 9, 11, 23, 51, 60-64, 68, 70-72, 75-77, 79, 81, 95, 112, 126, 130

Блох, сфера 132, 133 бомба 61, 63, 64

бомба атомная 73, 87, 92

Брока, Поль 103

булева алгебра 74, 75, 104, 106, 133

Бэббидж, Чарльз 81, 90

Вейнценбаум, Джозеф 114

вентиль

Адамара 135

квантовый 18-20, 38, 92, 123-127, 129, 131, 133, 134

Паули 135

вероятности теория 23, 73, 132, 133

Вирт, Никлаус 37

Вторая мировая война 7-9, 11, 22, 23, 27, 53, 55, 57, 59, 62, 68, 70, 76, 77, 81, 86, 90, 97, 142

вычисление 11, 22, 27, 34, 40, 116, 126, 129, 131, 141

ДНК 141

Национальный музей 77

«эффективный метод» 34

Гарднер, Мартин 46

Гедель, Курт 22, 24, 26, 27, 39, 124

гены 118, 138, 140

Гильберт, Давид 22, 26, 27, 130

голоса шифровка 64, 65

Дарвин, Чарльз 81

дедукция 26

ДНК 10, 25, 136, 138, 140, 141

Дойч, Дэвид 28, 123, 124

точка плавающая 84

зебры, образец шкуры 10, 118, 120, 137, 139

золотое сечение 117

игра «Жизнь» 46-49, 134

интуиция 25, 50, 114, 124, 125

искусственный интеллект 7, 9, 37, 68, 101, 102, 107, 111-115, 123, 126, 134, 136, 137

квантовый 134

поведенческий подход 110

сильный 114

символьный подход 112

слабый 114

субсимвольный подход 104

КАПЧА 7, 111

Каспаров, Гарри 112-114, 119

карта перфорированная 63

Килбурн, Том 95

Кларк, Уэсли 135

когнитивные науки 102

код 44, 53, 60, 69-71, 83, 87, 93, 94, 140

Бодо 70, 71

ключевой 44, 83, 93

машинный 44, 83, 93

Морзе 70

«Энигмы» 7, 11, 62, 142

компилятор 44, 93, 112

компьютер 7-11, 13, 22, 25-27, 32-34, 36, 38, 40-47, 49, 53, 70, 72-77, 79, 81-93, 95, 97, 99, 101-105, 109-117, 120, 123, 125, 127, 129, 132-136, 141

виртуальный 33, 83

квантовый 8, 10, 38, 123, 127, 129, 130, 132-135

Цузе 90

эмуляторы 85

АВС 89

Baby 23, 86, 89, 95

Bendix G15 86

Colossus 9, 10, 33, 72, 74-77, 79, 88-90, 95, 134

EDSAC 10, 82, 87, 89

EDVAC87, 89, 92, 93

ENIAC 10, 44, 77, 87-90, 92, 93, 136

Ferranti Mark I 11, 86, 89, 91, 97

Harvard Mark 190

IAS 92

Macintosh 83, 85, 88

Manchester Mark I (MADAM) 11, 95, 97, 102, 113

ORDVAC 92, 93

Packard-Bell PB250 86

Pilot ACE 7, 9-11, 76, 79, 82, 83, 85, 86, 88, 89

UNIVAC 182

ZX Spectrum 85

Конвей, Джон 46, 47, 134

Королевское общество 95, 114

криптография 68, 126, 129, 134

криптология 60 (см. криптография) кубит 127-133

лжец парадокс 24, 25

логика 20, 22-24, 33, 50, 70, 74, 75, 94, 102, 104

лямбда-исчисление 36

Маккалок – Питтс модель 103, 104, 108, 136, 137

Маккарти, Джон 37, 101, 136

Макмахон закон 87

маркер 40

математика прикладная 23, 88, 95

машина

дезорганизованная 103

индетерминистская 40, 46

конечных состояний 46

Лоренца – Lorenz SZ 40-42, 68, 70, 72, 76

программируемая 72, 88

Робинсона 72

самовоспроизводящаяся 92

состояния 29-32, 45

Тьюринга 7-11, 15, 17, 20, 22, 23, 27-30, 32-34, 36-47, 50, 64, 65, 68, 72, 73, 76, 81, 82, 84, 86, 88, 90, 96, 101-103, 106, 108-116, 123-126, 132, 135-138, 141

Тьюринга квантовая 38, 123, 124, 126

умная 68, 112, 114

умножения 50

универсальная 32-38, 46, 47, 73, 76, 82, 86, 90, 96, 103, 125, 132

«Энигма» 7, 11, 56-70, 72, 142

рефлектор 58, 60, 65

роторы 57, 58, 60, 61, 64, 65

стартер 60 Tunny 70

метод

двух направлений 83

Монте-Карло 92

Тьюринг 68

механика квантовая 18-20, 92, 124, 125, 127, 129

Дирак счисление 127

запутанность 50, 129, 132

интерференция 129

суперпозиция 127

модуль 33, 65

мозг 60, 64, 92, 102, 103, 112, 113, 118, 124-126, 135

искусственный 64, 112

человеческий 60, 102, 103, 112, 124, 125, 135

Мокли, Джон В. 88, 89

Морком, Кристофер 19, 124

морфогенез 11, 116-118, 120, 136, 138

морфогены 118, 138

Национальная физическая лаборатория 11, 81

Нейман, Джон фон 8, 20, 51, 73, 89, 90, 92

архитектура 9, 90, 92, 93, 134

нейрон 46, 60, 102-106, 108, 109, 136, 137

биологический 142

волокна тренировки 107

искусственный 9, 103, 106, 108, 137

искусственный квантовый 134

синапсис 108

соединение 88, 103, 106-108, 134-136

порог 104, 109

цепь 107, 118, 124, 135

невычислимый 50, 125

неполнота, теорема 22, 24, 39

Ньюман, Макс 11, 23, 74, 95

обучение 103, 114, 137

относительность 18, 19, 124

оператор 36, 37, 57, 58, 65-67, 71, 75, 94, 104, 108, 133

булев AND 75, 76, 88, 103-108, 132, 133, 137

булев NAND 104, 108

булев NOT 106, 108, 133

булев OR 71, 75, 76, 88, 103-107, 132, 133, 137

булев XOR 71

модуль 33, 65

тензорное произведение 130

оракул 40

орден Британской империи 71

память 27, 28, 30, 31, 33, 38, 44, 47, 75, 82-84, 88, 89, 95-97, 102, 114, 127

аккумулятор 88

вспомогательная 44, 97

лента 30, 31, 34, 44, 47, 75

лучевая трубка 82, 96, 97

магнитный барабан 97

основная 27, 88, 95-97

регистр 28, 29, 38, 111, 135

ртутная линия 82

трубка Уильямса 97

управление 83

RAM 27, 38, 44, 95, 97

ROM 89

парадокс 24, 25, 42

«Паскаль» 13, 37, 96

Пенроуз, Роджер 124

переход 29, 40, 45, 48, 49

правила 26, 27, 29, 48, 49, 129

переводчик функция 33

подсолнухи, эксперимент 116

Полани, Майкл 101

поляризованный свет 132

проблема 8, 16, 20, 26, 27, 34, 37, 38, 40-43, 49, 50, 111, 125, 141

вычисляемая 37, 125

определения 26

остановки 8

Entscheidungsproblem 23, 40, 49

программа 11, 25, 26, 28, 29, 32, 33, 35, 37, 38, 41-44, 46, 57, 73, 76, 81-84, 86, 88, 93-97, 105, 109, 112-115, 119, 125, 126, 132, 135

разум 16, 19, 20, 90, 102-104

Рамон-и-Кахаль, Сантьяго 102, 107

Рассел, Бертран 20, 23, 26

рассуждение 26, 42, 50, 113, 114

Режевский, Мариан 60, 61

ретрокомпьютинг 85

Розенблатт, Франк 136

Сейл, Тони 77

секретность официальная закон 77

сети искусственные нейронные 10, 11, 103, 104, 123, 134, 136, 137

тип В 103, 106, 107

симуляция 8, 10, 38, 45-47, 56, 73, 101, 107, 115, 117, 126, 134-136

морфогенез 11, 116-118, 120, 136, 138

поведение 30, 31, 101, 104, 106, 110, 111, 136

симулятор 33, 46, 56, 66, 127

система 7, 16, 18, 26, 27, 32, 44, 46, 56, 60, 62-65, 68, 70, 72, 73, 83, 88, 90, 96, 97, 128-130, 132

неполная 24

неполная по Тьюрингу 96

нумерация 88, 90, 128

оперативная 44, 46, 83

самореференсная 25

эксперт 113 AGC 32, 33

совесть 113, 124, 125

спамботы 111

таблица переходов 29, 30, 40

топология 23

Уайтхед, Альфред Н. 22, 24

Уилкс, Морис 83, 87

Уильямс, Фредерик 95-97

Улам, Станислав 92

Университет 20, 22, 63, 95, 96

Брандейский 45

Кембриджский 8, 11, 19, 20, 21, 23, 46, 62, 95, 101

Манчестерский 9, 11, 23, 86, 87, 91, 95, 97, 101, 102, 116, 135, 138

Оксфордский 125

Пенсильванский 87-89

Принстонский 11, 50, 51, 90

Уотсон, Томас Дж. 10, 63, 138

уравнения 11, 35, 88, 95, 120, 126, 141

реакция – диффузия 11, 118, 120

условное выражение 23, 89, 94

IF-THEN 89, 94

устройство

арифметико-логическое 94, 104

контрольное 94

Фарли, Бельмонт 135

Фейнман, Ричард 38, 127

Фибоначчи последовательность 116-118

Флауэрс, Томми 74, 75, 77

фотоны 129

функция 19, 22, 23, 29, 33, 36, 60, 73, 74, 82, 97, 109, 124, 137

ступенчатая 109

Хамерофф, Стюарт 126

Хебб правило 136

химия 17, 101, 118, 120, 126, 134

Ходжес, Эндрю 20, 22, 87, 130

Холлерит, Герман 63

холодная война 77, 86, 87

цикл 25, 67, 89, 94

странный 25

FOR-TO 89, 94

циклометр 61

Цузе, Конрад 90

чатботы 114

Чёрч, Алонзо 33, 36, 49, 50

числа 16, 23, 26, 41, 49, 51, 70, 72-74, 92, 97, 103, 116, 117, 125, 128, 129, 134-137

генератор 70, 73

квантовые 38, 124, 126, 127, 129, 135

натуральные 26

случайные 70, 72, 73, 92, 135

π 34, 125, 126

шахматы 9, 97, 101, 110, 112-114, 119

Шеннон, Клод 64

Шербиус, Артур 56

Эддингтон, Артур 18, 20, 124

Эккерт, Джон 88

электроника цифровая 75, 106

электронные лампы 72, 74, 75, 84, 87, 88, 90

диод 74, 75

тиратрон 75

транзистор 74, 75

триод 74

фотоэлектронный умножитель 75

язык 24, 27, 33, 34, 37, 41, 43, 46, 65, 74, 83, 84, 86, 93, 94, 96, 114, 128

Ассемблер 33

программирования 33, 84, 86, 93, 96

C++ 46

ACM 141

Autocode 112

BASIC-256 41, 43, 73, 83, 94, 105

Bombe 11, 63, 64, 66-69, 72, 142

crib 66

Delilah 64, 65, 68

ELIZA 114, 115

GC&CS 61

Golly 49

Java 46, 76, 140

LISP 36, 37

Lego 39

MS-DOS 46

OCR7, 105, 111

output 43, 44, 65, 73, 94, 107, 108

SIGSALY 64

Turing 4.1.1 96

Turochamp 113

TypeX 68

U-Boot 55-57, 62

UNIVAC 82, 89

Unix 44, 83

Алану Тьюрингу через 75 лет после его смерти, в 2009 году, были принесены извинения от правительства Соединенного Королевства за то, как с ним обошлись при жизни. Ученого приговорили к принудительной химической терапии, повлекшей за собой необратимые физические изменения, из-за чего он покончил жизнь самоубийством в возрасте 41 года. Так прервался путь исследователя, признанного ключевой фигурой в развитии компьютеров, автора первой теоретической модели компьютера с центральным процессорным устройством, так называемой машины Тьюринга. Ученый принимал участие в создании первых компьютеров и использовал их для расшифровки нацистских секретных кодов, что спасло много жизней и приблизило конец войны. Такова, по сути, трагическая история гения, которого подтолкнула к смерти его собственная страна, хотя ей он посвятил всю свою жизнь.