Alan Turing

Lapsepõlv ja noorus

Alan Turing sündis ja kasvas Inglismaal, kuid tema vanemad elasid 1926. aastani valdavalt Indias. Turingi isa Julius Mathison Turing (1873–1947) töötas India Tsiviilteenistuses, tema ema Ethel Sara Turing (sünd Stoney) (1881–1976) oli Madrase Raudtee peainseneri Edward Waller Stoney tütar. Nad kohtusid ja abiellusid Indias. Kui pere jäi Chhatrapuris Orissas, tollases Briti Indias elades teise lapse ootele, soovisid tulevased vanemad, et nende laps kasvaks üles kodumaal. Seetõttu pöördusid nad tagasi Inglismaale ja asusid elama Londonis Westminsteri linnaosas paiknevasse Maida Vale'i. Maja, kus Turing 23. juunil 1912 sündis, on märgistatud sinise tahvliga. Hiljem asus sinna hoonesse hotell The Colonnade Hotel. Turingil oli ka vanem vend John. Kuna laste isa oli endiselt tsiviilteenistusega seotud, sõitsid nende vanemad pidevalt Hastingsi ja India vahet. Pojad jäeti ühe erusõjaväelase ja tema naise hoole alla Inglismaale. Märgid Turingi suurtest vaimsetest võimetest avaldusid juba varases nooruses.
Kui Turing oli kuueaastane, panid vanemad ta St Michaeli kooli St Leonards-on-Sea's, aadressil Charles Road 20. Kooli direktriss märkas tema annet juba varakult, nagu ka mitmed tema hilisemad õpetajad. Aastal 1926, kui Turing oli 13-aastane, läks ta 16. sajandi keskel asutatud ja 19. sajandil poiste internaatkooliks muudetud Sherborne'i erakooli (Sherborne School), mis asub Sherborne'is Dorsetis. Tema esimene koolipäev uues koolis sattus 1926. aasta üldstreigi päevale, mil ühistransport ei liikunud. Sellele vaatamata oli Turing otsustanud esimesel päeval kindlasti koolis kohal olla ning sõitis üksinda jalgrattaga Southamptonist umbes 97 kilomeetri (60 miili) kaugusel asuvasse Sherborne'i, peatudes ööseks ühes võõrastemajas.
Turingi loomulik kalduvus matemaatika ja teiste reaalainete poole ei jätnud Sherborne'is mõningatele, klassikalist haridust (kreeka ja ladina keel, filosoofia jms) olulisemaks pidavatele õpetajatele head muljet. Kooli direktor kirjutas vanematele, et nende poeg peaks püüdlema "harituse" poole. Kuid kui ta peaks jääma puhtalt "teadusspetsialistiks", siis polevat tema koht selles erakoolis. Sellest hoolimata jätkas Turing endale meelepärastes ainetes suurepäraste tulemuste näitamist ja suutis 1927. aastal lahendada juba väga keerulisi ülesandeid, ilma et oleks isegi elementaarset matemaatilist analüüsi õppinud. Aastal 1928 sattus tollal 16-aastane Turing esmakordselt lugema Albert Einsteini töid. Vähe sellest, et ta nende sisu mõistis, ta suutis nende põhjal tuletada ka Einsteini kahtlused Newtoni seaduste osas, kuigi neid tekstis selgelt välja ei olnud toodud.
Sherborne'is õppides sai Turing lähedaseks sõbraks veidi vanema kaasõpilase Christopher Morcomiga, keda on nimetatud ka tema esimeseks armastuseks. See sõprus mõjutas Turingi edaspidist elu väga palju. Morcom suri ootamatult 13. veebruaril 1930, ainult mõni nädal pärast viimase semestri algust. Talle sai saatuslikuks veiste tuberkuloos, millesse ta oli nakatunud lapsena haige lehma piima juues. Oletatakse, et lähedase sõbra surm purustas Turingi usu jumalasse ja temast sai ateist. Ta võttis omaks veendumuse, et kõik nähtused, sealhulgas inimese aju töö, on olemuselt materialistlikud. Siiski säilis temas usk hinge surematusesse.

Ülikool ja töö arvutatavuse kallal

Pärast Sherborne'i lõpetamist jätkas Turing 1931. aastal õpinguid Cambridge'is King's College'is. Seal omandas ta 1934. aastal esmaklassiliste tulemustega bakalaureusekraadi matemaatikas. Väitekirja eest ("On the Gaussian Error Function"), milles ta tõestas tsentraalse piirteoreemi, võeti ta 1935. aastal King's College'i liikmeks. Turing oli siis kõigest 22-aastane. Turingi liikmeks võtmist ei seganud ka tõsiasi, et ta osutas ise oma väitekirja eessõnas, et talle oli jäänud märkamata Jarl Waldemar Lindebergi tõestus sama teoreemi kohta 1922. aastast.
1928. aastal juhtis saksa matemaatik David Hilbert tähelepanu otsustusprobleemile (Entscheidungsproblem). 1936. aastal avaldatud monumentaalses töös "On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem" reformuleeris Turing Kurt Gödeli 1931. aastal saadud tulemused tõestamise ja arvutamise piiride kohta ning asendas Gödeli aritmeetikapõhise formaliseeritud keele formaalsete ja lihtsate hüpoteetiliste seadmetega, mis said hiljem tuntuks Turingi masinatena. Ta tõestas, et sellised masinad suudavad teostada iga mõeldava matemaatilise arvutuse juhul, kui see esitatakse algoritmina. Järgmisena tõestas ta, et Entscheidungsproblem jääb lahendita, näidates kõigepealt, et Turingi masinatel on peatumisprobleem lahendamatu: algoritmiliselt ei ole võimalik otsustada, kas konkreetne Turingi masin üldse kunagi seisma jääb.
Turingi tõestus avaldati natuke aega pärast Alonzo Churchi analoogset tõestust lambda-arvutuse abil, kuid Turing ei olnud oma tööd kirjutades Churchi tööga kursis. Turingi lähenemine oli oluliselt mõistetavam ja intuitiivsem. See oli ka uuenduslik, sest selles võeti kasutusele "universaalse masina" mõiste (tänapäeval tuntud kui universaalne Turingi masin). Idee seisnes selles, et selline masin võib täita ükskõik millise teise masina ülesandeid ehk on tõestatult võimeline arvutama kõike, mis on üldse arvutatav. Turing kirjutab oma mälestustes [Siia on vaja viidet!], et ta oli pettunud selle, 1936. aastal ilmunud töö vastuvõtus. Nimelt oli ta seal lisaks muule kasutusele võtnud ka määratavate numbrite (definable numbers) mõiste, kuid sellele reageeris ainult kaks inimest: Heinrich Scholz ja Richard Bevan Braithwaite.
1936. aasta septembrist kuni 1938. aasta juulini õppis Turing suurema osa ajast teadusinstituudis Institute for Advanced Studys New Jersey osariigis Princetonis Alonzo Churchi käe all. Lisaks matemaatikale õppis ta ka krüptoloogiat ning ehitas kolm astet neljaastmelisest elektromehaanilisest binaararvude korrutist. 1938. aasta juunis sai ta Princetoni Ülikoolist doktorikraadi oma väitekirja "Systems of Logic Based on Ordinals" eest. Selles töös tutvustas ta järgarvude loogika (ordinal logic) kontseptsiooni ja võttis kasutusele suhtelise arvutamise (relative computing) mõiste, milles Turingi masinat täiendati niinimetatud "oraaklitega", mis võimaldasid uurida probleeme, mida Turingi masin ise lahendada ei suutnud.
Cambridge'i naastes kuulas ta Ludwig Wittgensteini loenguid matemaatika alustest. Neil tekkisid tulised vaidlused ja erimeelsused, kuna Turing kaitses formalismi ja Wittengstein väitis, et matemaatika ei avasta ühtegi absoluutset tõde, vaid leiutab neid. Samal ajal asus Turing poole kohaga tööle Briti valitsuse kodeerimis- ja šifreerimiskeskusesse (Government Code and Cypher School, lühendatult GC&CS).

Turingery

Turing töötas 1942. aasta juulis välja Turingery tehnika (mida naljatledes nimetati turingismuseks) Lorenzi šifrite vastu, mida kasutasid uued Saksa Geheimschreiberi masinad. See oli rootoritega šifreerimisseadmega teletaip, mille kohta Bletchley Parkis kasutati koodnime Tunny. Turingery oli meetod Tunny rootori rataste asendi väljauurimiseks. Turing tutvustas Tunny kallal töötanute meeskonda Tommy Flowersile, kes ehitas Max Newmani juhtimisel Colossuse arvuti. Colossus oli esimene programmeeritav digitaalne arvuti, mis vahetas välja varasema lihtsama seadme (Heath Robinson). Selle suurem kiirus lubas efektiivselt rakendada statistilisi koodimurdmistehnikaid. On ekslikult väidetud, et Turing oli Colossuse loomisel üks võtmeisikuid. Turingery ja Banburismus kindlasti aitasid Lorenzi masina krüptoanalüüsi juures, kuid Turing ei olnud Colossuse loomisega otseselt seotud.

Turvalise kõne seade

Pärast Ameerikas Belli laboratooriumis töötamist hakkas Turingit huvitama telefonikõnede elektrooniline šifreerimine ning sõja lõpu poole asus ta tööle Salateenistuse raadioluureosakonda (Secret Service's Radio Security Service) Hanslope Parkis. Seal süvendas ta insener Donald Bayley kaasabil oma teadmisi elektroonikast. Koos konstrueerisid nad kaasaskantava turvalise kõne seadme koodnimega Delilah. See oli mõeldud erinevate rakenduste jaoks, kuid seda ei saanud kasutada koos kaugsideraadiotega. Et Delilah valmis üsna sõja lõpuosas, ei jõutud seda praktiliselt kasutusele võtta. Turing demonstreeris seadet ametiisikutele, šifreerides ja dešifreerides sellega ühe Churchilli kõne, kuid Delilah't ei võetud kasutusele. Turing oli Belli laboratooriumi konsultant ka SIGSALY loomise juures. See oli turvalise kõne seade, mida kasutati sõja lõpuaastatel.

Varased arvutid ja Turingi katse

Aastatel 1945–1947 elas Turing Londoni eeslinnasRichmondis ja töötas Briti rahvuslikus füüsikalaboratooriumis (National Physical Laboratory, lühendatult NPL) ACE (Automatic Computing Engine, automaatne arvutusmasin) loomise kallal. Ta esitas 19. veebruaril 1946 teadustöö, mis sisaldas esimest detailset kavandit salvestatud programmiga arvuti jaoks. Von Neumanni mittetäielik "First Draft of a Report on the EDVAC" oli ilmunud veidi varem, kuid oli oluliselt vähem detailne ja NPL-i matemaatikaosakonna superintendandi John R. Womersley sõnade kohaselt "sisaldas ideid, mis kuulusid dr Turingile". ACE oli paljulubav projekt, kuid saladusteloor, mis kattis sõjaaegset tööd Bletchley Parkis, põhjustas viivitusi ning Turing kaotas usu projekti. Ta võttis akadeemilise puhkuse ja naasis 1947. aasta lõpus Cambridge'i. Tema eemaloleku ajal ehitati valmis Pilot ACE (lihtsustatud versioon ACE-st) ja selle esimene programm käivitati 10. mail 1950. Kuigi Turingi ACE-d ei ehitatud kunagi valmis, võlgnevad paljud maailma arvutid, näiteks Ameerika Bendix G-15, sellele palju.
Saksa arvutipioneeri Heinz Billingu mälestuste kohaselt toimus 1947. aastal Göttingenis kohtumine, omamoodi kollokvium, kus osalesid John R. Womersley, Turing, Arthur Porter ja mõned saksa teadlased, nagu Konrad Zuze. Sellel kohtumisel tekkinud ideede vahetusest sai alguse arvutite uurimine Göttingenis. Alan Turingi osalemine sellel kohtumisel ei ole siiski päris kindel.
Aastal 1948 sai temast Manchesteri Ülikooli matemaatikateaduskonna lektor ja aastal 1949. sealse arvutilabori asedirektor. Ta töötas ühe varaseima salvestatava programmiga arvuti Manchester Mark 1 tarkvara kallal ja tegeles ka üldisemate probleemidega. 1950. aastal ilmunud töös "Computing Machinery and Intelligence" tõstatas Turing tehisintellekti küsimuse ja sõnastas katse, mis hiljem on saanud tuntuks Turingi testina. Katse mõte on anda hinnang tehisintellekti tasemele. Idee seisnes selles, et arvutit saab tõeliselt intelligentseks lugeda siis, kui inimvaatleja ei saa vestluse järgi aru, kas ta suhtleb inimese või masinaga. Selles töös pakkus Turing, et täiskasvanu mõistuse simuleerimise asemel võiks simuleerida lihtsamat lapse mõistust ja seda siis õpetada. Internetis on levinud Turingi katsele vastupidine katse, niinimetatud CAPTCHA test, mille eesmärk on aru saada, kas kasutaja on inimene.
Aastal 1948, töötades koos oma endise juhendatava David Gawen Champernowne'iga, hakkas ta kirjutama malemänguprogrammi arvutile, mida polnud veel olemaski. Aastal 1952 seda programmi ka katsetati, kuid kuna selle jaoks piisavalt võimsat arvutit ei olnud, siis simuleeris Turing ise arvutit. Iga käigu jaoks kulus tal pool tundi ja mängu käik salvestati. Programm kaotas Turingi kolleegile Alick Glennie'le, kuid olevat väidetavalt võitnud Champernowne'i naist.
Turingi poolt välja pakutud Turingi test oli oluline ja talle omaselt provokatiivne panus tehisintellektiga seotud probleemide uurimisse, mis on tähtis ka tänapäeval.
Aastal 1948 leiutas ta uue, tänaseni kasutusel oleva meetodi maatriksvõrrandite lahendamiseks. Ta valiti 1951. aastal küllaltki noores eas Kuningliku Seltsi liikmeks.

Mustri moodustumine ja matemaatiline bioloogia

Turing töötas alates 1952. aastast kuni surmani 1954. aastal matemaatilise bioloogia, täpsemalt morfogeneesi kallal. Ta avaldas 1952. aastal sel teemal artikli "The Chemical Basis of Morphogenesis", esitades oma hüpoteesi mustrite moodustumisest. Enim huvitasid teda Fibonacci lehemustrid ehk Fibonacci arvude esinemine taimede struktuuris. Ta kasutas valemeid (reaction–diffusion equations), mis on keskse tähtsusega mustrite moodustumise uurimisel. Tema hilisemad tööd jäid kuni 1992. aastani avaldamata, aga avaldati siis koguteoses "Collected Works of A. M. Turing". Tema panust sellel alal loetakse teedrajavaks.

Surm

Turingi koristaja leidis tema surnukeha 8. juunil 1954, kuid ta oli surnud päev varem. Lahkamine tuvastas, et surma põhjustas tsüaniidimürgitus. Kui surnukeha leiti, lebas tema voodi kõrval pooleldi söödud õun. Proove küll ei võetud, kuid mürgitatud õuna söömist on peetud kõige tõenäolisemaks mürgi manustamise viisiks. Surma põhjuste selgitamiseks algatatud uurimise tulemusel leiti, et Turing oli sooritanud enesetapu, ja ta tuhastati 12. juunil Wokingi krematooriumis. Turingi ema väitis järjekindlalt, et tema poja surm oli õnnetus, mille põhjustas Turingi lohakus labori kemikaalide hoiustamisel. Biograaf Andrew Hodges on pakkunud, et Turing lavastas oma surma asjaolud tahtlikult nii ebaselgeks, et jätta oma emale võimalus enesetappu mitte uskuda. David Leavitt on arvanud, et Turing lavastas stseeni 1937. aasta filmist "Lumivalgeke ja seitse pöialpoissi", mis oli Turingi lemmikmuinasjutt. Ta viitas asjaolule, et Turing nautis eriti stseeni, kus kuri nõid kastab õuna mürgi sisse.

Sajanda sünniaasta tähistamine

Aasta 2012 kuulutati Alan Turingi aastaks ja selle raames toimus üle maailma paljude ülikoolide juures üritusi tema elutöö tunnustamiseks.
Turingi sajanda sünniaastapäeva tähistamist koordineeris Turingi sajanda sünniaastapäeva komitee (Turing Centenary Advisory Committee, lühidalt TCAC), kes organiseeris Alan Turingi aastat, terve aasta kestnud ülemaailmset ürituste sarja, millega avaldati austust Turingi elutööle ja saavutustele. Komisjon koosnes laiast inimeste ringist Manchesteri Ülikoolist, Cambridge'i Ülikoolist ja Bletchley Parkist. Komisjoni juhtis S. Barry Cooper, Alan Turingi vennapoeg Sir John Dermot Turing oli komisjoni aupresident.
Erinevaid üritusi korraldati kogu maailma riikides: Ameerika Ühendriikides, Brasiilias, Hiinas, Tšehhis, Filipiinidel, Uus-Meremaal, Iisraelis, Hispaanias, Šveitsis, Norras, Itaalias, Portugalis, Saksamaal ja Eestis. Kaks põhiüritust olid juunis toimunud kolmepäevane konverents Suurbritannias Manchesteri Ülikoolis, kus keskenduti Turingi saavutustele matemaatikas ja koodimurdmises, ning Turingi sajanda sünniaastapäeva konverents Cambridge'is, mida organiseerisid Cambridge'i King's College ja Association Computability in Europe (CiE). Eestis tähistati Turingi juubelit 13. juunil Tartu Ülikooli arvutiteaduse instituudis toimunud seminariga.
Royal Mail (Kuninglik Post) andis sarja "Tähelepanuväärsed britid" ("Britons of Distinction") raames 23. veebruaril 2012 välja Alan Turingi teemalise margi.
Julian Wagstaffi ooperit "Turingi test" ("The Turing Test") etendati Edinburghi lavadel 2007. aastal ja oktoobris käidi sellega Ühendkuningriigis turneel, millega tähistati Turingi 100. sünniaastapäeva. Ooperi tegevus toimub lähitulevikus ja räägib andekast doktorandist Stephaniest, kes on kistud kahe teadlase vahelisse rivaalitsemisse. Kumbki üritab ehitada maailma esimest tõeliselt intelligentset arvutit.