Alan Mathison Turing (23. kesäkuuta 1912 Lontoo – 7. kesäkuuta 1954 Wilmslow)Alan Mathison Turing oli brittiläinen matemaatikko ja logiikan tutkija, joka vuonna 1936 julkaisi formalisoimansa algoritmin ja tietojenkäsittelytieteessä käytetyn Turingin kone -käsitteen. Häntä pidetään yhtenä modernin tietojenkäsittelyn merkittävimmistä uranuurtajista. Toisen maailmansodan aikana hän johti Saksan laivaston Enigma-salakirjoituskoneen purkutyötä brittitiedustelun Bletchley Park -tukikohdassa. Tämä työ saattoi lyhentää sotaa Euroopassa kahdesta neljään vuotta. Sodan jälkeen hän suunnitteli yhden ensimmäisistä ohjelmoitavista digitaalisista tietokoneista ja myös rakensi prototyypin siitä Manchesterin yliopistossa. Hän esitti merkittäviä ja luonteenomaisesti provosoivia mielipiteitä keskustelussa koneiden ajattelukyvystä ja kehitti Turingin testin.
Muita hänen tutkimuskohteitaan olivat todennäköisyyslaskenta, kryptografia, lukuteoria ja algebra. Turing loi mainetta morfogeneesiteorian ideoijana. Sen avulla pyritään selittämään, millä tavoin geenit aiheuttavat eliöiden rakenteen ja muodon muodostumisen. Esimerkiksi seeprojen raitojen ja gepardien pilkkujen kehittymiseen liittyvät seikat kuuluvat morfogeneesin piiriin.
Turing oli homoseksuaali, minkä vuoksi häntä vainottiin. Turingille tehtiin kemiallinen kastraatio, ja hänen uskotaan tehneen itsemurhan syanidilla kyllästetyn omenan syömisellä. Hänen ansionsa sotasalakirjoituksen parissa tunnustettiin vasta hänen kuolemansa jälkeen.
Elämä Lapsuus ja nuoruus Alan Turingin vanhemmat olivat Julius Mathison Turing ja Sara o.s. Stoney. Julius työskenteli brittien virkamiehistössä Intiassa (Indian Civil Service). Sara, Madras Railway -rautatieyhtiön pääinsinöörin Edward Waller Stoneyn tytär, tuli raskaaksi heidän asuessaan Chhatrapurissa Orissan osavaltiossa.Hodges 1983, s. 5 Koska vanhemmat halusivat lapsensa kasvavan Englannissa, he palasivat Lontoon Maida Valeen, jossa Alan Turing syntyi 23. kesäkuuta 1912. Tapahtumasta todistaa sininen laatta nykyisen Colonnade Hotelin ulkopuolella. Alanilla oli isoveli nimeltään John. Turingin isä toimi edelleen virkamiehenä Intiassa, joten Alanin lapsuusvuosina hänen vanhempansa matkustivat Englannin Guildfordin ja Intian välillä jättäen kaksi poikaansa perheen ystävien huostaan Englantiin. Jo hyvin varhain Turing osoitti merkkejä nerokkuudestaan, joka tuli myöhemmin selkeämmin esiin. Originally published at System Toolbox. Reprinted with permission.
Hänen vanhempansa ilmoittivat hänet St Michael'sin päiväkouluun kuuden vuoden ikäisenä. Koulun rehtori huomasi hänen poikkeukselliset lahjansa varhain, kuten myös monet hänen muistakin opettajistaan. 14-vuotiaana vuonna 1926 hän siirtyi Sherborne Schooliin, kuuluisaan ja kalliiseen yksityiseen oppilaitokseen Dorsetissa. Lukuvuoden ensimmäisenä päivänä Englannissa oli yleislakko, mutta Turing halusi olla niin innokkaasti paikalla ensimmäisenä koulupäivänään, että hän ajoi Southamptonista koululleen yksin polkupyörällään liki sadan kilometrin matkan yöpyen välillä majatalossa.
thumb|Tietokonehuone King's Collegessa on nykyään nimetty Turingin mukaan. Hän aloitti opiskelun koulussa vuonna 1931 ja hänestä tuli fellow vuonna 1935. Jotkut Sherbornen opettajat eivät arvostaneet Turingin luontaista kiinnostusta matematiikkaan ja tieteisiin. He painottivat pikemminkin klassista koulutusta. Hänen rehtorinsa kirjoitti hänen vanhemmilleen: ”Toivon, että hän ei putoa kahden koulun väliin. Jos hän haluaa jatkaa yksityiskoulussa, hänen täytyy tähdätä koulutetuksi. Jos hän aikoo olla vain tieteellinen spesialisti, hän tuhlaa yksityiskoulussa aikaansa.”Hodges 1983, s. 26.
Tästä huolimatta Turing menestyi edelleen erinomaisesti aineissa, joista hän piti, ja ratkaisi vuonna 1927 monimutkaisia ongelmia opiskelematta lainkaan laskuopin perusteita. 16-vuotiaana vuonna 1928 Turing tutustui Albert Einsteinin teoksiin; hän ei ainoastaan käsittänyt niitä, vaan päätteli Einsteinin teorian kyseenalaistavan Newtonin lait tekstistä, jossa tätä ei eksplisiittisesti ilmaistu.Hodges 1983, s. 34.
Turingin toiveet ja kunnianhimo koulussa lisääntyivät, kun hänen ja hieman vanhemman opiskelijan Christopher Morcomin välille kehittyi läheinen ystävyys. Morcom oli myös Turingin ensimmäinen romanttinen kiinnostus. Hän kuoli yhtäkkisesti vain muutama viikko heidän viimeisen Sherbornen-lukukautensa alkamisen jälkeen naudan tuberkuloosin aiheuttamiin komplikaatioihin. Hän oli saanut taudin juotuaan lapsena tartunnan saaneen lehmän maitoa. Turingin usko särkyi, ja hänestä tuli ateisti"This loss shattered Turing's religious faith and led him into atheism..." . Hänen vakaumuksensa oli, että kaikkien ilmiöiden, myös ihmisen aivotoiminnan, täytyi olla materiaalisia.
Yliopisto ja työ laskettavuuden parissa
Koska Turing ei halunnut opiskella klassisia aineita yhtä ahkerasti kuin tiedettä ja matematiikkaa, hän ei saanut stipendiä Cambridgen Trinity Collegeen vaan päätyi King's Collegeen, toiseen vaihtoehtoonsa. Hän opiskeli siellä vuosina 1931–1934 ja valmistui hyvin arvosanoin. Vuonna 1935 hänet otettiin King's Collegen jäseneksi (fellow) keskeistä raja-arvolausetta koskevan tutkielmansa perusteella.
Keskeisessä artikkelissaan "On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem" (jätetty 28. toukokuuta 1936) Turing muotoili uudelleen Kurt Gödelin vuonna 1931 saamat matemaattista todistusta ja laskettavuutta käsittelevät tulokset. Hän korvasi Gödelin universaalin, aritmetiikkaan pohjautuvan formaalin kielen Turingin koneilla, yksinkertaisilla formaaleilla malleilla. Hän todisti, että jonkinlainen niiden kaltainen kone voisi ratkaista minkä tahansa matemaattisen ongelman, jos se voitaisiin esittää algoritmina, vaikka todellisella Turingin koneella tuskin olisikaan käytännön sovelluksia, sillä se olisi huomattavasti hitaampi kuin käytännöllisemmät vaihtoehdot.
Laskennan teoria tutkii nykyäänkin erityisesti Turingin koneita. Turing todisti edelleen, että Entscheidungsproblemiin ei ollut ratkaisua. Ensin hän osoitti, ettei pysähtymisongelmaa voitu ratkaista Turingin koneilla: ei ole mahdollista saada algoritmisesti selville, pysähtyykö tietty Turingin kone koskaan. Vaikka hänen todistuksensa julkaistiinkin vasta sen jälkeen, kun Alonzo Church oli tehnyt vastaavan todistuksen lambdakalkyylinsä suhteen, Turingin teos on huomattavasti helpommin lähestyttävissä ja intuitiivisempi. Myös siinä esitelty käsite "universaalista (Turingin) koneesta", koneesta joka kykenisi toimimaan minkä tahansa muun koneen tavoin, oli uudenlainen.
Turingin koneessa on tila, jotta kone muistaa mitä se on tekemässä, sekä tietyt toiminnot, joilla se toimii. Turing määritteli minimaalisen joukon toimintoja, joka riittää laskemaan kaiken mikä on laskettavissa (Turing-täydellinen käskysarja). Turingin koneilla on yhä merkitys, koska jos voidaan todeta ettei asiaa voida ratkaista Turingin koneella sitä ei voida ratkaista millään tietokoneella.
Suurimman osan vuosista 1937 ja 1938 hän vietti Princetonin yliopistossa opiskellen Alonzo Churchin ohjauksessa. Vuonna 1938 hän suoritti tohtorintutkintonsa (Ph.D.) Princetonissa; hänen tutkielmassaan esiteltiin suhteellisen laskennan käsite (), jossa Turingin koneiden lisäksi käytetään niin kutsuttuja oraakkelikoneita. Niiden avulla voidaan tutkia ongelmia, joita ei Turingin koneella voi ratkaista.
Palattuaan Cambridgeen vuonna 1939 hän osallistui Ludwig Wittgensteinin matematiikan perusteita koskeville luennoille.Hodges 1983, s. 152 Wittgenstein ja Turing väittelivät ja olivat erimielisiä: Turing puolusti formalismia ja Wittgenstein väitti, ettei matematiikka löydä mitään absoluuttisia totuuksia vaan pikemminkin keksii niitä.Hodges 1983, s. 153–154
Kryptoanalyysi thumb|Kaksi mökkiä Bletchley Parkissa. Turing työskenteli täällä vuosina 1939–1940, ennen kuin siirtyi Hut 8:aan. Toisen maailmansodan aikana Turing osallistui saksalaisten käyttämien salakirjoitusjärjestelmien murtamiseen Bletchley Parkissa. Hän tukeutui ennen sotaa Puolan Biuro Szyfrówissa työskennelleiden Marian Rejewskin, Jerzy Różyckin ja Henryk Zygalskin kryptoanalyyttiseen tutkimukseen. Hän teki useita oivalluksia, jotka auttoivat murtamaan Enigma-koneen ja Lorenz SZ-40/42:n (kaukokirjoittimissa käytetty salauslaite, jolle britit antoivat koodinimen "Tunny") koodit. Jonkin aikaa hän johti Hut 8:aa, joka oli vastuussa Saksan laivaston viestinnän tulkitsemisesta.
Syyskuusta 1938 lähtien Turing oli työskennellyt osa-aikaisesti Government Code and Cypher Schoolissa (GCCS), brittien koodinmurtojärjestössä. Hän työskenteli Saksan Enigma-salauksen murtamisen parissa ja teki yhteistyötä GCCS:n vanhemman koodinmurtajan Dilly Knoxin kanssa. 4. syyskuuta 1939, päivä sen jälkeen kun Yhdistynyt kuningaskunta oli julistanut sodan Saksalle, Turing ilmoittautui GCCS:n sodanajan tiloihin Bletchley Parkiin.Copeland 2006, s. 378
Turingin–Welchmanin bombe thumbnail|Kopio bombe-koneesta Viikkojen kuluessa saapumisestaan Bletchley Parkiin Turing oli suunnitellut sähkömekaanisen laitteen, jonka avulla Enigma voitaisiin murtaa nopeammin kuin vuoden 1932 bomba-koneella. Uusi bombe-kone nimettiin aiemman puolalaisen bomban mukaan, johon se perustui. Matemaatikko Gordon Welchmanin ehdottamalla parannuksella varustetusta bombesta tuli yksi tärkeimmistä työvälineistä, ja tärkein automatisoitu väline, hyökkäyksessä Enigma-koodin suojaamaa viestintää vastaan.
Turingin kanssa Bletchley Parkissa työskennellyt kryptoanalyytikko Jack Good sanoi myöhemmin: "Turingin tärkein kontribuutio, omasta mielestäni, oli kryptoanalyyttisen bombe-koneen suunnittelussa. Hänellä oli ajatus, että voitaisiin soveltaa käytännössä loogista teoreemaa, joka kuulostaa harjaantumattomaan korvaan suhteellisen absurdilta; nimittäin sitä, että ristiriidasta voidaan päätellä kaikki.""The Men Who Cracked Enigma", 2003
Bombe etsi Enigma-viestissä käytettyjä, mahdollisesti oikeita asetuksia (eli kiekkojen järjestystä, kiekkojen asetuksia jne.) käyttäen sopivaa "lunttia", osaa todennäköisestä selkotekstistä. Jokaiselle mahdolliselle kiekkojen asetukselle (joita oli 1019, tai sukellusveneiden Enigma-koneiden tapauksessa 1022, sillä niissä käytettiin lopulta neljää kiekkoa kolmen tavallisen sijaan)Professori Jack Good dokumentissa "The Men Who Cracked Enigma", 2003: varoituksellaan "if my memory is correct" bombe suoritti sähköisesti sarjan loogisia päätelmiä luntin perusteella. Bombe havaitsi mahdollisen ristiriidan ja hylkäsi asetuksen siirtyen seuraavaan. Suurin osa mahdollisista asetuksista aiheutti ristiriitoja, ja vain muutama jäi jäljelle tutkittavaksi yksityiskohtaisesti. Turingin ensimmäinen bombe otettiin käyttöön 18. maaliskuuta 1940.Hodges 1983, s. 191 Sodan loppuun mennessä oli käytössä useita satoja bombe-koneita.
Hut 8 ja laivaston Enigma Joulukuussa 1940 Turing ratkaisi laivaston Enigman indikaattorijärjestelmän, joka oli matemaattisesti monimutkaisempi kuin muut vastaavat järjestelmät. Turing keksi myös bayeslaisen tilastollisen tekniikan, jolle annettiin nimeksi "Banburismus", auttamaan laivaston Enigman murtamisessa. Banburismus-tekniikan avulla voitiin sulkea pois laskuista tiettyjä Enigman kiekkojen asetuksia, mikä vähensi bombe-koneiden käyttöön tarvittavaa aikaa.
Keväällä 1941 Turing ehdotti avioliittoa Joan Clarkelle, kollegalleen Hut 8:ssa, mutta kihlaus purettiin yhteisestä sopimuksesta kesällä.