Ostatnia aktualizacja 5 lutego, 2024
Maszyna Turinga to jedno z dzieł genialnego angielskiego matematyka i kryptologa. Wsławił się on także pomocą w rozszyfrowaniu Enigmy, niemieckiej maszyny szyfrującej. Stworzył koncepcję maszyny liczącej, która miała działać na podobnej zasadzie, jak opracowane wiele lat później komputery.
Zobacz: Pierwsza mysz komputerowa. Jaka jest jej historia?
Kim był Alan Turing?
Alan Turing urodził się 23 czerwca 2912 roku w Londynie. Wychowywał się w Anglii, mimo iż jego rodzice wyjechali do Indii. W szkole radził sobie dobrze jedynie z naukami ścisłymi, ale zawalał wszystko, co związane było z naukami humanistycznymi.
Zamiłowanie do matematyki i rozwiązywania różnych testów oraz łamigłówek sprawiły jednak, że otrzymał stypendium naukowe na King’s College w Cambridge, gdzie studiował matematykę.
Tam też napisał swoją słynną pracę naukową „On Computable Numbers With An Application To The Entscheidungsproblem”, czyli „O liczbach obliczalnych i ich zastosowania do problemów decyzyjnych”.
W późniejszych latach przyczynił się do rozwoju kryptografii w Rządowej Szkole Kodów i Szyfrów, opracowując urządzenie zwane potocznie Bombą Turinga. Wykorzystał on do tego prace Mariana Rajewskiego. Maszyna ta pozwoliła znacznie szybciej rozwiązać problem deszyfracji komunikatów przygotowanych z wykorzystaniem niemieckiej maszyny szyfrującej Enigma.
Za swoje osiągnięcia odznaczono go Orderem Imperium Brytyjskiego.
Po II Wojnie Światowej zajął się problemami sztucznej inteligencji. To poskutkowało powstaniem Testu Turinga. Dzięki niemu powinno się dać określić w ślepym teście, czy rozmawia się z człowiekiem, czy też maszyną.
Więcej o Alanie Turingu, jego życiu i pracy dowiecie się z Wikipedii.
Maszyna Turinga
Alan Turing stworzył koncepcję maszyny, która była w stanie wykonywać zaprogramowane operacje matematyczne, które obecnie nazywamy algorytmami. Dane do obliczeń miały być dostarczane urządzeniu na specjalnych taśmach perforowanych.
Ważne było to, że według jego koncepcji, do każdego rodzaju obliczeń (dodawanie, odejmowanie, dzielenie, mnożenie itp.) miały istnieć różne maszyny i zajmować się tylko jednym z wymienionych zagadnień.
Urządzenie zwane Maszyną Turinga miało być uniwersalne i zależnie od przygotowanych danych wejściowych, wykonywać różne operacje. Dane te miały być do niej dostarczane na nieskończonej długości taśmie podzielonej na komórki zawierające znaki możliwe do interpretacji i przetwarzania. Dodatkowo głowica odczytująca lub zapisująca te komórki musi mieć możliwość przesuwania się. Układ sterujący miał zarządzać przemieszczaniem się głowicy oraz przesuwaniem się taśmy.
Wiele lat później, pierwsze realnie działające komputery były niemal dokładnym odzwierciedleniem tej koncepcji. Wykonywały obliczenia, pobierając dane z kart perforowanych przygotowanych przez operatorów.
Maszyna Turinga ma również swoje ograniczenia, w szczególności nie jest w stanie rozwiązać problemów, które nie są obliczalne, czyli takich, które nie mają rozwiązania w ogóle lub wymagają nieskończenie wiele kroków do rozwiązania.
Zobacz: Komputer do pracy w IT– jaki wybrać?
Kompletność Turinga
Od nazwiska Alana Turinga nazwano cechę języka programowania lub systemu przetwarzającego dane. Kompletność Turinga polega na tym, że dany system lub język może rozwiązać podobną klasę problemów obliczeniowych, które również rozwiąże maszyna Turinga. Co to dokładniej oznacza? Jeśli system, maszyna lub język potrafi wyrazić lub wykonać każdy algorytm, to określa się je jako zupełne. Nie istnieją w tym przypadku dodatkowe warunki dotyczące wydajności.
W przypadku Kompletności Turinga, zupełne modele obliczeniowe są proste konstrukcyjnie. Pozwala to łatwo weryfikować ograniczenia obliczalności i umożliwia łatwiejsze zapisy matematyczne. Przykładami są:
- maszyna Turinga,
- rachunek lambda,
- system półhueowski.
Ciekawostką jest to, że większość języków programowania jest zupełna w sensie Turinga. Wśród nich wymienić można:
- Wszystkie języki ogólnego przeznaczenia: obiektowe (m.in. Java), wieloparadygmatowe (m.in. C++, R) i proceduralne (m.in. C).
- Języki wykorzystujące mniej popularne paradygmaty: deklaratywne, logiczne i funkcyjne.
Kompletność Turinga jest ważnym pojęciem w informatyce teoretycznej, ponieważ pozwala ona na badanie możliwości obliczeniowych różnych systemów i języków programowania. Dzięki temu można określić, które systemy lub języki programowania są wystarczająco potężne, aby wykonywać skomplikowane algorytmy i problemy obliczeniowe.
Zdjęcie tytułowe: Maszyna Turinga, zrekonstruowana przez Mike’a Davey’a, widziana w Go Ask ALICE na Uniwersytecie Harvarda (Wikipedia)
Ograniczenia obliczeniowe i problemy nierozstrzygalne
Ograniczenia obliczeniowe maszyny Turinga ujawniają istotne bariery w teorii obliczeń, szczególnie w kontekście problemów nierozstrzygalnych.
Jednym z najbardziej znaczących przykładów takiego problemu jest problem zatrzymania, który bada, czy dowolny algorytm (lub program) zakończy działanie dla danego zestawu danych wejściowych, czy też będzie działał w nieskończoność.
Alan Turing udowodnił, że nie istnieje uniwersalny algorytm zdolny do rozwiązania problemu zatrzymania dla każdego możliwego programu i danych wejściowych. To odkrycie wskazuje na fundamentalne ograniczenie w dziedzinie obliczeń: nie wszystkie problemy mogą być rozwiązane za pomocą algorytmicznego podejścia.
Konsekwencje tego ograniczenia są daleko idące, ponieważ definiują granice tego, co jest możliwe do osiągnięcia w obliczeniach, niezależnie od mocy obliczeniowej dostępnych nam narzędzi.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś nasz artykuł. Obserwuj EnterTheCode.pl w Wiadomościach Google, aby być na bieżąco.
