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Alan Turing

Dernier ajout : 9 juillet 2016.

Alan Turing est né le 23 juin 1912 et décède le 7 juin 1954. Malgré la brièveté de son existence, 42 ans, il est un des plus brillants scientifiques du XXe siècle. Il a en effet contribué en moins de 20 ans à plusieurs domaines majeurs : la logique, l’informatique, la biologie, la cryptographie et l’intelligence artificielle. Ses idées ont contribué à former le monde actuel.

De Alan à Turing

Le père de Turing était un fonctionnaire colonial anglais basé en Inde. Dès son plus jeune âge, Alan connaît la solitude de la pension en Angleterre. Élève brouillon et excentrique, il apprend à lire seul à l’âge de 5 ans.

À 9 ans, il découvre les sciences grâce au livre Les merveilles de la nature que tout enfant devrait connaître : l’auteur y explique que les êtres vivants fonctionnent comme des machines.
Le jeune Turing s’intéresse à la géographie et se met au français pour correspondre avec sa mère à l’insu de son père. La chimie l’obsède. La pension le rend solitaire. Il délaisse les sports d’équipe pour la course à pied et le marathon.
En 1926, il fait sa rentrée au collège de Sherborne où il étudie les sciences et montre toujours aussi peu d’intérêt pour les autres disciplines.
L’affinité d’Alan pour les chiffres et les énigmes l’amène à se lier d’amitié avec Christopher Morcom. Christopher allait devenir son premier amour. Mais Christopher est atteint d’une maladie qui l’emporte. Alan ne peut faire son deuil : comment un esprit brillant peut-il partir sans laisser de trace ? Il se donne pour mission de devenir le mathématicien qu’aurait dû être Christopher.

À 19 ans, il est admis à Cambridge, obtient sa licence de mathématiques avec mention, et devient Fellow de King’s College. Au cours de sa dernière année, Turing étudie la logique développée par Hilbert. Les questions soulevées par ce dernier le conduiront à l’élaboration de sa machine éponyme.

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Turing regardant les marguerites pousser - Croquis de sa mère - © Sherborne School

Peut-on tout calculer ?

Le mathématicien David Hilbert avait proposé lors d’un congrès de mathématiques en 1900, « 23 grandes questions mathématiques à résoudre pour le siècle à venir ». En 1928, il ajoute celle de la « décidabilité » : toute preuve de mathématique peut-elle être remplacée par un algorithme ? Hilbert pense que la réponse sera positive.

Mais en 1936 Church et Turing, chacun de leur côté, vont répondre par la négative de façon définitive. Pour ce faire, le logicien Church propose ce qu’il appellera le lambda calcul qui conduira aux langages formels. Turing, de son côté, imagine, dans son article On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem, une machine abstraite qui posera les bases de l’informatique. Church lui donnera le nom de Machine de Turing.

En invalidant la proposition de Hilbert, Church et Turing ouvrent en réalité des champs d’exploration mathématiques totalement nouveaux.

Suite à cet article, John von Neumann - un des pères des ordinateurs- et Church invitent Turing à Princeton pour passer sa thèse. Von Neumann fait travailler Turing sur la théorie des groupes qui fait écho aux questionnements de Turing sur les conditions de calculabilité des équations et les relations entre continu et discret primordial dans sa recherche.

En 1938, Turing passe son doctorat. Von Neumann lui propose de rester pour être son assistant, mais il préférera enseigner à Cambridge UK où la vie est plus libre.

L’ordinateur de papier

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La machine de Turing est un objet conceptuel, une expérience de pensée, une machine de papier, qui est définie comme suit :

  • Un ruban infini divisé en cases sur lequel sont inscrites les données.
  • Une tête de lecture/écriture des cases du ruban.
  • Un registre d’état de la machine.
  • Une table d’action (ou programme).
  • Tout algorithme résolvant un problème donné peut se représenter à l’aide d’une machine de Turing spécifique.

Le coup de génie de Turing est de démontrer l’existence d’une Machine Universelle, capable de simuler l’exécution de toute autre machine. Il s’agit d’un saut conceptuel majeur : on passe de la machine dédiée à la machine programmable. Cette machine est une version minimaliste, détachée des aspects techniques, des ordinateurs modernes.

Enigma

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À la veille de la seconde guerre mondiale, les transmissions militaires allemandes chiffrent leurs messages radio avec des appareils dont le plus connu est Enigma. La cryptographie devient alors un champ de bataille invisible dont l’enjeu se mesure en vies humaines.
En 1939, le gouvernement britannique installe une École du Chiffre à Bletchley Park, près de Londres. C’est un centre de cryptanalyse, dont l’activité la plus secrète vise à déchiffrer les messages radio nazis. Turing y dirige une équipe de spécialistes.
En appliquant la logique et le calcul des probabilités, il conçoit une version améliorée des calculateurs de décryptage polonais, les « Bombes », ainsi nommés à cause du bruit d’horloge de leur mécanisme. Il parvient à déchiffrer les messages destinés aux sous-marins allemands, principale menace pour l’empire Britannique, et permis de hâter la victoire.

Turing au coeur de la révolution informatique

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© Université de Manchester, School of Computer Science

En 1945, Turing est le meilleur spécialiste des relations entre maths et technologie. Contrairement aux mathématiciens de son époque, il s’intéresse à la conception des machines. Il est au cœur de la révolution informatique qui se prépare :

  • Il a posé les bases théoriques de l’informatique.
  • Il est un des meilleurs spécialistes du codage numérique.
  • Il a vu fonctionner la machine électroniqua Colmscus.
  • Il s’est initié à la conception d’appareils électroniques, notamment pour tester des hypothèses mathématiques.
  • Il connaît le rapport de von Neumann sur le calculateur ENIAC.

Fin 1945, il conçoit un projet de calculateur : le Automatic Computing Engine (ACE). Se référant au rapport von Neumann comme texte fondamental pour comprendre la nature et la structure d’un calculateur universel, il propose un plan d’ordinateur plus abouti.
Mais Turing et von Neumann n’ont pas la même approche.

Von Neumann veut construire un appareil capable d’effectuer des calculs inabordables avec les moyens classiques. Turing veut étudier une machine qui obéirait à un programme et simulerait la pensée.

Le manque de moyens dépossède Turing de ce projet dont une version réduite et modifiée sera achevée en 1950. L’industrie en dérivera deux séries commerciales d’ordinateurs : le Bendix G-15 qui est parfois considéré comme le premier ordinateur “personnel”, et le DEUCE.

En 1948, il part travailler en 1948 à Manchester sur un projet d’ordinateur universitaire le Ferranti Mark 1.

L’énigme de l’intelligence

Les ordinateurs ont été conçus pour se substituer aux hommes et effectuer certaines opérations à leur place. Mais jusqu’où ? La machine pourrait-elle penser ?
L’idée de Turing est la suivante : si tout ce qui peut être calculé par l’homme peut également l’être par une machine, alors une machine pourrait reproduire l’activité intellectuelle de l’homme.
En participant à la conception l’ACE, il poursuit ses réflexions sur les liens entre intelligence et machine. Et, en 1948, dans un article intitulé Intelligent Machinery il décrit mathématiquement des réseaux de neurones connectés aléatoirement et capables de s’auto-organiser.
Turing a toujours été attiré par les énigmes et les jeux mathématiques. Ils lui permettent aussi de témoigner son affection : après la mort Christopher, il explique le jeu de Go à la mère de celui-ci. Il joue au Monopoly avec le fils de son mentor, M. Newman, et explique à la fille de son psychanalyste comment résoudre mathématiquement le jeu du solitaire.
Mais les jeux sont, pour Turing, avant tout un espace pour comprendre ce qu’est l’intelligence et comment elle fonctionne.

Le « jeu de l’imitation »

En 1950, Turing propose dans son article Computing Machinery and Intelligence une idée simple et profonde : le jeu de l’imitation et pose ainsi le premier jalon d’une nouvelle discipline : l’intelligence artificielle.

Turing montre que la question Une machine peut-elle penser ? est piégée : si on définit l’intelligence comme une caractéristique de l’homme, ou l’homme par sa faculté de penser, ou une machine comme un être inanimé, alors la question est sans objet !

Dépassant ce questionnement, il donne une définition inédite de la notion d’intelligence : être intelligent c’est être perçu comme tel.

Il propose ce qu’on appellera par la suite le test de Turing : un expert pose des questions et doit déterminer si les réponses proviennent d’une machine ou d’un être humain. La machine réussit le test si elle est capable de tromper l’expert.

Selon Turing, toute activité intellectuelle peut se décomposer en opérations simples ; une machine dotée d’une base de « connaissances » suffisantes et de règles de calcul pourrait reproduire le raisonnement humain.

Pour autant, Turing n’a jamais confondu l’homme et la machine.

Avec ce jeu, Turing délimite l’intelligence artificielle en éliminant les aspects physiologiques et métaphysiques. Parce qu’elle ne fait qu’exécuter des instructions données, la machine ne sera intelligente que si son créateur l’est.

Jeux d’échecs

Dans sa quête pour créer un cerveau artificiel, Turing cherche à mécaniser le raisonnement et l’apprentissage par erreurs. Avec ses règles et sa complexité, le jeu d’échecs était le bon modèle pour tester ses idées.

Dès 1941, Turing discute automatisation des échecs avec l’ingénieur Good qui avait déjà écrit sur le sujet. Ils conçoivent un « arbre de décisions » pour calculer le meilleur coup. En 1945, il affirme, dans Proposed Electronic Calculator, que les ordinateurs seront de très bons joueurs d’échecs.

En 1947, Turing et l’économiste D.G. Champernowne, décrivent un algorithme d’échecs, appelé Turochamp. Comme aucune machine n’est capable de le faire tourner, Turing l’exécutera avec sa machine de papier.

En 1951, Turing commence à implémenter Turochamp sur le Ferranti Mark I, mais ne le terminera pas. Fin 1951, Prinz écrira le premier programme d’échecs sur cette machine, limité à deux coups du mat, par une méthode brute, bien loin de ce que Turing avait proposé.

En 1953, Turing montre un exemple de son programme d’échecs dans Digital Computers Applied to Games. Il y traite de nombreuses questions comme l’optimisation de la recherche du meilleur coup et l’apprentissage par la machine.

Pour le 100ème anniversaire de la naissance de Turing, le joueur d’échec Garry Kasparov à affronté le programme d’échec imaginé par Turing :

Morphogénèse

Comprenant les limites de la pure algorithmique dans ses recherches, Turing se tourne vers la biologie. En 1952, il s’intéresse au problème de la création des formes dans la nature, déjà étudié par D’Arcy Thompson. Comme lui, Turing pense que la solution est mathématique.

Si un embryon se développait par divisions successives d’une cellule sans transformation, les cellules seraient toutes identiques. Comment comprendre alors que les cellules-oeufs produisent des cellules de natures différentes, permettant l’apparition des différents organes d’un être vivant ?
Cette question rappelle le livre qui avait passionné Turing à l’âge de 9 ans...

L’information qui détermine si une cellule devient une cellule de foie ou de cerveau n’est pas héritée de la cellule-œoeuf, puisque cet héritage est le même pour toutes les cellules de l’organisme. Elle doit donc venir de l’environnement de la cellule.

Turing émet une hypothèse : la différenciation viendrait de la présence, dans les cellules, de substances chimiques qui réagiraient entre elles et se diffuseraient d’une cellule à l’autre : un processus de réaction-diffusion chimique.

En écrivant un programme à partir de ce modèle simple, Turing parvient à reconstruire un pelage tacheté sur l’ordinateur Manchester Mark I.

Cette recherche illustre la quête sous-jacente de Turing : comprendre comment des mécanismes élémentaires peuvent produire des phénomènes complexes, comme l’intelligence et les êtres vivants.

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Mythe

En 1952, dans un climat de guerre froide exacerbé, Turing est condamné à la castration chimique pour homosexualité à l’occasion d’une affaire de vol dont il est victime. Il connaît de problèmes de concentration. Son corps change. Ne supportant plus cette situation, il se suicide dans l’indifférence générale en 1954, en avalant une pomme plongée dans du cyanure... référence à Blanche-Neige ?

Il faudra que les informaticiens, en travaillant sur les bases théoriques de leur discipline, redécouvrent ses articles, et que le secret défense soit progressivement levé, pour qu’Alan Turing soit réhabilité.

Le parcours de sa vie, sa fin tragique, et la honte d’un pays qui poussa au suicide un héros de guerre et un de ses esprits les plus brillants, a forgé le mythe Turing.

Publications

Points de repère de la chronologie d’Alan Turing



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