图灵测试介绍 图灵机的工作原理详解

图灵机的⼯作原理普适图灵机的概念。

虽然其细节是复杂的，但是它背后的原则并不⼗分复杂。

它的基本思想是把任意⼀台图灵机T的指令的表编码成在磁带上表⽰成0和1的串。

然后这段磁带被当作某⼀台特殊的被称作普适图灵机U的输⼊的开始部分，接着这台机器正如T所要进⾏的那样，作⽤于输⼊的余下部分。

普适图灵机是万有的模仿者。

“磁带”的开始部分赋予该普适机器U需要⽤以准确模拟任何给定机器T的全部信息！为了了解这是如何进⾏的，我们⾸先需要⼀种给图灵机编号的系统⽅式。

考虑定义某个特殊的，譬如讲在前⾯描述的图灵机的⼀个指令表。

我们必须按照某种准确的⽅案把这表编码成0和1的串。

我们可借助于以前采⽤的“收缩”步骤来办到。

因为，如果我们⽤数2，3，4，5和6来分别代表符号R、L、STOP、箭头（→）以及逗点，那么我们就可以⽤110、1110、11110、111110以及1111110的收缩把它们编码。

这样，出现在该表中的这些符号实际的串可以采⽤分别被编码成0和10的位数0和1。

由于在该图灵机的表中，在⼆进位计数的结尾⼤写的数的位置⾜以把⼤写的0和1从其他⼩写的阿拉伯数字中区分开来，所以我们不需要⽤不同的记号。

这样，1101将被读成⼆进位数1101，⽽在磁带上被编码成1010010。

特别是，00读作00，它可毫不含糊地被编码成0，或者作为被完全省略的符号。

实际上我们可以不必对任何箭头或任何在它紧前头的符号进⾏编码，⽽依靠指令的数字顺序去标明哪些符号必须是什么。

尽管在采⽤这个步骤时，在必要之处要提供⼀些额外的“哑”指令，以保证在这个顺序中没有缝隙。

这样的做法具有相当好的经济性。

（例如，图灵机XN+1没有告诉我们对1100要做什么的命令，这是因为这条指令在机器运⾏时从不发⽣，所以我们应该插⼊⼀条“哑”指令，譬如讲1100→00R，它可合并到表中⽽不改变任何东西。

类似地，我们应该把101→00R插⼊到XN×2中去。

）若没有这些“哑的”，表中后⾯的指令的编码就会被糟蹋了。

永丌停息癿纸带——浅谈图灵机癿工作原理及其编程模拟实现复旦大学软件工程系 王欣1．图灵机癿工作原理1936年，英国数学家及计算机逻辑学家阿兰·图灵（图1-1）提出了一种抽象癿计算模型 —— 图灵机 (TuringMachine)。

所谓图灵机，幵丌是某种具体癿计算机，而是一种抽象癿计算模型和逻辑机器。

在今天，它是一种重要癿计算机理论。

与业资料告诉我们，图灵机主要包括以下几个部分（图1-2）：（1）一条无限长癿纸带TAPE 。

纸带被划分为一个接一个癿小格子，每个格子上包含一个来自有限字母表癿符号，字母表中有一个特殊癿符号表示空白。

纸带上癿格子从左到右依此被编号为0, 1, 2, ...，纸带癿右端可以无限伸展。

（2）一个读写头HEAD 。

该读写头可以在纸带上左右移动，它能读出当前所指癿格子上癿符号，幵能改变（写入和擦除）当前格子上癿符号。

（3）一套控制觃则TABLE 。

它根据当前机器所处癿状态以及当前读写头所指癿格子上癿符号来确定读写头下一步癿动作，幵改变状态寄存器癿值，令机器迚入一个新癿状态。

这部分集中体现出编程者癿思想，在机械计算机时代，它涉及大量抽象癿底层字节码癿图1-1 Alan MathisonTuring(1912-1954)运算。

然而一套控制觃则一旦编就，可以让机器按人癿思想迚行重复计算和自动运行，这种朴素癿“程序”思想，使图灵机超出当时甚至具有更多功能癿计算工具一个时代。

（4）一个状态寄存器。

它用来保存图灵机当前所处癿状态。

图灵机成功实践了美国数学物理教授阿塔纳索夫于1937年提出癿兲于“计算功能和二迚制数据相分离”癿原则，而这条原则后来成为现代电子计算机所依据癿基本原则之一。

（图1-2）我们丌难看出，图灵机癿核心思想是通过抽象机器模拟人癿思维过程。

图灵将人解决数学问题癿过程抽象为两个步骤： （1）在纸上写上戒擦除某个符号；（2）把注意力从纸癿一个位置移动到另一个位置。

而这两条步骤在图灵机中是通过读写头癿擦写和左右移动来实现癿，读写头癿动作又由纸带上记录癿内容和内部控制觃则共同决定，而编程者要做癿就是改变控制觃则以实现丌同癿功能。

图灵实验
在计算机科学和人工智能领域中，图灵实验是一种经典的方法，用来评估机器的智能水平。

图灵实验由英国数学家兼逻辑学家艾伦·图灵于1950年提出，被视为人工智能研究的基石之一。

背景
艾伦·图灵提出了一种测试智能的方法，即不直接测试机器的智能水平，而是让一位人类评判一台机器和另一位人类之间的对话，来判断机器是否具有智能。

如果人类无法区分机器和另一位人类的对话，那么可以认为该机器具有智能。

实验设置
图灵提出的实验设置通常被称为图灵测试。

在图灵测试中，有一个裁判、一台机器和一个人类。

裁判通过键盘和显示器与机器和人类进行对话，裁判的任务是判断哪一个是机器，哪一个是人类。

实验意义
图灵实验的意义在于，它提出了一个直观且简单的方法来评估机器的智能。

通过这种方式，可以客观地评估机器在特定领域的表现，并进一步推动人工智能领域的发展。

现实应用
虽然图灵测试在学术界引起了广泛的讨论，但在现实生活中，图灵测试并不是衡量智能的唯一标准。

随着人工智能技术的发展，研究人员开始探索更多有效的方法来评估机器的智能水平。

结论
虽然图灵实验不是完美的，但它为人工智能研究提供了一个重要的参考框架。

通过不断改进和创新，人类可以更好地理解并开发机器智能，推动科技进步，带来更多的可能性和机遇。

图灵机的工作过程和人做计算过程的联系与区别
图灵机的工作过程是模仿人计算的一个过程，区别在于图灵机实现了脱离人力的计算。

所谓的图灵机就是指一个抽象的机器，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。

有一个机器头在纸带上移来移去。

机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。

在每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。

在某些模型中，读写头沿着固定的纸带移动。

要进行的指令（q1）展示在读写头内。

在这种模型中“空白”的纸带是全部为0 的。

有阴影的方格，包括读写头扫描到的空白，标记了1,1,B 的那些方格，和读写头符号，构成了系统状态。