Alan Turing - Définition
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Introduction
| Alan Turing | |
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| Naissance | 23 juin 1912 Maida Vale, Londres (Royaume-Uni) |
| Décès | 7 juin 1954 (à 41 ans) Wilmslow, Cheshire (Royaume-Uni) |
| Nationalité | Britannique |
| Champs | Mathématique, Logique, Cryptanalyse |
| Institution | Université de Manchester National Physical Laboratory Université de Cambridge |
| Diplômé | Université de Manchester Université de Princeton |
| Célèbre pour | Problème de l'arrêt Machine de Turing Cryptanalyse d'Enigma ACE Prix Turing Test de Turing |
| Distinctions | Ordre de l'Empire britannique Membre de la Royal Society |
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Alan Mathison Turing (23 juin 1912 - 7 juin 1954) est un mathématicien britannique, auteur de l'article fondateur de la science informatique qui allait donner le coup d'envoi à la création des calculateurs universels programmables (ordinateurs). Il y présente sa machine de Turing, le premier calculateur universel programmable, et invente les concepts de programmation et de programme.
Il est également à l'origine de la formalisation des concepts d'algorithme et de calculabilité qui ont profondément marqué cette discipline. Son modèle a contribué à établir définitivement la thèse Church-Turing qui donne une définition mathématique au concept intuitif de fonction calculable.
Durant la Seconde Guerre mondiale, il a dirigé les recherches sur les codes secrets générés par la machine Enigma utilisée par les nazis.
Après la guerre, il a travaillé sur un des tout premiers ordinateurs, puis a contribué de manière provocatrice au débat déjà houleux à cette période sur la capacité des machines à penser en établissant le test de Turing.
Vers la fin de sa vie, il s'est intéressé à des modèles de morphogenèse du vivant conduisant aux « structures de Turing ». Il a été persécuté pour son homosexualité. Pour éviter la prison, il est condamné à la castration chimique par prise d'œstrogènes, ce qui a pour effet secondaire de développer sa poitrine. Il meurt le 7 juin 1954 d'un empoisonnement au cyanure, un suicide selon l'enquête qui s'ensuivit, quoique sa mère ait défendu la thèse d'un empoisonnement accidentel.
Biographie
Enfance et jeunesse
Alan Turing est né à Paddington du fonctionnaire d'administration coloniale Julius Mathison Turing et de sa femme Ethel Sarah Turing (née Stoney). À partir de l'âge d'un an, le jeune Alan est élevé par des amis de la famille Turing.
Sa mère rejoint alors son père qui était en fonction dans l'Indian Civil Service. Ces derniers reviendront au Royaume-Uni à la retraite de Julius en 1926. Très tôt, le jeune Turing montre les signes de son génie. Il est par exemple relaté qu'il apprit seul à lire en trois semaines. De même, il montra une affinité précoce pour les chiffres et les énigmes.
Ses parents l'inscrivent à l'école St. Michael's, à l'âge de six ans. La directrice reconnaît rapidement en lui un génie, comme beaucoup de ses professeurs consécutifs au Marlborough College. À Marlborough, il est pour la première fois confronté à des camarades plus âgés que lui, il deviendra l'une de leurs têtes de Turc. À partir de 13 ans, il fréquente le Sherborne School, où son premier jour de classe fut couvert par la presse locale en raison de son exploit sportif. En effet, une grève générale avait éclaté au Royaume-Uni et Turing s'était rendu à son école distante de près de 90 kilomètres à vélo, s'arrêtant la nuit dans un motel.
Sportif accompli, Alan Turing arrivera même 4e à l'arrivée du marathon de l'Association des athlètes amateurs (AAA Marathon), dont les meilleurs coureurs sont traditionnellement qualifiés pour les Jeux olympiques) en 1949, en 2 heures 46 minutes et 3 secondes, un très bon temps à l'époque. Blessé à une jambe, Turing cessera de courir sérieusement à partir de 1950.
Le penchant naturel de Turing pour les sciences ne lui apporte le respect ni de ses professeurs, ni des membres de l'administration de Sherborne, dont la définition de la formation mettait plus en valeur les disciplines classiques (littérature, arts, culture physique) que les sciences. Malgré cela, Turing continue de faire des prouesses dignes d'intérêt dans les matières qu'il aime, résolvant des problèmes très ardus pour son âge. Par exemple, en 1928, Turing découvre les travaux d'Albert Einstein et les comprend alors qu'il a à peine 16 ans, allant même jusqu'à extrapoler la loi du mouvement d'Einstein à partir d'un texte dans lequel elle n'était pas décrite explicitement.
Études supérieures et travaux sur la calculabilité
À cause de son manque d'enthousiasme à travailler aussi dur dans les matières classiques que dans les matières scientifiques, Turing échoue plusieurs fois à ses examens, et finit par n'être admis que dans l'établissement qu'il avait mentionné par défaut, King's College de l'université de Cambridge, alors qu'il avait demandé Trinity College en premier choix. Il étudie de 1931 à 1934 sous la direction de Godfrey Harold Hardy, mathématicien émérite alors titulaire de la chaire de Sadleirian puis responsable du centre de recherches et d'études en mathématiques. Il suit également les cours d'Arthur Eddington et, la dernière année, de Max Newman qui l'introduit à la logique hilbertienne. En 1935, Turing est élu fellow, équivalent d'enseignant-chercheur, du King's College.
Dans son remarquable article « On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem » (1936), il répond à un problème posé par Hilbert à savoir celui de la décision (Entscheidung) dans les théories axiomatiques, qui demande s'il est possible de trouver une méthode effectivement calculable qui affirme si, oui ou non, une proposition est démontrable. Pour montrer que cela n'est pas possible, il faut caractériser ce qu'est un procédé effectivement calculable.
Turing le fait en introduisant les machines de Turing. Dans le cours de son raisonnement, il démontre que le problème de l'arrêt d'une machine de Turing ne peut être résolu par algorithme : il n'est pas possible de décider avec un algorithme (c'est-à-dire avec une machine de Turing) si une machine de Turing donnée s'arrêtera. Bien que sa preuve fût publiée après celle de Alonzo Church, le travail de Turing est plus accessible et intuitif. Il est aussi complètement nouveau dans sa présentation du concept de « machine universelle (de Turing) », avec l'idée qu'une telle machine puisse accomplir les tâches de n'importe quelle autre machine. L'article présente également la notion de nombre réel calculable. Il déduit de l'indécidabilité du problème de l'arrêt que l'on peut définir des nombres réels qui ne sont pas calculables.
Turing passe la plus grande partie de 1937 et de 1938 à travailler à l'université de Princeton, sous la direction d'Alonzo Church. Il obtient en mai 1938 son Ph.D. de l'université de Princeton ; son manuscrit présente la notion d'hypercalcul, où les machines de Turing sont complétées par ce qu'il appelle des oracles, autorisant ainsi l'étude de problèmes qui ne peuvent pas être résolus de manière algorithmique. L'appellation de « machine de Turing » vient de Church, son directeur de thèse, qui l'emploie pour la première fois dans un compte-rendu du travail de son élève dans le Journal of Symbolic Logic.
De retour à Cambridge en 1939, il participe à des cours publics de Ludwig Wittgenstein sur les fondements des mathématiques. Tous les deux discutent de manière véhémente et tombent en désaccord, Turing défendant le formalisme alors que Wittgenstein pense que les mathématiques sont surestimées et qu'elles ne permettent pas de découvrir une quelconque vérité absolue.
Décryptage
Pendant la Seconde Guerre mondiale, Turing est un des principaux contributeurs des recherches menées à Bletchley Park (centre secret du service britannique du chiffre) visant à casser les codes secrets de la machine Enigma utilisée par les nazis. En novembre 1942, il rejoint les États-Unis pour tenter de casser des codes japonais. Il y rencontre Claude Shannon avec qui il s'entretient régulièrement. Il retourne en Angleterre en 1943.
En 1945, pendant son séjour à Ebermannstadt, les deux bombes atomiques américaines sont larguées sur le Japon et il n'en est pas surpris: il connaissait, depuis son voyage secret aux États-Unis de 1942-1943, l'existence du projet de Los Alamos dans des proportions non encore élucidées.
Il conçoit également une machine à coder la voix. Il contribue également à de nombreuses autres recherches mathématiques, comme celles qui aboutiront à casser le code généré par le téléscripteur de Fish (machine construite par Lorenz et Siemens en partenariat). Les recherches sur le code de Fish furent utilisées lors de la conception de l'ordinateur Colossus. Cette machine fut conçue par Max Newman et construite au laboratoire de recherche des Postes de Dollis Hill par une équipe dirigée par Thomas Flowers en 1943. Turing a également conçu des versions améliorées de la « Bombe » polonaise utilisée pour trouver des clés des messages de la machine Enigma. Ce sont des dispositifs électromécaniques associant plusieurs « machines Enigma » pour éliminer rapidement des ensembles de clés potentielles sur des blocs de communication d'Enigma.
Le travail de Turing sur le déchiffrement du code Enigma lors de l'opération Ultra fut tenu secret jusque dans les années 1970 ; même ses plus proches amis n'étaient pas au courant de ces recherches.
Travail sur les premiers ordinateurs ; le test de Turing
De 1945 à 1948, il travaille au National Physical Laboratory, situé à Teddington au Royaume-Uni, sur la conception de l'ACE (Automatic Computing Engine : « Moteur de calculs automatiques »). En 1949, il devient directeur délégué du laboratoire d'informatique de l'université de Manchester, et travaille alors sur la programmation de l'un des tout premiers véritables ordinateurs : Manchester Mark I.
Lors de la conférence marquant l'inauguration du laboratoire de recherches en informatique, il propose une méthode de preuve de correction de programmes fondée sur des assertions (voir logique de Hoare) qui préfigure la méthode connue sous le nom de « méthode de Floyd-Hoare ». Pendant ce temps, il continue à produire un travail de réflexion fondamentale et, dans l'article « Computing Machinery and Intelligence » (Mind, octobre 1950), Turing explore le problème de l'intelligence artificielle et propose une expérience maintenant connue sous le nom de test de Turing dans une tentative de définition d'un standard permettant de qualifier une machine de « consciente ».
Le programme de Joe Weizenbaum, ELIZA, écrit en 1966 et qui ne prend pas plus de trois pages de langage SNOBOL, sera le premier à donner l'illusion pendant quelques minutes de satisfaire au test de Turing.
En mai 1952, Turing écrit un programme de jeu d'échecs. Ne disposant pas d'un ordinateur assez puissant pour l'exécuter, il simule lui-même les calculs de la machine, mettant environ une demi-heure pour effectuer chaque coup. Une partie fut enregistrée, où le programme perdit contre un collègue de Turing.
Morphogenèse
En 1952, Turing s'est intéressé à une autre branche des mathématiques : l'analyse, et, à partir de l'équation de réaction-diffusion, a élaboré un modèle biomathématique de la morphogenèse, tant chez l'animal que chez le végétal. Il fait paraître un article, « The chemical basis of morphogenesis » (Philosophical Transactions of the Royal Society of London, août 1952), où il propose trois modèles de formes (Turing patterns). Dans les années 1990, des expériences de chimie viendront confirmer expérimentalement les modèles théoriques de Turing.
Persécution et mort
L'homosexualité de Turing lui valut d'être persécuté et brisa sa carrière. En 1952, son compagnon aide un complice à cambrioler la maison de Turing, qui porte plainte auprès de la police. L'enquête de police finit par l'accuser d'« indécence manifeste et de perversion sexuelle » (d'après la loi britannique sur la sodomie). Il décide d'assumer son orientation et ne présente pas de défense, ce qui le fait inculper.
S'ensuit un procès très médiatisé, où lui est donné le choix entre l'incarcération et une castration chimique, réduisant sa libido. Il choisit ce dernier, d'une durée d'un an, avec des effets secondaires comme le grossissement de ses seins. Alors qu'il avait été consacré, en 1951, en devenant membre de la Royal Society, à partir de 1952, il sera écarté des plus grands projets scientifiques.
En 1954, il meurt d'un empoisonnement au cyanure. L'enquête qui s'ensuivit conclut au suicide, même si sa mère tenta d'écarter cette thèse pour soutenir celle de l'accident : elle affirma vigoureusement que l'ingestion du poison était accidentelle en raison de la propension de son fils à entreposer des produits chimiques de laboratoire sans aucune précaution. Il est vrai que le moyen d'ingestion du poison aurait été une pomme partiellement mangée retrouvée près du corps de Turing et qui aurait été imbibée de cyanure (même s'il n'existe pas ce certitude à cet égard, la pomme n'ayant pas été analysée). Le biographe de Turing, Andrew Hodges, a émis l'hypothèse que Turing ait pu choisir ce mode d'ingestion précisément pour laisser à sa mère la possibilité de croire à un accident. Nombreux sont ceux qui ont souligné le lien entre sa méthode de suicide et le film Blanche-Neige et les Sept Nains, duquel il avait particulièrement apprécié la scène où la sorcière crée la pomme empoisonnée, au point de régulièrement chantonner les vers prononcés par la sorcière : « Plongeons la pomme dans le chaudron, pour qu'elle s'imprègne de poison ».
