2.2.3
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2.2 贝叶斯大神:信念的迭代与更新
2.2.3 破译“天机”:图灵与概率的利剑
在第二次世界大战那阴云密布的年代,纳粹德国的U型潜艇如幽灵般游弋在大西洋上,精准地将盟军的补给船送入海底。他们手中握有一件自认为牢不可破的“神谕”——恩尼格玛(Enigma)密码机。
这台精密的机器,通过其内部错综复杂的转子和接线板,能创造出一个拥有超过150万亿亿(1.5 x 10^20)种可能性的密钥空间。每天午夜,密钥都会更换,这意味着盟军的破译者们,必须在24小时之内,从一个比银河系所有恒星数量还要庞大无数倍的“可能性宇宙”中,找到那唯一正确的“钥匙”。从纯粹数学的角度看,这几乎是一项不可能完成的任务。德军坚信,任何试图猜中密钥的努力,其成功的P值,都无限趋近于0。他们筑起了一座看似坚不可摧的P之堡垒。
然而,一位名叫艾伦·图灵的天才数学家,却看到了这座壁垒上的一丝裂痕。图灵的洞察,并非源于更强大的计算能力,而是源于一个更深刻的哲学思考:机器是冰冷的,但使用机器的人,却是有温度、有习惯、有弱点的。
德军相信恩尼格玛的输出是纯粹的随机噪声,但图灵认为,人类的语言和行为,从来都不是真正随机的。 它们充满了模式,充满了可以被利用的、基于P的“蛛丝马迹”:
- 语言的统计特性:在德语中,字母“E”的出现频率远高于“X”或“Q”。这意味着,在大量的密文中,某些字母的分布也必然会呈现出非随机的模式。
- 操作员的“人性弱点”:一些德军操作员为了省事,从不使用某些特定的转子设置,或者在设置接线板时,会避免将一个字母连接到它旁边的字母。这些“偷懒”的行为,都在不经意间,为某些密钥组合的出现几率,悄悄地加上了微小的“权重”。
- 固定的电报格式:这是最致命的弱点。德军的电报,往往包含一些高度可预测的、日复一日出现的词语,比如每天早晨天气预报的开头“Wettervorhersage”,或者每封电报末尾的“Heil Hitler”。这些被图灵团队称为“Cribs”(小抄)的已知明文片段,成为了他们手中最锋利的、用以劈开“可能性壁垒”的概率之剑。
这,就也是一场现实世界中最宏大、最惊心动魄的贝叶斯推理。
- 先验概率(Prior Probability):在没有任何额外信息时,每一个密钥设置的可能性都同样微乎其微,接近于零。
- 新证据(Evidence):截获的密文,以及一个被大胆猜测的“Crib”(例如,猜测某段密文对应的明文是“Wettervorhersage”)。
- 后验概率(Posterior Probability):这便是图灵施展魔法的关键。当他们将“Crib”这个新证据代入后,奇迹发生了。他们可以开始检验:在恩尼格玛的成千上万种潜在设置中,哪些设置可能会将“Wettervorhersage”加密成我们截获的那段密文?由于恩尼格玛一个基本的设计规则是“一个字母永远不会被加密成它自己”,这个简单的约束,就足以像一把利刃,瞬间斩断无数种可能性。如果某个密钥设置会导致明文中的“e”被加密成密文对应位置的“E”,那么这个密钥设置的后验概率就瞬间从一个极小的正数,坍缩为0!
图灵和他的团队所要做的,不再是在亿万种可能性中“大海捞针”,而是通过不断地引入“Cribs”这个强大的约束条件,将那些与已知事实相矛盾的“可能性”大规模地、成片地“烧掉”。他们并非在提升“猜对”的P值,而是在极速降低“猜错”的P值,直到剩下的可能性寥寥无几。
为了自动搜寻,图灵设计了著名的Bombe(炸弹机)。这台机器并非一台“解密机”,而是一台自动化的“P证伪引擎”。它以当时让人难以置信的速度,模拟恩尼格玛的各种设置,去检验每一个基于“Crib”的假设。一旦发现某个设置会导致逻辑矛盾(如字母自加密),它就会立刻停止,并排除掉这一整类的可能性。
最终,当Bombe机在排除了亿万种错误的可能性之后,停在少数几个没有出现矛盾的设置上时,破译人员再用人力进行最后的验证,那把通往德军所有秘密的“钥匙”,便赫然在握。
图灵的胜利,是概率思维对穷举思维的压倒性胜利。它雄辩地证明,即使面对一个由天文数字般的可能性构成的壁垒,只要我们能找到其中非随机的、由规律和人性驱动的“裂痕”,并运用概率的武器进行精准打击,那看似牢不可破的壁垒,也终将轰然倒塌。
这不仅仅是一次扭转了二战战局的伟大技术突破,它更深刻地预示了我们这个时代的到来。图灵用概率的利剑,撬开了信息世界的大门,为我们今天所探讨的人工智能,特别是那些同样依赖于从海量数据中学习概率模式的大模型,奠定了最坚实的思想基石。那只在布莱切利庄园里拨动命运琴弦的“P之手”,至今仍在我们的世界中,回响不息。