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Claude Shannon – 完整的传记、历史和发明

关键要点:
  • 克劳德·香农(claude shannon)在其发表的论文中提出的思想推动了信息论和数字通信领域的发展。
  • 在二战期间,香农在贝尔实验室工作,参与了诸如加密、高射炮导弹控制系统以及建立安全通信系统等秘密战时项目,并使丘吉尔和罗斯福得以协调战时应对。
  • 他在麻省理工学院的电子研究实验室工作了几十年,并成为该实验室的永久教职成员。1978年,他被授予名誉教授的称号。

克劳德·香农是数字时代的早期先驱。

克劳德·香农是谁?

克劳德·香农是美国的计算机科学家、工程师和数学家。他在其发表的论文中提出的思想推动了信息论和数字通信领域的发展,为我们依赖的全球电子通信网络铺平了道路,使数字时代成为可能。

早年生活

克劳德·埃尔伍德·香农是一名教师和企业家的儿子,于1916年4月30日在密歇根州小镇佩托斯基出生,并作为一个哭泣的婴儿传达他的第一个信息。他在附近的盖洛德市上小学和中学,然后进入密歇根大学,在那里他获得了数学和电气工程两个学士学位。

快速事实

全名
克劳德·香农
出生
1916年4月30日
逝世
2001年2月24日
净资产
不适用
荣誉
  • 耶鲁大学、密歇根大学、普林斯顿大学、爱丁堡大学、匹兹堡大学、西北大学、牛津大学、东安格利亚大学、卡内基梅隆大学、塔夫茨大学和宾夕法尼亚大学的荣誉学位
  • 国家科学奖章
  • 斯图尔特·巴兰坦恩奖章
  • 哈维奖
  • 哈罗德·彭德尔奖
  • 约翰·弗里茨奖章
  • 京都奖
  • 香农奖
子女
罗伯特、安德鲁和玛格丽塔
国籍
美国
出生地
密歇根州佩托斯基
专业领域
[“数学”、“计算机科学”、“电气工程”、“通信”、“密码学”]
机构
密歇根大学、贝尔实验室和麻省理工学院
贡献
信息论和数字电路设计

毕业后,香农继续在麻省理工学院进行研究生学习。他有机会与当时最多产的计算机专家之一范内瓦尔·布什博士(链接:https://jingzhengli.com/people/vannevar-bush-biography-history-and-inventions/)一起工作。他们使用的计算机是布什称为“差分分析器”的简单模拟计算机。香农帮助布什在这些机器上编制了差分方程的程序,这些机器通过复杂的齿轮、轴和轮子系统解决微积分问题。

在麻省理工学院的数学系期间,香农完成了他获奖的硕士论文《继电器和开关电路的符号分析》。这是第一个提出使用继电器开关电路与布尔逻辑相结合的系统,使得数字电路的设计成为一门有用的科学,其中的有效规则仍然在今天的芯片和电路制造中起作用。

1937年,香农前往纽约在贝尔实验室进行暑期实习。后来他又回到贝尔实验室工作了大部分职业生涯。

1940年,他在麻省理工学院获得了电气工程硕士学位和数学博士学位。随后,他在新泽西州普林斯顿的高等研究院度过了一年时间,成为了一名国家研究员。

职业生涯

贝尔实验室

1941年,香农被贝尔实验室的数学系聘用,他之前在那里进行过暑期实习。他在贝尔实验室工作了15年,并与贝尔实验室保持了31年的关联。

那时正值第二次世界大战全面爆发,香农在贝尔实验室开始了他的职业生涯,对于诸如密码学和防空导弹控制系统等机密战时项目做出了重要贡献。他甚至帮助建立了安全通信系统,让丘吉尔和罗斯福能够协调战时应对。尽管那时它是保密的,但香农的研究后来革新了密码学科学。

在加入贝尔实验室几年后,随着战争的结束,香农发表了一篇改变世界的论文。这篇名为《通信的数学理论》的论文揭示了任何形式的通信都可以通过基本的二进制系统(1和0)将其精简和传输。这使得现代世界中所有数字系统使用的比特(bits)计算机语言流行起来。

除了他的严肃研究和重要贡献,香农还热爱玩乐。在他在贝尔实验室的最后几年里,他将注意力转向了创造一系列机械玩具。其中包括一个自动魔方解决器,一个杂耍机器,一个火箭动力飞盘和一个电动跳杆。

他还设计了许多聪明的装置,几乎可以自主思考。这些是今天机器学习巨头的早期先驱,包括基于计算机的国际象棋引擎、读心装置和能够学习解决迷宫的机器鼠标。

麻省理工学院

1956年,香农接受了麻省理工学院的访问教授职位。他在麻省理工学院的电子研究实验室度过了后几十年的工作。两年后,他正式成为永久教职成员。1978年,他被授予名誉教授的称号。

克劳德·香农发明了什么?

数字电路

香农在1937年的硕士论文《继电器和开关电路的符号分析》中,首次发现可以通过使用二进制算术和布尔代数来简化当时电话路由交换机中复杂的电机继电器。

然后,他颠覆了这一概念,展示了你可以使用二进制电开关来解决任何逻辑问题,这些电开关只有开和关两种状态。这些简单的想法奠定了我们今天在所有的电子计算设备中使用的数字电路设计的理论基础。香农的论文至今被认为是20世纪最重要的贡献之一。

信息理论

香农对数字时代最具影响力的贡献是他在1948年发表的论文《通信的数学理论》。这篇论文着重回答当时通信理论中两个紧迫的问题:
• 如何在无噪声环境中最高效地编码任何消息
• 如何在存在噪声的情况下可靠地传输消息

为了回答第一个问题,香农提出,无论通信媒介是什么,任何想象得到的信息都可以以同样的方式量化。当时,大多数人认为通信需要通过电线发送电磁波。香农发现你可以使用一套由1和0组成的系统来编码任何消息的实际信息内容。

这意味着无论消息是书面语言还是口语,图片还是视频,你都可以将其转换为一串二进制数字或“比特”。然后发送这些1和0会更加容易。这个理论使我们能够将任何东西数字化,从个别引用和照片到整本书、歌曲和电影。

为了回答第二个问题,香农证明了你可以通过使用概率论量化噪声的数量,并使用冗余消除它,将这些数字化的信息传输到包含噪声的通信渠道中。他借用了熵的概念,熵在热力学领域被用来衡量物理世界中的无序程度,用来衡量任何给定通信系统中的噪声量。

这两个解决方案的精妙之处在于它们足够抽象,可以应用于许多不同的信息和通信模型。如今,除了在信息检索中的应用之外,香农的思想在语音分析、手写识别和其他机器学习模型等各个领域都被发现非常有用。

思考机器

在他生命的后半段,香农对人工智能产生了浓厚的兴趣。他对该领域做出了一些重要贡献,包括设计了一些可以学习并对环境做出反应的机器。

在1950年,他设计了一只可以解迷宫的电子老鼠。这只老鼠是一只磁性生物,其控制模块由一个继电器电路制成。他给它取名为theseus。

香农为他的老鼠设计了一套迷宫,他可以随意修改。他设计了老鼠的继电器电路大脑,使其在迷宫的走廊中移动,直到找到出口。

一旦一个迷宫被绘制出来,他可以把老鼠放在它之前的任何位置,它会利用先前的经验立即绘制出到出口的路径。如果他把它放在它从未访问过的位置,它将继续搜索出口并将新的路径添加到它的记忆库中,这是早期机器学习的一种形式。theseus是最早的人造学习设备之一。

同年,香农撰写了一篇开创性的论文,题为《为下棋编程的计算机》。这为1956年洛斯阿拉莫斯maniac机器进行的第一场完整的人类对抗电脑下棋比赛奠定了基础。

该论文估计可能的下棋局面数约为10的120次方,这个数字比我们宇宙中的原子数量还要大。这个现在被称为“香农数”的概念暗示着蛮力算法不是教导计算机下棋的可行方式。

香农认为,在给定的局面中只考虑最佳走法的战略算法将是唯一可行的解决方案。这个想法类似于人类下棋选手的思维方式。随后,这成为了当今最成功的机器学习下棋引擎的基础。

图片显示了克劳德·香农和他编程解迷宫的电子老鼠theseus。这只老鼠是一个带有中继电路制作的控制模块的磁性生物。

克劳德·香农:婚姻和个人生活

婚姻

1940年,香农与一位富有智慧的女性诺玛·莱沃尔结婚。他们的婚姻只持续了一年,之后莱沃尔将与一位著名编剧结婚,并在编剧事业上取得了成功。

1949年,他进入了第二次婚姻,这次更加成功。香农在贝尔实验室工作期间遇到了他的第二任妻子玛丽·伊丽莎白·摩尔,她在那里担任数值分析员。她成为了他的主要研究合作者,协助他创造了一些最具创新性的设备。

子女

克劳德和玛丽·香农有三个孩子,其中包括两个儿子和一个女儿。他们的名字是罗伯特·香农,安德鲁·摩尔·香农和玛格丽塔·香农。

克劳德·香农:奖项和成就

荣誉学位

他的一生中,香农获得了一些最重要的大学和机构颁发的荣誉学位。其中包括耶鲁大学、普林斯顿大学、爱丁堡大学、牛津大学、卡内基梅隆大学、密歇根大学、匹兹堡大学、西北大学、东英吉利亚大学、塔夫茨大学和宾夕法尼亚大学。

香农奖

1973年,他成为首位获得以他名字命名的奖项。香农奖由电气和电子工程师学会(ieee)设立,旨在表彰在信息理论和电气工程领域做出深远和持续贡献的人。直到今天,它仍然是香农发明的信息理论领域最高荣誉。

京都奖

1985年,他获得了第一个京都奖,以表彰他对信息理论的贡献。京都奖被称为日本的诺贝尔奖,授予在科学、技术、艺术或哲学进展方面做出重大贡献的人。

其他奖项

香农在他的一生中以及事后获得了许多奖项。其中一些最重要的包括:

  • 国家科学奖章
  • 斯图尔特·巴兰坦因奖章
  • 哈罗德·彭德奖
  • 约翰·弗里茨奖章
  • 哈维奖,他是第一个获奖者

克劳德·香农:发表作品和书籍

论文集

shannon将他的所有论文编纂成书,并在1993年以《collected papers》为题出版。这本书由127篇shannon的论文组成,讨论了计算、通信和人工智能等技术主题,以及如读心机器和杂耍等离奇的话题。它包含了他最重要的论文,包括《通信的数学理论》。

死后纪录片:the bit player

在他去世后,ieee基金会资助了一部关于shannon生平和贡献的纪录片。这部纪录片融合了档案影片和新的采访,以有趣的动画方式讲述了这位改变了世界的发明家,却从未失去他天马行空的好奇心。《the bit player》是ieee拍摄的第一部纪录片。

claude shannon quotes

  • “information is the resolution of uncertainty.”
  • “we know the past but cannot control it. we control the future but cannot know it.”

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