Каждый раз, когда мы отправляем электронное письмо, общаемся в чате, разговариваем по телефону, путешествуем по Интернету или смотрим сериал в потоковом режиме, следует вспомнить, что за этим стоит новаторство Клода Шеннона. Он заложил основы всех наших современных систем связи, а потом был забыт.
Лишь в последние годы были признаны его истинные заслуги как создателя теории информации. Этот харизматичный математик, инженер, изобретатель и фокусник применил свои безграничные творческие способности в столь разных областях, таких как проектирование цифровых схем, генетика, криптоанализ и искусственный интеллект.
Биография
Клод Шеннон (30 апреля 1916 — 24 февраля 2001) вырос в маленьком городке Гейлорд (штат Мичиган). С раннего возраста он преуспевал в математике и проявлял склонность к механическим и электрическим объектам, специализируясь на ремонте сломанных радиоприемников в своем районе. В подростковом возрасте он боготворил Эдисона, с которым у него были общие предки. Уже в те годы Шеннон построил лодку с дистанционным управлением, а также телеграф, чтобы общаться с помощью азбуки Морзе со своим другом Родни Хатчинсом, который жил примерно в 800 м от него.
Научный дебют
В дипломной работе, представленной в 1938 году, 21-летний Клод развил идеи Джорджа Буля, открыв путь для проектирования цифровых схем, с помощью которых показал, что могут быть представлены любые логико-числовые отношения. В 1940 году Ванневар Буш предложил Клоду разработать математическую формулировку менделевской генетики, которую Шеннон сформулировал в своей докторской диссертации под названием «Алгебра для теоретической генетики».
Получив докторскую степень в Массачусетском технологическом институте, он продолжил свои исследования в Принстоне, где работал с Джоном фон Нейманом и Германом Вейлем, а также время от времени встречался с Альбертом Эйнштейном и Куртом Геделем. Эта уникальная в истории среда передового опыта позволила Шеннону свободно изучать различные дисциплины, что помогло ему сформировать зародыш его теории информации. Но началась Вторая мировая война.
Лучшие умы США были немедленно наняты различными правительственными агентствами и частными исследовательскими центрами для работы в сфере обороны страны. Шеннон начал работать в Bell Labs сначала над системами управления огнем, а затем над шифрованием кода и безопасностью телекоммуникаций. Это второе задание привело его к личной встрече с математиком Аланом Тьюрингом в Вашингтоне в начале 1943 года.
Новаторская теория коммуникации
Когда война закончилась, для Клода Шеннона наступил период, когда он смог закрепить все знания, которые приобрел за предыдущее десятилетие, в работе «Математическая теория коммуникации». Он опубликовал статью, когда ему было всего 32 года. Материал содержал серию математических законов, относящихся к измерению и представлению информации, а также пропускной способностью систем связи, по которым она передается.
В своей новаторской теории он также доказывал, что соотношение между сигналом, который мы пытаемся отправить, и шумом постоянно. Это сделало устаревшим классический подход к борьбе с шумом (повторение передачи или усиление отправляемого сигнала). Шеннон предположил, что шум неизбежен в любом канале связи. Он предложил революционный способ борьбы с ним — добавление избыточности к закодированному сообщению.
Идеи, описанные в его статье, лежат в основе большинства современных систем связи, включая механизмы исправления ошибок и сжатия. Шеннон также представил концепцию информационной энтропии и популяризировал термин бит, будучи первым, кто предложил оцифровывать всю информацию, будь то письменный или разговорный язык, изображения или видео.
Вычислительные шахматы и Тесей
В последующие годы он внес важный вклад в область искусственного интеллекта. В то время компьютеры были гигантскими машинами с ограниченной вычислительной мощностью. Шеннон предсказал, что их можно запрограммировать для игры в шахматы и в конечном итоге победить человека. В своем эссе 1950 года он подсчитал, что количество возможных игр, также известное как число Шеннона, будет 10120 . Это число больше, чем количество атомов в известной нам Вселенной. Шеннон считал, что использование алгоритма грубой силы совершенно неэффективно. Вместо этого он предложил алгоритм с определенным стратегическим искусственным интеллектом.
В 1951 году Шеннон снова удивил всех созданием Тесея — механической мыши, способной самостоятельно искать выход из лабиринта и находить кусок сыра. «Мозг» Тесея состоял из сложной системы магнитов и реле и в основном был собран Бетти Шеннон, женой Клода.
В 1954 году журнал Fortune включил Шеннона в список 20 самых важных ученых США вместе с будущими лауреатами Нобелевской премии, такими как Ричард Фейнман и Джеймс Уотсон. Но математик, совершивший революцию в области телекоммуникаций, был также музыкантом, взломщиком кодов, экспертом фондового рынка, поэтом и прирожденным новатором.
Творчество и воображение
Проработав 15 лет в Bell Labs, Шеннон вернулся в Массачусетский технологический институт в качестве профессора. Во время своего пребывания на этом посту он оторвался от основных академических направлений исследований и продолжал давать волю своему безудержному воображению, применяя его в основном в своих хобби и интересах. Шеннон посвятил те годы созданию большого количества самодельных устройств: огнеметной трубы, летающей тарелки с ракетным двигателем и робота, способного жонглировать тремя шарами.
С наступлением цифровой эры, начало которой положили его идеи, Клод Шеннон был забыт, хотя и не полностью. В 1985 году, когда он уже вышел на пенсию, он получил Киотскую премию по математике. В Японии это высшая награда в области искусства и науки, которая в последнее время подняла свой престиж и охватывает области, не соответствующие критериям получения Нобелевской премии.
Шеннон умер в феврале 2001 года. В 2017 году была опубликована его биография, а в 2018 Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике выпустил документальный фильм под названием «Битовый игрок». Все эти инициативы подчеркнули творческий характер одного из великих двигателей цифровой революции, изменившей наш мир.
