Claude Shannon

DětstvíEdit

Rodina Shannonových žila v Gaylordu ve státě Michigan a Claude se narodil v nemocnici v nedalekém Petoskey. Jeho otec Claude starší (1862-1934) byl obchodník a nějakou dobu i soudce pro pozůstalostní řízení v Gaylordu. Jeho matka, Mabel Wolf Shannonová (1890-1945), byla učitelkou jazyků a působila také jako ředitelka gaylordské střední školy. Claude starší byl potomkem osadníků z New Jersey, zatímco Mabel byla dítětem německých přistěhovalců.

Většinu z prvních 16 let Shannonova života strávil v Gaylordu, kde navštěvoval státní školu a v roce 1932 absolvoval Gaylord High School. Shannon projevoval sklony k mechanickým a elektrotechnickým věcem. Jeho nejlepšími předměty byly přírodní vědy a matematika. Doma sestrojil například modely letadel, rádiem řízený model lodi a telegrafní systém s ostnatým drátem do půl míle vzdáleného domu kamaráda. Během dospívání také pracoval jako poslíček pro společnost Western Union.

Shannonovým hrdinou z dětství byl Thomas Edison, o němž se později dozvěděl, že je jeho vzdáleným bratrancem. Shannon i Edison byli potomky Johna Ogdena (1609-1682), koloniálního vůdce a předka mnoha významných lidí.

Logické obvodyEdit

V roce 1932 nastoupil Shannon na Michiganskou univerzitu, kde se seznámil s prací George Boola. Studium ukončil v roce 1936 se dvěma bakalářskými tituly: jedním z elektrotechniky a druhým z matematiky.

V roce 1936 zahájil Shannon postgraduální studium elektrotechniky na MIT, kde pracoval na diferenciálním analyzátoru Vannevara Bushe, raném analogovém počítači. Při studiu složitých ad hoc obvodů tohoto analyzátoru Shannon navrhl spínací obvody založené na Booleových koncepcích. V roce 1937 napsal svou magisterskou práci A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits (Symbolická analýza reléových a spínacích obvodů). Článek z této diplomové práce byl publikován v roce 1938. V této práci Shannon dokázal, že jeho spínací obvody lze použít ke zjednodušení uspořádání elektromechanických relé, která se tehdy používala v přepínačích pro směrování telefonních hovorů. Dále tuto koncepci rozšířil a dokázal, že tyto obvody mohou řešit všechny problémy, které dokáže řešit Booleova algebra. V poslední kapitole předložil schémata několika obvodů, včetně čtyřbitové úplné sčítačky.

Využití této vlastnosti elektrických spínačů k realizaci logiky je základní koncepcí, která je základem všech elektronických číslicových počítačů. Shannonova práce se stala základem návrhu digitálních obvodů, jak se rozšířila v elektrotechnické komunitě během druhé světové války a po ní. Teoretická přísnost Shannonovy práce nahradila ad hoc metody, které převládaly dříve. Howard Gardner označil Shannonovu práci za „pravděpodobně nejdůležitější a také nejznámější magisterskou práci století“.

Shannon získal doktorát na MIT v roce 1940. Vannevar Bush navrhl Shannonovi, aby na své disertační práci pracoval v laboratoři Cold Spring Harbor, a to za účelem vypracování matematické formulace mendelovské genetiky. Výsledkem tohoto výzkumu byla Shannonova doktorská práce nazvaná An Algebra for Theoretical Genetics (Algebra pro teoretickou genetiku).

V roce 1940 se Shannon stal národním výzkumným pracovníkem na Institute for Advanced Study v Princetonu ve státě New Jersey. V Princetonu měl Shannon možnost diskutovat o svých myšlenkách s vlivnými vědci a matematiky, jako byli Hermann Weyl a John von Neumann, a příležitostně se setkával také s Albertem Einsteinem a Kurtem Gödelem. Shannon pracoval volně napříč obory a tato schopnost možná přispěla k jeho pozdějšímu rozvoji matematické teorie informace.

Válečný výzkumEdit

Shannon poté nastoupil do Bellových laboratoří, aby během druhé světové války pracoval na systémech řízení palby a kryptografii na základě smlouvy se sekcí D-2 (sekce řídicích systémů) Národního výboru pro obranný výzkum (NDRC).

Shannonovi se připisuje vynález grafů signálových toků v roce 1942. Formuli topologického zesílení objevil při zkoumání funkční činnosti analogového počítače.

Po dva měsíce na začátku roku 1943 se Shannon dostal do kontaktu s předním britským matematikem Alanem Turingem. Turing byl vyslán do Washingtonu, aby se s kryptoanalytickou službou amerického námořnictva podělil o metody, které používala britská vládní škola kódů a šifer v Bletchley Parku k prolomení šifer používaných ponorkami Kriegsmarine v severním Atlantiku. Zajímal se také o šifrování řeči a za tímto účelem strávil nějaký čas v Bellových laboratořích. Shannon a Turing se setkávali v kavárně u čaje. Turing ukázal Shannonovi svůj článek z roku 1936, který definoval to, co je dnes známo jako „univerzální Turingův stroj“. Na Shannona to udělalo dojem, protože mnohé z jeho myšlenek doplňovaly jeho vlastní.

V roce 1945, kdy se válka chýlila ke konci, vydávala NDRC souhrn technických zpráv jako poslední krok před svým případným uzavřením. Uvnitř svazku o řízení palby se nacházela zvláštní stať s názvem Vyhlazování dat a predikce v systémech řízení palby, jejímž spoluautory byli Shannon, Ralph Beebe Blackman a Hendrik Wade Bode a která formálně zpracovávala problém vyhlazování dat při řízení palby analogicky s „problémem oddělení signálu od rušivého šumu v komunikačních systémech“. Jinými slovy, modeloval tento problém v termínech zpracování dat a signálů a předznamenal tak příchod informačního věku.

Shannonova práce o kryptografii ještě těsněji souvisela s jeho pozdějšími publikacemi o teorii komunikace. Na konci války připravil pro Bell Telephone Labs tajné memorandum s názvem „A Mathematical Theory of Cryptography“ (Matematická teorie kryptografie) ze září 1945. Odtajněná verze tohoto dokumentu byla publikována v roce 1949 pod názvem „Communication Theory of Secrecy Systems“ v časopise Bell System Technical Journal. Tento dokument obsahoval mnoho pojmů a matematických formulací, které se objevily také v jeho knize A Mathematical Theory of Communication. Shannon prohlásil, že jeho válečné poznatky o teorii komunikace a kryptografii se vyvíjely současně a že „byly tak blízko sebe, že je nešlo oddělit“. V poznámce pod čarou poblíž začátku tajné zprávy Shannon oznámil svůj záměr „rozvinout tyto výsledky … v připravovaném memorandu o přenosu informací.“

Během svého působení v Bellových laboratořích Shannon ve svém tajném výzkumu, který byl později zveřejněn v říjnu 1949, dokázal, že kryptografický jednorázový blok je neprolomitelný. Dokázal také, že jakýkoli neprolomitelný systém musí mít v podstatě stejné vlastnosti jako jednorázová podložka: klíč musí být skutečně náhodný, stejně velký jako otevřený text, nikdy nesmí být opakovaně použit celý ani zčásti a musí být utajen.

Teorie informaceEdit

V roce 1948 vyšlo slíbené memorandum jako „A Mathematical Theory of Communication“, článek ve dvou částech v červencovém a říjnovém čísle Bell System Technical Journal. Tato práce se zaměřuje na problém, jak nejlépe zakódovat informaci, kterou chce odesílatel předat. V této zásadní práci použil nástroje teorie pravděpodobnosti, které vyvinul Norbert Wiener a které se v té době teprve začínaly aplikovat na teorii komunikace. Shannon vyvinul informační entropii jako míru informačního obsahu zprávy, což je míra neurčitosti snížená o zprávu, a zároveň v podstatě vynalezl obor teorie informace.

Kniha The Mathematical Theory of Communication přetiskuje Shannonův článek z roku 1948 a jeho popularizaci Warrena Weavera, která je přístupná i neodborníkům. Weaver upozornil, že slovo „informace“ v teorii komunikace nesouvisí s tím, co říkáte, ale s tím, co byste mohli říci. To znamená, že informace je měřítkem svobody volby člověka při výběru sdělení. Shannonovy koncepty byly také zpopularizovány, s výhradou jeho vlastní korektury, v knize Johna Robinsona Pierce Symbols, Signals, and Noise.

Zásadní přínos teorie informace pro zpracování přirozeného jazyka a počítačovou lingvistiku byl dále stanoven v roce 1951 v jeho článku „Prediction and Entropy of Printed English“ (Předpověď a entropie tištěné angličtiny), kde ukázal horní a dolní meze entropie pro statistiku angličtiny – dal tak statistický základ jazykové analýze. Kromě toho dokázal, že považování bílých znaků za 27. písmeno abecedy skutečně snižuje neurčitost psaného jazyka, čímž poskytl jasnou kvantifikovatelnou souvislost mezi kulturní praxí a pravděpodobnostním poznáním.

Dalším pozoruhodným článkem publikovaným v roce 1949 je „Communication Theory of Secrecy Systems“, odtajněná verze jeho válečné práce o matematické teorii kryptografie, v níž dokázal, že všechny teoreticky neprolomitelné šifry musí mít stejné požadavky jako jednorázový blok. Zasloužil se také o zavedení teorie vzorkování, která se zabývá reprezentací spojitého časového signálu z (rovnoměrné) diskrétní množiny vzorků. Tato teorie měla zásadní význam pro umožnění přechodu telekomunikací od analogových k digitálním přenosovým systémům v 60. letech 20. století a později.

V roce 1956 se vrátil na MIT, kde zastával dotovanou katedru.

Výuka na MITEdit

V roce 1956 Shannon nastoupil na fakultu MIT, kde pracoval ve Výzkumné laboratoři elektroniky (RLE). Na fakultě MIT působil až do roku 1978.

Pozdější životEdit

Shannon onemocněl Alzheimerovou chorobou a posledních několik let svého života strávil v domově důchodců; zemřel v roce 2001, přežil svou ženu, syna a dceru a dvě vnučky.

Záliby a vynálezyUpravit

Minivac 601, digitální počítačový trenažér, který Shannon navrhl.

Mimo Shannonovy akademické aktivity se zajímal o žonglování, jednokolky a šachy. Vynalezl také mnoho zařízení, včetně počítače s římskými číslicemi nazvaného THROBAC, žonglovacího stroje a plamenometné trubky. Sestrojil zařízení, které dokázalo vyřešit hlavolam Rubikova kostka.

Shannon navrhl Minivac 601, digitální počítačový trenažér, který měl obchodníky naučit, jak počítače fungují. Od roku 1961 jej prodávala společnost Scientific Development Corp.

Je také považován za spoluvynálezce prvního nositelného počítače spolu s Edwardem O. Thorpem. Zařízení sloužilo ke zvýšení šancí při hraní rulety.

Osobní životUpravit

Shannon se v lednu 1940 oženil s Normou Levorovou, bohatou židovskou levicovou intelektuálkou. Manželství skončilo rozvodem asi po roce. Levorová se později provdala za Bena Barzmana.

Svoji druhou manželku Betty Shannonovou (rozenou Mary Elizabeth Mooreovou) poznal v době, kdy pracovala jako numerická analytička v Bellových laboratořích. Vzali se v roce 1949. Betty pomáhala Claudovi při konstrukci některých jeho nejslavnějších vynálezů. Měli spolu tři děti.

Shannon byl apolitický a ateista.

PoctyUpravit

Existuje šest Shannonových soch, které vytesal Eugene Daub: jedna na Michiganské univerzitě, jedna na MIT v Laboratoři pro informační a rozhodovací systémy, jedna v Gaylordu v Michiganu, jedna na Kalifornské univerzitě v San Diegu, jedna v Bellových laboratořích a další v AT&T Shannonových laboratořích. Po rozpadu Bellova systému byla část Bellových laboratoří, která zůstala u společnosti AT&T Corporation, na jeho počest pojmenována Shannonovy laboratoře.

Podle Neila Sloanea, spolupracovníka AT&T, který v roce 1993 spolueditoval rozsáhlou sbírku Shannonových prací, je perspektiva, kterou představila Shannonova teorie komunikace (dnes nazývaná teorie informace), základem digitální revoluce a každé zařízení obsahující mikroprocesor nebo mikrokontrolér je koncepčním potomkem Shannonovy publikace z roku 1948: „Je to jeden z největších mužů století. Bez něj by nic z toho, co dnes známe, neexistovalo. Celá digitální revoluce začala u něj.“ Jednotka shannon je pojmenována po Claudu Shannonovi.

V roce 2017 vyšla Shannonova biografie A Mind at Play, kterou napsali Jimmy Soni a Rob Goodman.

30. dubna 2016 byl Shannon poctěn Google Doodle na počest jeho života v den, kdy by se dožil 100 let.

The Bit Player, celovečerní film o Shannonovi v režii Marka Levinsona, měl premiéru na Světovém festivalu vědy v roce 2019. Film čerpá z rozhovorů, které byly se Shannonem vedeny v jeho domě v 80. letech, a byl uveden na Amazon Prime v srpnu 2020.

Napsat komentář