KindheitBearbeiten
Die Familie Shannon lebte in Gaylord, Michigan, und Claude wurde in einem Krankenhaus im nahe gelegenen Petoskey geboren. Sein Vater, Claude Sr. (1862-1934), war Geschäftsmann und eine Zeit lang auch Nachlassrichter in Gaylord. Seine Mutter, Mabel Wolf Shannon (1890-1945), war Sprachlehrerin und Rektorin der Gaylord High School. Claude Sr. stammte von Siedlern aus New Jersey ab, während Mabel ein Kind deutscher Einwanderer war.
Die ersten 16 Jahre seines Lebens verbrachte Shannon größtenteils in Gaylord, wo er die öffentliche Schule besuchte und 1932 seinen Abschluss an der Gaylord High School machte. Shannon zeigte eine Vorliebe für mechanische und elektrische Dinge. Seine besten Fächer waren Naturwissenschaften und Mathematik. Zu Hause baute er unter anderem Flugzeugmodelle, ein funkgesteuertes Modellboot und ein Stacheldrahttelegrafiesystem zum Haus eines Freundes in einer Entfernung von einer halben Meile. Während er aufwuchs, arbeitete er auch als Bote für die Western Union Company.
Shannons Kindheitsheld war Thomas Edison, von dem er später erfuhr, dass er ein entfernter Cousin war. Sowohl Shannon als auch Edison stammten von John Ogden (1609-1682) ab, einem Kolonialherren und Vorfahren vieler bedeutender Persönlichkeiten.
Logische SchaltkreiseBearbeiten
Im Jahr 1932 trat Shannon in die Universität von Michigan ein, wo er in die Arbeit von George Boole eingeführt wurde. Er schloss 1936 mit zwei Bachelor-Abschlüssen ab: einem in Elektrotechnik und einem in Mathematik.
1936 begann Shannon sein Studium der Elektrotechnik am MIT, wo er an Vannevar Bushs Differentialanalysator, einem frühen Analogrechner, arbeitete. Während er die komplizierten Ad-hoc-Schaltungen dieses Analysators studierte, entwarf Shannon Schaltkreise, die auf den Konzepten von Boole basierten. Im Jahr 1937 schrieb er seine Magisterarbeit mit dem Titel A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Eine Arbeit aus dieser Dissertation wurde 1938 veröffentlicht. In dieser Arbeit wies Shannon nach, dass seine Schaltkreise dazu verwendet werden konnten, die Anordnung der elektromechanischen Relais zu vereinfachen, die damals in Vermittlungsstellen für Telefongespräche verwendet wurden. Anschließend erweiterte er dieses Konzept und bewies, dass diese Schaltkreise alle Probleme lösen können, die auch die Boolesche Algebra lösen kann. Im letzten Kapitel stellte er Diagramme mehrerer Schaltungen vor, darunter einen 4-Bit-Volladdierer.
Die Nutzung dieser Eigenschaft elektrischer Schalter zur Implementierung von Logik ist das grundlegende Konzept, das allen elektronischen Digitalrechnern zugrunde liegt. Shannons Arbeit wurde zur Grundlage der Entwicklung digitaler Schaltungen, wie sie während und nach dem Zweiten Weltkrieg in der Elektrotechnik weithin bekannt wurde. Die theoretische Strenge von Shannons Arbeit löste die bis dahin vorherrschenden Ad-hoc-Methoden ab. Howard Gardner nannte Shannons Arbeit „die vielleicht wichtigste und auch bekannteste Masterarbeit des Jahrhunderts“
Shannon promovierte 1940 am MIT. Vannevar Bush hatte vorgeschlagen, dass Shannon an seiner Dissertation am Cold Spring Harbor Laboratory arbeiten sollte, um eine mathematische Formulierung für die Mendelsche Genetik zu entwickeln. Das Ergebnis dieser Forschung war Shannons Doktorarbeit mit dem Titel An Algebra for Theoretical Genetics.
Im Jahr 1940 wurde Shannon National Research Fellow am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey. In Princeton hatte Shannon die Gelegenheit, seine Ideen mit einflussreichen Wissenschaftlern und Mathematikern wie Hermann Weyl und John von Neumann zu diskutieren, und er hatte auch gelegentliche Begegnungen mit Albert Einstein und Kurt Gödel. Shannon arbeitete frei und interdisziplinär, und diese Fähigkeit mag zu seiner späteren Entwicklung der mathematischen Informationstheorie beigetragen haben.
Forschung während des KriegesBearbeiten
Shannon trat dann den Bell Labs bei, um während des Zweiten Weltkriegs im Rahmen eines Vertrags mit der Sektion D-2 (Control Systems Section) des National Defense Research Committee (NDRC) an Feuerleitsystemen und Kryptographie zu arbeiten.
Shannon wird die Erfindung von Signalflussgraphen im Jahr 1942 zugeschrieben. Er entdeckte die topologische Verstärkungsformel, als er die Funktionsweise eines Analogcomputers untersuchte.
Anfang 1943 kam Shannon für zwei Monate mit dem führenden britischen Mathematiker Alan Turing in Kontakt. Turing war nach Washington entsandt worden, um dem kryptoanalytischen Dienst der US-Marine die Methoden zu erläutern, mit denen die Code and Cypher School der britischen Regierung in Bletchley Park die von den U-Booten der Kriegsmarine im Nordatlantik verwendeten Chiffren geknackt hatte. Er war auch an der Verschlüsselung von Sprache interessiert und verbrachte zu diesem Zweck einige Zeit in den Bell Labs. Shannon und Turing trafen sich zur Teestunde in der Cafeteria. Turing zeigte Shannon seine Arbeit aus dem Jahr 1936, in der er das definierte, was heute als „Universal Turing machine“ bekannt ist. Dies beeindruckte Shannon, da viele seiner Ideen seine eigenen ergänzten.
Im Jahr 1945, als sich der Krieg dem Ende zuneigte, gab das NDRC als letzten Schritt vor seiner endgültigen Schließung eine Zusammenfassung der technischen Berichte heraus. In dem Band über Feuerkontrolle enthielt ein spezieller Aufsatz mit dem Titel Data Smoothing and Prediction in Fire-Control Systems (Datenglättung und Vorhersage in Feuerkontrollsystemen), der von Shannon, Ralph Beebe Blackman und Hendrik Wade Bode mitverfasst wurde, das Problem der Datenglättung in der Feuerkontrolle in Analogie zu dem Problem der Trennung eines Signals von störendem Rauschen in Kommunikationssystemen“. Mit anderen Worten, er modellierte das Problem in Begriffen der Daten- und Signalverarbeitung und läutete damit das Informationszeitalter ein.
Shannons Arbeit zur Kryptographie stand in noch engerem Zusammenhang mit seinen späteren Veröffentlichungen zur Kommunikationstheorie. Bei Kriegsende verfasste er für Bell Telephone Labs ein geheimes Memorandum mit dem Titel „A Mathematical Theory of Cryptography“ vom September 1945. Eine freigegebene Version dieses Papiers wurde 1949 als „Communication Theory of Secrecy Systems“ im Bell System Technical Journal veröffentlicht. Dieses Papier enthielt viele der Konzepte und mathematischen Formulierungen, die auch in seinem Werk A Mathematical Theory of Communication erschienen. Shannon sagte, dass sich seine Erkenntnisse aus dem Krieg über die Kommunikationstheorie und die Kryptographie gleichzeitig entwickelten und dass „sie so nahe beieinander lagen, dass man sie nicht trennen konnte“. In einer Fußnote am Anfang des geheimen Berichts kündigte Shannon seine Absicht an, „diese Ergebnisse … in einem bald erscheinenden Memorandum über die Übertragung von Informationen weiterzuentwickeln.“
Während seiner Zeit in den Bell Labs bewies Shannon in seiner geheimen Forschungsarbeit, die später im Oktober 1949 veröffentlicht wurde, dass das kryptographische One-Time-Pad unknackbar ist. Er bewies auch, dass jedes unknackbare System im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie das One-Time-Pad haben muss: Der Schlüssel muss wirklich zufällig sein, so groß wie der Klartext, darf weder ganz noch teilweise wiederverwendet werden und muss geheim bleiben.
InformationstheorieBearbeiten
Im Jahr 1948 erschien das versprochene Memorandum als „A Mathematical Theory of Communication“, ein Artikel in zwei Teilen in den Juli und Oktober Ausgaben des Bell System Technical Journal. Diese Arbeit befasst sich mit dem Problem, wie die Informationen, die ein Absender übermitteln will, am besten kodiert werden können. In dieser grundlegenden Arbeit nutzte er die von Norbert Wiener entwickelten Instrumente der Wahrscheinlichkeitstheorie, die zu dieser Zeit gerade erst auf die Kommunikationstheorie angewandt wurden. Shannon entwickelte die Informationsentropie als Maß für den Informationsgehalt einer Nachricht, die ein Maß für die durch die Nachricht verringerte Unsicherheit ist, und erfand damit im Wesentlichen das Gebiet der Informationstheorie.
Das Buch The Mathematical Theory of Communication druckt Shannons Artikel aus dem Jahr 1948 und Warren Weavers Popularisierung dieses Artikels ab, die auch für Nichtfachleute verständlich ist. Weaver wies darauf hin, dass sich das Wort „Information“ in der Kommunikationstheorie nicht auf das bezieht, was man sagt, sondern auf das, was man sagen könnte. Das heißt, Information ist ein Maß für die Entscheidungsfreiheit bei der Auswahl einer Nachricht. Shannons Konzepte wurden auch in John Robinson Pierce’s Symbols, Signals, and Noise (Symbole, Signale und Rauschen) popularisiert.
Der grundlegende Beitrag der Informationstheorie zur Verarbeitung natürlicher Sprache und zur Computerlinguistik wurde 1951 in seinem Artikel „Prediction and Entropy of Printed English“ (Vorhersage und Entropie von gedrucktem Englisch) weiter begründet, in dem er obere und untere Grenzen der Entropie für die Statistik des Englischen aufzeigte und damit eine statistische Grundlage für die Sprachanalyse schuf. Außerdem bewies er, dass die Behandlung des Leerzeichens als 27. Buchstabe des Alphabets die Unsicherheit in der geschriebenen Sprache tatsächlich verringert, was eine eindeutige quantifizierbare Verbindung zwischen kultureller Praxis und probabilistischer Erkenntnis herstellt.
Eine weitere bemerkenswerte Arbeit, die 1949 veröffentlicht wurde, ist „Communication Theory of Secrecy Systems“, eine deklassierte Version seiner Arbeit aus der Kriegszeit über die mathematische Theorie der Kryptographie, in der er bewies, dass alle theoretisch unknackbaren Chiffren die gleichen Anforderungen wie das One-Time-Pad haben müssen. Ihm wird auch die Einführung der Abtasttheorie zugeschrieben, die sich mit der Darstellung eines zeitkontinuierlichen Signals aus einer (einheitlichen) diskreten Menge von Abtastwerten befasst. Diese Theorie war für den Übergang der Telekommunikation von analogen zu digitalen Übertragungssystemen in den 1960er Jahren und später von entscheidender Bedeutung.
1956 kehrte er an das MIT zurück und erhielt einen Stiftungslehrstuhl.
Lehre am MIT
1956 trat Shannon der MIT-Fakultät bei, um im Research Laboratory of Electronics (RLE) zu arbeiten. Er blieb bis 1978 Mitglied der MIT-Fakultät.
Späteres LebenEdit
Shannon erkrankte an Alzheimer und verbrachte die letzten Jahre seines Lebens in einem Pflegeheim; er starb 2001 und hinterließ seine Frau, einen Sohn und eine Tochter sowie zwei Enkelinnen.
Hobbys und ErfindungenBearbeiten
Außerhalb seiner akademischen Tätigkeit interessierte sich Shannon für Jonglieren, Einradfahren und Schach. Er erfand auch viele Geräte, darunter einen Computer mit römischen Zahlen namens THROBAC, Jongliermaschinen und eine flammenwerfende Trompete. Er baute ein Gerät, das den Rubik’s Cube lösen konnte.
Shannon entwarf den Minivac 601, einen digitalen Computertrainer, der Geschäftsleuten beibringen sollte, wie Computer funktionieren. Er wurde ab 1961 von der Scientific Development Corp. verkauft.
Er gilt auch als Miterfinder des ersten tragbaren Computers zusammen mit Edward O. Thorp. Das Gerät wurde verwendet, um die Gewinnchancen beim Roulette zu verbessern.
Persönliches LebenEdit
Shannon heiratete Norma Levor, eine wohlhabende, jüdische, linksgerichtete Intellektuelle im Januar 1940. Die Ehe endete nach etwa einem Jahr mit einer Scheidung. Levor heiratete später Ben Barzman.
Shannon lernte seine zweite Frau Betty Shannon (geborene Mary Elizabeth Moore) kennen, als sie als numerische Analystin bei Bell Labs arbeitete. Sie heirateten im Jahr 1949. Betty unterstützte Claude bei der Entwicklung einiger seiner berühmtesten Erfindungen. Sie hatten drei Kinder.
Shannon war unpolitisch und Atheist.
HommagenBearbeiten
Es gibt sechs Shannon-Statuen, die von Eugene Daub geschaffen wurden: eine an der University of Michigan, eine am MIT im Laboratory for Information and Decision Systems, eine in Gaylord, Michigan, eine an der University of California, San Diego, eine in den Bell Labs und eine weitere in den AT&T Shannon Labs. Nach der Auflösung des Bell Systems wurde der Teil der Bell Labs, der bei der AT&T Corporation verblieb, ihm zu Ehren Shannon Labs genannt.
Neil Sloane, ein AT&T Fellow, der 1993 Shannons umfangreiche Sammlung von Arbeiten mit herausgegeben hat, ist der Ansicht, dass die von Shannons Kommunikationstheorie (heute Informationstheorie genannt) eingeführte Perspektive die Grundlage der digitalen Revolution ist, und dass jedes Gerät, das einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller enthält, ein konzeptioneller Nachkomme von Shannons Veröffentlichung aus dem Jahr 1948 ist: „Er ist einer der großen Männer des Jahrhunderts. Ohne ihn würde nichts von dem, was wir heute kennen, existieren. Die ganze digitale Revolution begann mit ihm.“ Die Einheit Shannon ist nach Claude Shannon benannt.
A Mind at Play, eine von Jimmy Soni und Rob Goodman verfasste Biografie über Shannon, wurde 2017 veröffentlicht.
Am 30. April 2016 wurde Shannon mit einem Google Doodle geehrt, um sein Leben an seinem 100. Geburtstag zu feiern.
The Bit Player, ein Spielfilm über Shannon unter der Regie von Mark Levinson, wurde 2019 beim World Science Festival uraufgeführt. Der Film basiert auf Interviews, die mit Shannon in den 1980er Jahren in seinem Haus geführt wurden, und wurde im August 2020 auf Amazon Prime veröffentlicht.