LapsuusEdit
Shannonin perhe asui Gaylordissa, Michiganissa, ja Claude syntyi läheisessä Petoskeyn sairaalassa. Hänen isänsä Claude Sr. (1862-1934) oli liikemies ja jonkin aikaa Gaylordin testamenttituomari. Hänen äitinsä Mabel Wolf Shannon (1890-1945) oli kieltenopettaja, joka toimi myös Gaylordin lukion rehtorina. Claude Sr. oli New Jerseyn uudisasukkaiden jälkeläinen, kun taas Mabel oli saksalaisten siirtolaisten lapsi.
Suurimman osan Shannonin 16 ensimmäisestä elinvuodesta hän vietti Gaylordissa, jossa hän kävi julkista koulua ja valmistui Gaylord High Schoolista vuonna 1932. Shannon osoitti taipumusta mekaanisiin ja sähköisiin asioihin. Hänen parhaita oppiaineitaan olivat luonnontieteet ja matematiikka. Kotona hän rakensi muun muassa lentokoneiden pienoismalleja, radio-ohjattavan malliveneen ja piikkilankaisen lennätinjärjestelmän puolen mailin päässä sijaitsevaan ystävän taloon. Varttuessaan hän työskenteli myös lähettinä Western Union -yhtiölle.
Shannonin lapsuuden sankari oli Thomas Edison, jonka hän myöhemmin oppi olevan hänen kaukainen serkkunsa. Sekä Shannon että Edison olivat John Ogdenin (1609-1682) jälkeläisiä, joka oli siirtomaajohtaja ja monien arvostettujen ihmisten esi-isä.
Loogiset piiritTiedosto
Vuonna 1932 Shannon kirjoittautui Michiganin yliopistoon, jossa hän tutustui George Booleen. Hän valmistui vuonna 1936 kahdella kandidaatin tutkinnolla: toinen sähkötekniikassa ja toinen matematiikassa.
Vuonna 1936 Shannon aloitti sähkötekniikan jatko-opinnot MIT:ssä, jossa hän työskenteli Vannevar Bushin differentiaalianalysaattorin, varhaisen analogisen tietokoneen, parissa. Tutkiessaan tämän analysaattorin monimutkaisia ad hoc -piirejä Shannon suunnitteli kytkentäpiirejä, jotka perustuivat Boolen käsitteisiin. Vuonna 1937 hän kirjoitti maisterin tutkielmansa A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Väitöskirja julkaistiin vuonna 1938. Tässä työssä Shannon osoitti, että hänen kytkentäpiiriensä avulla voitaisiin yksinkertaistaa sähkömekaanisten releiden järjestelyä, joita tuolloin käytettiin puhelinsoiton reitityskytkimissä. Seuraavaksi hän laajensi tätä konseptia ja osoitti, että näillä piireillä voitaisiin ratkaista kaikki ongelmat, jotka Boolen algebra voisi ratkaista. Viimeisessä luvussa hän esitteli kaavioita useista piireistä, mukaan lukien 4-bittinen täysi yhteenlaskija.
Tämän sähkökytkimien ominaisuuden käyttäminen logiikan toteuttamiseen on peruskonsepti, joka on kaikkien elektronisten digitaalisten tietokoneiden perustana. Shannonin työstä tuli digitaalisten piirien suunnittelun perusta, joka tuli laajalti tunnetuksi sähkötekniikan piirissä toisen maailmansodan aikana ja sen jälkeen. Shannonin työn teoreettinen tarkkuus syrjäytti aiemmin vallinneet ad hoc -menetelmät. Howard Gardner kutsui Shannonin väitöskirjaa ”mahdollisesti vuosisadan tärkeimmäksi ja myös tunnetuimmaksi maisterintutkielmaksi.”
Shannon väitteli tohtoriksi MIT:stä vuonna 1940. Vannevar Bush oli ehdottanut, että Shannon työskentelisi väitöskirjansa parissa Cold Spring Harbor -laboratoriossa kehittääkseen matemaattisen muotoilun Mendelin genetiikkaa varten. Tämän tutkimuksen tuloksena syntyi Shannonin väitöskirja, jonka nimi oli An Algebra for Theoretical Genetics.
Vuonna 1940 Shannonista tuli National Research Fellow Institute for Advanced Study -instituutissa Princetonissa, New Jerseyssä. Princetonissa Shannonilla oli tilaisuus keskustella ajatuksistaan vaikutusvaltaisten tiedemiesten ja matemaatikkojen, kuten Hermann Weylin ja John von Neumannin, kanssa, ja hän tapasi satunnaisesti myös Albert Einsteinin ja Kurt Gödelin. Shannon työskenteli vapaasti eri tieteenalojen välillä, ja tämä kyky on saattanut vaikuttaa osaltaan siihen, että hän kehitti myöhemmin matemaattista tietoteoriaa.
Sota-ajan tutkimus Muokkaa
Shannon siirtyi sitten toisen maailmansodan aikana Bell Labs -laboratorioon työskentelemään tulenjohtojärjestelmien ja kryptografian parissa kansallisen puolustusalan tutkimuskomitean (National Defense Research Committee, NDRC) jaoston D-2:n (Control Systems section) kanssa tehdyn sopimuksen mukaisesti.
Shannonin ansioksi luetaan signaalin kulkuvirran kuvaajien (signal flow graphs) keksiminen, vuonna 1942. Hän löysi topologisen vahvistuskaavan tutkiessaan analogisen tietokoneen toiminnallista toimintaa.
Kahden kuukauden ajan alkuvuodesta 1943 Shannon oli yhteydessä johtavaan brittiläiseen matemaatikkoon Alan Turingiin. Turing oli lähetetty Washingtoniin jakamaan Yhdysvaltain laivaston salausanalyytikkopalvelulle menetelmät, joita Britannian hallituksen Bletchley Parkissa toimiva koodi- ja salakirjoituskoulu käytti murtaakseen Kriegsmarinen sukellusveneiden Pohjois-Atlantilla käyttämät salakirjoitukset. Hän oli kiinnostunut myös puheen salakirjoittamisesta ja vietti tätä varten aikaa Bell Labsissa. Shannon ja Turing tapasivat teeaikaan kahvilassa. Turing näytti Shannonille vuoden 1936 artikkelinsa, jossa hän määritteli sen, mikä nykyään tunnetaan nimellä ”Universal Turing machine”. Tämä teki vaikutuksen Shannoniin, sillä monet sen ajatuksista täydensivät hänen omia ajatuksiaan.
Vuonna 1945, kun sota oli päättymässä, NDRC julkaisi yhteenvedon teknisistä raporteista viimeisenä askeleena ennen mahdollista sulkemistaan. Tulenjohtoa käsittelevän niteen sisällä oli erityinen essee otsikolla Data Smoothing and Prediction in Fire-Control Systems (tietojen tasoittaminen ja ennustaminen tulenjohtojärjestelmissä), jonka kirjoittajina olivat Shannon, Ralph Beebe Blackman ja Hendrik Wade Bode, ja jossa käsiteltiin muodollisesti tulenjohtoon liittyvien tietojen tasoittamisongelmaa analogisesti ”ongelman kanssa, joka koskee signaalin erottamista häiritsevästä kohinasta tietoliikennejärjestelmissä”. Toisin sanoen siinä mallinnettiin ongelmaa datan ja signaalinkäsittelyn kannalta, ja näin se enteili informaatioajan tuloa.
Shannonin kryptografiaa koskeva työ liittyi vielä läheisemmin hänen myöhempiin julkaisuihinsa tietoliikenneteoriasta. Sodan loppuvaiheessa hän laati Bell Telephone Labsille salaiseksi luokitellun muistion ”A Mathematical Theory of Cryptography”, joka oli päivätty syyskuussa 1945. Luokittelusta vapautettu versio tästä asiakirjasta julkaistiin vuonna 1949 nimellä ”Communication Theory of Secrecy Systems” Bell System Technical Journalissa. Tähän asiakirjaan sisältyi monia käsitteitä ja matemaattisia muotoiluja, jotka esiintyivät myös hänen kirjassaan A Mathematical Theory of Communication. Shannon sanoi, että hänen sodanaikaiset oivalluksensa tietoliikenneteoriasta ja salakirjoituksesta kehittyivät samanaikaisesti ja että ”ne olivat niin lähellä toisiaan, ettei niitä voinut erottaa toisistaan”. Lähellä salaiseksi luokitellun raportin alkua olevassa alaviitteessä Shannon ilmoitti aikovansa ”kehittää näitä tuloksia … tulevassa tiedonsiirtoa käsittelevässä muistiossa.”
Bell Labsissa ollessaan Shannon osoitti salaisessa tutkimuksessaan, joka julkaistiin myöhemmin lokakuussa 1949, että kryptografinen kertakäyttömuistio on murtamaton. Hän osoitti myös, että murtamattomalla järjestelmällä on oltava olennaisilta osin samat ominaisuudet kuin one-time padilla: avaimen on oltava aidosti satunnainen, yhtä suuri kuin selkoteksti, sitä ei saa koskaan käyttää uudelleen kokonaan tai osittain, ja sen on oltava salainen.
Informaatioteoria Muokkaa
Lupausmuistio ilmestyi vuonna 1948 Bell System Technical Journal -lehden heinä- ja lokakuun numeroissa ilmestyneenä, kahdessa osassa julkaistuna artikkelina ”A Mathematical Theory of Communication”. Tässä teoksessa keskitytään ongelmaan, miten lähettäjän haluama tieto voidaan parhaiten koodata. Tässä perustavanlaatuisessa työssä hän käytti Norbert Wienerin kehittämiä todennäköisyysteorian työkaluja, joiden soveltaminen tietoliikenneteoriaan oli tuolloin vasta alkuvaiheessa. Shannon kehitti informaatioentropian viestin informaatiosisällön mittana, joka on viestin vähentämän epävarmuuden mitta, ja keksi samalla olennaisesti informaatioteorian tieteenalan.
Kirjassa The Mathematical Theory of Communication (Viestinnän matemaattinen teoria) painetaan uudelleen Shannonin vuonna 1948 ilmestynyt artikkeli ja Warren Weaverin siitä tekemä popularisointi, joka on myös ei-asiantuntijan saatavilla. Weaver huomautti, että sana ”informaatio” ei tietoliikenneteoriassa liity siihen, mitä sanotaan, vaan siihen, mitä voitaisiin sanoa. Toisin sanoen informaatio mittaa ihmisen valinnanvapautta, kun hän valitsee viestin. Shannonin käsitteitä popularisoitiin hänen oman oikolukemisensa jälkeen myös John Robinson Piercen teoksessa Symbols, Signals, and Noise.
Informaatioteorian perustavanlaatuinen panos luonnollisen kielen käsittelyyn ja laskennalliseen kielitieteeseen vahvistui entisestään vuonna 1951 Shannonin artikkelissa Prediction and Entropy of Printed English, jossa hän osoitti englannin kielen tilastojen entropian ylä- ja alarajat – antaen näin tilastollisen pohjan kielen analyysille. Lisäksi hän osoitti, että välilyönnin käsitteleminen aakkosten 27. kirjaimena itse asiassa vähentää kirjoitetun kielen epävarmuutta, mikä tarjoaa selkeän määrällisesti mitattavissa olevan yhteyden kulttuurikäytäntöjen ja todennäköisyyskognition välille.
Toinen merkittävä vuonna 1949 julkaistu artikkeli on ”Communication Theory of Secrecy Systems” (Salausjärjestelmien tiedonvälitysteoria), joka on salakirjoituksen matemaattista teoriaa käsittelevän sota-aikaisen työnsä deklassifioitu versio, jossa hän osoitti, että kaikilla teoreettisesti murtumattomilla salakirjoitussäännöstöillä on oltava samoja edellytyksiä kuin yhden kerran kirjoituspohjalla. Hänen ansiokseen lasketaan myös näytteenottoteorian käyttöönotto, joka käsittelee jatkuva-aikaisen signaalin esittämistä (yhtenäisestä) diskreetistä näytteiden joukosta. Tämä teoria oli olennaisen tärkeä, jotta televiestinnässä voitiin siirtyä analogisista digitaalisiin lähetysjärjestelmiin 1960-luvulla ja myöhemmin.
Hän palasi MIT:hen hoitamaan lahjoitusprofessuuria vuonna 1956.
Opetus MITEdit:ssä
Vuonna 1956 Shannon liittyi MIT:n tiedekuntaan työskentelemään elektroniikan tutkimuslaboratorioon (Research Laboratory of Electronics, RLE). Hän jatkoi MIT:n tiedekunnassa vuoteen 1978.
Myöhempi elämäEdit
Shannon sairasti Alzheimerin tautia ja vietti elämänsä viimeiset vuodet hoitokodissa; hän kuoli vuonna 2001, ja häntä jäivät eloon hänen vaimonsa, poika ja tytär sekä kaksi tyttärentytärtä.
Harrastukset ja keksinnötEdit
Akatemisten harrastusten lisäksi Shannon oli kiinnostunut jongleerauksesta, yksipyöräisestä pyöräilystä ja shakista. Hän keksi myös monia laitteita, muun muassa roomalaisin numeroin toimivan tietokoneen nimeltä THROBAC, jongleerauskoneita ja liekinheittotrumpetin. Hän rakensi laitteen, jolla pystyi ratkaisemaan Rubikin kuution palapelin.
Shannon suunnitteli Minivac 601:n, digitaalisen tietokonekouluttajan, jonka tarkoituksena oli opettaa liikemiehille tietokoneiden toimintaa. Sitä myi Scientific Development Corp vuodesta 1961 alkaen.
Häntä pidetään myös ensimmäisen puettavan tietokoneen kanssakeksijänä yhdessä Edward O. Thorpin kanssa. Laitetta käytettiin parantamaan todennäköisyyksiä rulettia pelattaessa.
Henkilökohtainen elämäEdit
Shannon avioitui varakkaan, juutalaisen, vasemmistolaisen intellektuellin Norma Levorin kanssa tammikuussa 1940. Avioliitto päättyi avioeroon noin vuoden kuluttua. Levor meni myöhemmin naimisiin Ben Barzmanin kanssa.
Shannon tapasi toisen vaimonsa Betty Shannonin (o.s. Mary Elizabeth Moore), kun tämä työskenteli Bell Labsin numeerisena analyytikkona. He menivät naimisiin vuonna 1949. Betty avusti Claudea joidenkin hänen kuuluisimpien keksintöjen rakentamisessa. Heillä oli kolme lasta.
Shannon oli epäpoliittinen ja ateisti.
Kunnianosoitukset Muokkaa
Eugene Daubin veistämiä Shannonin patsaita on kuusi: yksi Michiganin yliopistossa, yksi MIT:ssä informaatio- ja päätöksentekojärjestelmiä käsittelevässä laboratoriossa, yksi Gaylordissa, Michiganissa, yksi Kalifornian yliopistossa San Diegossa, yksi Bell Labsissa ja yksi AT&T Shannon Labsissa. Bell Systemin hajoamisen jälkeen AT&T Corporationiin jäänyt Bell Labsin osa nimettiin hänen kunniakseen Shannon Labsiksi.
At&T:n stipendiaatti Neil Sloanen mukaan, joka oli mukana toimittamassa Shannonin laajaa artikkelikokoelmaa vuonna 1993, Shannonin tietoliikenneteorian (nykyisin informaatioteoria) tuoma näkökulma on digitaalisen vallankumouksen perusta, ja jokainen laite, jossa on mikroprosessori tai mikrokontrolleri, on käsitteellinen jälkeläinen Shannonin vuonna 1948 tekemästä julkaisusta: ”Hän on yksi vuosisadan suurista miehistä. Ilman häntä mitään niistä asioista, jotka tunnemme nykyään, ei olisi olemassa. Koko digitaalinen vallankumous alkoi hänestä.” Yksikkö shannon on nimetty Claude Shannonin mukaan.
A Mind at Play, Jimmy Sonin ja Rob Goodmanin kirjoittama elämäkerta Shannonista, julkaistiin vuonna 2017.
Huhtikuun 30. päivänä 2016 Shannonia kunnioitettiin Googlen Doodlella, jolla juhlistettiin hänen elämäänsä hänen 100-vuotissyntymäpäivänään.
Mark Levinsonin ohjaama näytelmäelokuva The Bit Player Shannonista sai ensi-iltansa Maailman tiedefestivaaleilla (World Science Festival) vuonna 2019. Shannonin 1980-luvulla hänen kotonaan tehdyistä haastatteluista koostuva elokuva julkaistiin Amazon Prime -kanavalla elokuussa 2020.