Claude Shannon

GyermekkorSzerkesztés

A Shannon család a michigani Gaylordban élt, és Claude a közeli Petoskey kórházában született. Apja, idősebb Claude (1862-1934) üzletember volt, és egy ideig Gaylordban volt hagyatéki bíró. Édesanyja, Mabel Wolf Shannon (1890-1945) nyelvtanár volt, aki a Gaylord High School igazgatója is volt. Idősebb Claude New Jersey-i telepesek leszármazottja volt, míg Mabel német bevándorlók gyermeke.

Shannon élete első 16 évének nagy részét Gaylordban töltötte, ahol állami iskolába járt, 1932-ben érettségizett a Gaylord High Schoolban. Shannon hajlamot mutatott a mechanikai és elektromos dolgok iránt. Legjobb tantárgyai a természettudományok és a matematika voltak. Otthon olyan eszközöket épített, mint repülőgépmodellek, egy rádióvezérlésű hajómodell és egy szögesdrótos távírórendszer egy fél mérföldre lévő barátja házához. Gyermekkorában a Western Union vállalatnál dolgozott futárként is.

Shannon gyermekkori hőse Thomas Edison volt, akiről később megtudta, hogy távoli unokatestvére. Shannon és Edison is John Ogden (1609-1682), egy gyarmati vezető és számos előkelő ember őse leszármazottja volt.

Logikai áramkörökSzerkesztés

1932-ben Shannon beiratkozott a Michigani Egyetemre, ahol megismerkedett George Boole munkásságával. Két alapdiplomát szerzett 1936-ban: az egyiket villamosmérnöki, a másikat matematikai szakon.

1936-ban Shannon megkezdte diplomamunkáját villamosmérnöki szakon az MIT-n, ahol Vannevar Bush differenciálanalizátorán, egy korai analóg számítógépen dolgozott. Miközben ennek az analizátornak a bonyolult ad hoc áramköreit tanulmányozta, Shannon Boole koncepcióin alapuló kapcsolóáramköröket tervezett. 1937-ben írta meg mesterdiplomamunkáját, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits (A relé- és kapcsolóáramkörök szimbolikus elemzése) címmel. Ennek a szakdolgozatnak egy tanulmánya 1938-ban jelent meg. Ebben a munkában Shannon bebizonyította, hogy kapcsolóáramkörei felhasználhatók az elektromechanikus relék elrendezésének egyszerűsítésére, amelyeket akkoriban a telefonhívások útválasztó kapcsolóiban használtak. Ezután kibővítette ezt a koncepciót, és bebizonyította, hogy ezek az áramkörök képesek megoldani minden olyan problémát, amelyet a Boole-algebra képes megoldani. Az utolsó fejezetben több áramkör, köztük egy 4 bites teljes összeadó ábráit mutatta be.

Az elektromos kapcsolók ezen tulajdonságának felhasználása a logika megvalósítására az az alapvető koncepció, amely minden elektronikus digitális számítógép alapját képezi. Shannon munkája lett a digitális áramkörök tervezésének alapja, ahogyan az a villamosmérnöki közösségben a második világháború alatt és után széles körben ismertté vált. Shannon munkájának elméleti szigora felváltotta a korábban uralkodó ad hoc módszereket. Howard Gardner Shannon dolgozatát “talán az évszázad legfontosabb és egyben legnevezetesebb mesterszakos dolgozatának” nevezte.”

Shannon 1940-ben doktorált az MIT-ben. Vannevar Bush javasolta, hogy Shannon a Cold Spring Harbor Laboratóriumban dolgozzon a disszertációján, hogy kidolgozza a mendeli genetika matematikai megfogalmazását. Ez a kutatás eredményezte Shannon doktori disszertációját, amelynek címe An Algebra for Theoretical Genetics.

1940-ben Shannon a New Jersey állambeli Princetonban működő Institute for Advanced Study nemzeti kutatói ösztöndíjasa lett. Princetonban Shannonnak lehetősége nyílt arra, hogy olyan befolyásos tudósokkal és matematikusokkal vitassa meg elképzeléseit, mint Hermann Weyl és John von Neumann, és alkalmanként találkozott Albert Einsteinnel és Kurt Gödellel is. Shannon szabadon dolgozott tudományágak között, és ez a képessége hozzájárulhatott a matematikai információelmélet későbbi kidolgozásához.

Háborús kutatások Szerkesztés

Shannon ezután csatlakozott a Bell Labshez, hogy a második világháború alatt a Nemzeti Védelmi Kutató Bizottság (NDRC) D-2 szekciójával (Control Systems section) kötött szerződés keretében tűzvezető rendszereken és kriptográfián dolgozzon.

Shannon nevéhez fűződik a jelfolyam-gráfok feltalálása 1942-ben. A topológiai erősítési képletet egy analóg számítógép funkcionális működésének vizsgálata közben fedezte fel.

1943 elején Shannon két hónapon keresztül kapcsolatba került Alan Turing vezető brit matematikussal. Turingot Washingtonba küldték, hogy megossza az amerikai haditengerészet rejtjelelemző szolgálatával azokat a módszereket, amelyeket a brit kormány Bletchley Parkban működő kód- és rejtjelező iskolája használt a Kriegsmarine tengeralattjárói által az Atlanti-óceán északi részén használt rejtjelek feltörésére. A beszéd titkosítása is érdekelte, és e célból a Bell Labs-ben töltött időt. Shannon és Turing a kávézóban találkoztak teaidőben. Turing megmutatta Shannon 1936-os tanulmányát, amelyben meghatározta a ma “univerzális Turing-gép” néven ismert fogalmat. Ez lenyűgözte Shannont, mivel számos gondolata kiegészítette az övét.

1945-ben, a háború végéhez közeledve, az NDRC az esetleges bezárása előtti utolsó lépésként kiadta a műszaki jelentések összefoglalóját. A tűzvezetésről szóló kötetben az Adatsimítás és előrejelzés a tűzvezetési rendszerekben című külön esszé, amelynek társszerzői Shannon, Ralph Beebe Blackman és Hendrik Wade Bode voltak, formálisan a tűzvezetés adatainak simításának problémáját kezelte a “kommunikációs rendszerekben a jelnek a zavaró zajtól való elválasztásának problémájával” analóg módon. Más szóval a problémát az adatok és a jelfeldolgozás szempontjából modellezte, és ezzel az információs korszak eljövetelét hirdette.

Shannon kriptográfiával kapcsolatos munkája még szorosabban kapcsolódott későbbi kommunikációelméleti publikációihoz. A háború végén a Bell Telephone Labs számára készített egy titkos memorandumot “A Mathematical Theory of Cryptography” címmel, 1945 szeptemberében. Ennek a dolgozatnak a feloldott titkosítású változata 1949-ben “Communication Theory of Secrecy Systems” címmel jelent meg a Bell System Technical Journalban. Ez a tanulmány számos olyan fogalmat és matematikai megfogalmazást tartalmazott, amelyek A Mathematical Theory of Communication című munkájában is megjelentek. Shannon azt mondta, hogy a kommunikációelmélettel és a kriptográfiával kapcsolatos háborús meglátásai egyszerre fejlődtek, és hogy “annyira közel álltak egymáshoz, hogy nem lehetett szétválasztani őket”. A titkos jelentés elejéhez közeli lábjegyzetben Shannon bejelentette szándékát, hogy “ezeket az eredményeket … az információátvitelről szóló, hamarosan megjelenő memorandumban fejleszti tovább.”

A Bell Labs-nél töltött ideje alatt Shannon a később, 1949 októberében közzétett titkos kutatásában bebizonyította, hogy a kriptográfiai egyszer használatos betétbetét feltörhetetlen. Azt is bebizonyította, hogy bármely feltörhetetlen rendszernek lényegében ugyanazokkal a jellemzőkkel kell rendelkeznie, mint az egyidejű padnak: a kulcsnak valóban véletlenszerűnek kell lennie, akkorának kell lennie, mint az egyszerű szöveg, soha nem szabad részben vagy egészben újra felhasználni, és titokban kell tartani.

InformációelméletSzerkesztés

A beígért memorandum 1948-ban “A Mathematical Theory of Communication” címmel jelent meg, egy kétrészes cikk a Bell System Technical Journal júliusi és októberi számában. Ez a munka arra a problémára összpontosít, hogy hogyan lehet a legjobban kódolni azt az információt, amelyet egy feladó továbbítani akar. Ebben az alapvető munkában a Norbert Wiener által kifejlesztett valószínűségelméleti eszközöket használta, amelyek alkalmazása a kommunikációelméletben akkoriban még gyerekcipőben járt. Shannon kifejlesztette az információs entrópiát mint az üzenet információtartalom mérőszámát, amely az üzenet által csökkentett bizonytalanság mértékét jelenti, miközben lényegében feltalálta az információelmélet területét.

A The Mathematical Theory of Communication című könyv Shannon 1948-as cikkét és Warren Weaver népszerűsítő, a nem szakmabeli számára is hozzáférhető változatát adja közre. Weaver rámutatott, hogy a kommunikációelméletben az “információ” szó nem arra vonatkozik, amit mondunk, hanem arra, amit mondhatunk. Vagyis az információ az ember választási szabadságának a mértéke, amikor kiválaszt egy üzenetet. Shannon fogalmait – saját lektorálásától függően – John Robinson Pierce Symbols, Signals, and Noise című könyvében is népszerűsítették.

Az információelmélet alapvető hozzájárulását a természetes nyelvfeldolgozáshoz és a számítógépes nyelvészethez 1951-ben, a “Prediction and Entropy of Printed English” című cikkében, amelyben az entrópia felső és alsó határait mutatta be az angol nyelv statisztikájára – statisztikai alapot adva a nyelvi elemzésnek. Ezen kívül bebizonyította, hogy a szóközöknek az ábécé 27. betűjeként való kezelése ténylegesen csökkenti az írott nyelv bizonytalanságát, egyértelmű, számszerűsíthető kapcsolatot teremtve a kulturális gyakorlat és a valószínűségi megismerés között.

Egy másik figyelemre méltó, 1949-ben megjelent cikke a “Communication Theory of Secrecy Systems”, a kriptográfia matematikai elméletéről szóló háborús munkájának feloldott titkosítású változata, amelyben bebizonyította, hogy minden elméletileg feltörhetetlen kódnak ugyanazokkal a követelményekkel kell rendelkeznie, mint az egyszeri betéteknek. Az ő nevéhez fűződik a mintavételezés elméletének bevezetése is, amely a folytonos idejű jelnek egy (egyenletes) diszkrét mintahalmazból történő ábrázolásával foglalkozik. Ez az elmélet alapvető fontosságú volt abban, hogy a távközlés az 1960-as években és később az analógról a digitális átviteli rendszerekre tudott áttérni.

1956-ban visszatért az MIT-re, hogy egy adományozott tanszéket töltsön be.

Oktatás a MITEdit-nél

1956-ban Shannon csatlakozott az MIT tanszékéhez, hogy az Elektronikai Kutató Laboratóriumban (Research Laboratory of Electronics, RLE) dolgozzon. Az MIT tanszékén 1978-ig dolgozott.

Későbbi életútSzerkesztés

Shannon Alzheimer-kórt kapott, és élete utolsó éveit egy idősek otthonában töltötte; 2001-ben halt meg, felesége, egy fia és egy lánya, valamint két unokája hagyta hátra.

Hobbik és találmányokSzerkesztés

A Minivac 601, egy Shannon által tervezett digitális számítógépes tréner.

Shannon tudományos elfoglaltságain kívül érdeklődött a zsonglőrködés, az egykerekűzés és a sakk iránt. Számos eszközt is feltalált, többek között a THROBAC nevű római számológépet, zsonglőrgépeket és egy lángszóró trombitát. Épített egy olyan eszközt, amely képes volt megoldani a Rubik-kocka rejtvényt.

Shannon tervezte a Minivac 601-et, egy digitális számítógép-oktatót, hogy az üzletembereket megtanítsa a számítógépek működésére. Ezt 1961-től a Scientific Development Corp. forgalmazta.

Az első hordozható számítógép társfeltalálójának is őt tartják Edward O. Thorppal együtt. A készüléket a rulettjáték esélyeinek javítására használták.

MagánéletSzerkesztés

Shannon 1940 januárjában feleségül vette Norma Levort, egy gazdag, zsidó, baloldali értelmiségit. A házasság körülbelül egy év után válással végződött. Levor később hozzáment Ben Barzmanhoz.

Shannon akkor ismerkedett meg második feleségével, Betty Shannonnal (született Mary Elizabeth Moore), amikor az a Bell Labs numerikus elemzője volt. Házasságot 1949-ben kötöttek. Betty segített Claude-nak néhány leghíresebb találmányának megalkotásában. Három gyermekük született.

Shannon apolitikus és ateista volt.

TisztelgésSzerkesztés

Eugene Daub szobrászművész hat Shannon-szobrot faragott: egyet a Michigani Egyetemen, egyet az MIT Információs és Döntési Rendszerek Laboratóriumában, egyet a michigani Gaylordban, egyet a San Diegó-i Kaliforniai Egyetemen, egyet a Bell Labs-ben és egyet az AT&T Shannon Labs-ben. A Bell System felbomlása után a Bell Labs azon részét, amely az AT&T Corporationnél maradt, az ő tiszteletére Shannon Labsnak nevezték el.

Neil Sloane, az AT&T munkatársa szerint, aki 1993-ban Shannon nagyszabású tanulmánygyűjteményének társszerkesztője volt, a Shannon kommunikációelmélete (mai nevén információelmélet) által bevezetett perspektíva a digitális forradalom alapja, és minden mikroprocesszort vagy mikrokontrollert tartalmazó eszköz Shannon 1948-as publikációjának fogalmi leszármazottja: “Ő az évszázad egyik legnagyobb embere. Nélküle semmi olyan dolog nem létezne, amit ma ismerünk. Az egész digitális forradalom vele kezdődött”. A shannon egység Claude Shannonról kapta a nevét.

A Mind at Play, a Jimmy Soni és Rob Goodman által írt Shannon-életrajz 2017-ben jelent meg.

2016. április 30-án Shannon előtt egy Google Doodle-lal tisztelegtek, hogy megünnepeljék életét a 100. születésnapján.

A 2019-es World Science Festivalon mutatták be a Mark Levinson által rendezett The Bit Player című játékfilmet Shannonról. A Shannonnal az 1980-as években a házában készített interjúk alapján készült filmet 2020 augusztusában mutatták be az Amazon Prime-on.

Szólj hozzá!