Claude Shannon

KindertijdEdit

De familie Shannon woonde in Gaylord, Michigan, en Claude werd geboren in een ziekenhuis in het nabijgelegen Petoskey. Zijn vader, Claude Sr. (1862-1934) was zakenman en een tijdlang rechter bij de testamenten in Gaylord. Zijn moeder, Mabel Wolf Shannon (1890-1945), was een taallerares, die ook directeur was van Gaylord High School. Claude Sr. stamde af van kolonisten uit New Jersey, terwijl Mabel een kind was van Duitse immigranten.

Het grootste deel van de eerste 16 jaar van Shannons leven bracht hij door in Gaylord, waar hij naar de openbare school ging en in 1932 afstudeerde aan de Gaylord High School. Shannon had een voorliefde voor mechanische en elektrische dingen. Zijn beste vakken waren natuurwetenschappen en wiskunde. Thuis bouwde hij onder andere vliegtuigmodellen, een radiografisch bestuurbare modelboot en een telegraafsysteem met prikkeldraad naar het huis van een vriend een halve mijl verderop. Terwijl hij opgroeide, werkte hij ook als koerier voor de Western Union company.

Shannon’s jeugdheld was Thomas Edison, van wie hij later leerde dat hij een verre neef was. Zowel Shannon als Edison waren afstammelingen van John Ogden (1609-1682), een koloniale leider en een voorouder van vele vooraanstaande mensen.

Logische circuitsEdit

In 1932 ging Shannon naar de Universiteit van Michigan, waar hij kennismaakte met het werk van George Boole. Hij studeerde in 1936 af met twee bachelordiploma’s: een in elektrotechniek en de andere in wiskunde.

In 1936 begon Shannon zijn doctoraalstudie elektrotechniek aan het MIT, waar hij werkte aan Vannevar Bush’s differentiaalanalysator, een vroege analoge computer. Terwijl hij de ingewikkelde ad hoc schakelingen van deze analyzer bestudeerde, ontwierp Shannon schakelingen gebaseerd op Boole’s concepten. In 1937 schreef hij zijn doctoraalscriptie, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Een artikel uit deze dissertatie werd gepubliceerd in 1938. In dit werk bewees Shannon dat zijn schakelcircuits konden worden gebruikt om de opstelling van de elektromechanische relais te vereenvoudigen die toen werden gebruikt in schakelaars voor het routeren van telefoongesprekken. Vervolgens breidde hij dit concept uit door te bewijzen dat deze schakelingen alle problemen konden oplossen die Booleaanse algebra kon oplossen. In het laatste hoofdstuk presenteerde hij schema’s van verschillende schakelingen, waaronder een 4-bit volledige opteller.

Het gebruik van deze eigenschap van elektrische schakelaars om logica te implementeren is het fundamentele concept dat ten grondslag ligt aan alle elektronische digitale computers. Het werk van Shannon werd de grondslag van het ontwerpen van digitale schakelingen, zoals dat tijdens en na de Tweede Wereldoorlog algemeen bekend werd in de elektrotechnische wereld. De theoretische nauwkeurigheid van Shannon’s werk verving de ad hoc methoden die voorheen de overhand hadden gehad. Howard Gardner noemde de dissertatie van Shannon “waarschijnlijk de belangrijkste, en ook de meest opgemerkte, masterscriptie van de eeuw.”

Shannon promoveerde aan het MIT in 1940. Vannevar Bush had voorgesteld dat Shannon aan zijn proefschrift zou werken in het Cold Spring Harbor Laboratory, om een wiskundige formulering te ontwikkelen voor de Mendeliaanse genetica. Dit onderzoek resulteerde in Shannon’s proefschrift, genaamd An Algebra for Theoretical Genetics.

In 1940 werd Shannon National Research Fellow aan het Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey. In Princeton had Shannon de gelegenheid zijn ideeën te bespreken met invloedrijke wetenschappers en wiskundigen als Hermann Weyl en John von Neumann, en hij had ook incidentele ontmoetingen met Albert Einstein en Kurt Gödel. Shannon werkte vrijelijk over disciplines heen, en dit vermogen kan hebben bijgedragen aan zijn latere ontwikkeling van de wiskundige informatietheorie.

Onderzoek in oorlogstijdEdit

Shannon kwam vervolgens bij Bell Labs om te werken aan vuurleidingssystemen en cryptografie tijdens de Tweede Wereldoorlog, onder een contract met sectie D-2 (Control Systems section) van het National Defense Research Committee (NDRC).

Shannon wordt gecrediteerd voor de uitvinding van signaal-stroom-grafieken, in 1942. Hij ontdekte de topologische versterkingsformule terwijl hij de functionele werking van een analoge computer onderzocht.

Twee maanden lang, begin 1943, kwam Shannon in contact met de vooraanstaande Britse wiskundige Alan Turing. Turing was naar Washington gestuurd om de cryptanalytische dienst van de U.S. Navy op de hoogte te brengen van de methoden die door de Britse Government Code and Cypher School in Bletchley Park werden gebruikt om de cijfers te breken die door de Kriegsmarine U-boten in de Noord-Atlantische Oceaan werden gebruikt. Hij was ook geïnteresseerd in de vercijfering van spraak en bracht daarvoor tijd door bij Bell Labs. Shannon en Turing ontmoetten elkaar rond theetijd in de cafetaria. Turing liet Shannon zijn paper uit 1936 zien, waarin hij definieerde wat nu bekend staat als de “Universal Turing machine”. Dit maakte indruk op Shannon, omdat veel van zijn ideeën zijn eigen ideeën aanvulden.

In 1945, toen de oorlog ten einde liep, gaf de NDRC een samenvatting van technische rapporten uit als laatste stap voor haar uiteindelijke opheffing. In de bundel over vuurleiding werd in een speciaal essay met de titel “Data Smoothing and Prediction in Fire-Control Systems”, waarvan Shannon, Ralph Beebe Blackman en Hendrik Wade Bode coauteur waren, het probleem van het gladstrijken van de gegevens bij vuurleiding formeel behandeld naar analogie van “het probleem van het scheiden van een signaal van storende ruis in communicatiesystemen”. Met andere woorden, het modelleerde het probleem in termen van data en signaalverwerking en luidde zo de komst van het informatietijdperk in.

Shannon’s werk aan cryptografie was nog nauwer verbonden met zijn latere publicaties over communicatietheorie. Aan het einde van de oorlog stelde hij een geclassificeerd memorandum op voor Bell Telephone Labs, getiteld “A Mathematical Theory of Cryptography”, gedateerd september 1945. Een gederubriceerde versie van dit document werd in 1949 gepubliceerd als “Communication Theory of Secrecy Systems” in het Bell System Technical Journal. Dit document bevatte veel van de concepten en wiskundige formuleringen die ook voorkwamen in zijn A Mathematical Theory of Communication. Shannon zei dat zijn inzichten in de communicatietheorie en cryptografie in oorlogstijd gelijktijdig ontstonden en dat “ze zo dicht bij elkaar lagen dat je ze niet kon scheiden”. In een voetnoot aan het begin van het geclassificeerde rapport kondigde Shannon zijn voornemen aan om “deze resultaten te ontwikkelen … in een komend memorandum over de overdracht van informatie.”

Toen hij bij Bell Labs was, bewees Shannon dat het cryptografische one-time pad onbreekbaar is in zijn geclassificeerde onderzoek dat later werd gepubliceerd in oktober 1949. Hij bewees ook dat elk onbreekbaar systeem in wezen dezelfde kenmerken moet hebben als het one-time pad: de sleutel moet echt willekeurig zijn, even groot als de klare tekst, nooit geheel of gedeeltelijk worden hergebruikt, en geheim worden gehouden.

InformatietheorieEdit

In 1948 verscheen het beloofde memorandum als “A Mathematical Theory of Communication”, een artikel in twee delen in de juli- en oktobernummers van het Bell System Technical Journal. Dit werk concentreert zich op het probleem hoe de informatie die een zender wil overbrengen het best kan worden gecodeerd. In dit fundamentele werk maakte hij gebruik van instrumenten uit de waarschijnlijkheidsrekening, ontwikkeld door Norbert Wiener, die op dat moment nog in hun kinderschoenen stonden wat betreft de toepassing op de communicatietheorie. Shannon ontwikkelde de informatie-entropie als maatstaf voor de informatie-inhoud in een bericht, die een maatstaf is voor de onzekerheid die door het bericht wordt verminderd, terwijl hij in wezen het gebied van de informatietheorie uitvond.

Het boek The Mathematical Theory of Communication herdrukt het artikel van Shannon uit 1948 en de popularisering ervan door Warren Weaver, die toegankelijk is voor de niet-specialist. Weaver wees erop dat het woord “informatie” in de communicatietheorie geen betrekking heeft op wat je zegt, maar op wat je zou kunnen zeggen. Dat wil zeggen, informatie is een maatstaf voor iemands keuzevrijheid bij het kiezen van een boodschap. Shannon’s concepten werden, onder voorbehoud van zijn eigen proeflezen, ook gepopulariseerd in John Robinson Pierce’s Symbols, Signals, and Noise.

De fundamentele bijdrage van de informatietheorie aan natuurlijke taalverwerking en computationele linguïstiek werd verder vastgesteld in 1951, in zijn artikel “Prediction and Entropy of Printed English”, waarin hij boven- en ondergrenzen van entropie aantoonde voor de statistiek van het Engels – waarmee hij een statistische basis gaf aan taalanalyse. Bovendien bewees hij dat het behandelen van witruimte als de 27e letter van het alfabet de onzekerheid in geschreven taal daadwerkelijk vermindert, waarmee hij een duidelijk kwantificeerbaar verband legde tussen culturele praktijk en probabilistische cognitie.

Een ander opmerkelijk artikel dat in 1949 werd gepubliceerd is “Communication Theory of Secrecy Systems”, een gederubriceerde versie van zijn werk in oorlogstijd aan de wiskundige theorie van cryptografie, waarin hij bewees dat alle theoretisch onbreekbare cijfers aan dezelfde eisen moeten voldoen als het one-time pad. Hem wordt ook de introductie van de bemonsteringstheorie toegeschreven, die zich bezighoudt met de weergave van een continu-tijdsignaal uit een (uniforme) discrete reeks monsters. Deze theorie was van essentieel belang voor de overgang van analoge naar digitale transmissiesystemen in de telecommunicatie in de jaren zestig en later.

Hij keerde terug naar het MIT om er in 1956 een bijzondere leerstoel te bekleden.

Onderricht aan het MITEdit

In 1956 trad Shannon toe tot de faculteit van het MIT om te werken in het Research Laboratory of Electronics (RLE). Hij bleef tot 1978 aan de MIT-faculteit verbonden.

Later levenEdit

Shannon ontwikkelde de ziekte van Alzheimer en bracht de laatste jaren van zijn leven door in een verpleeghuis; hij overleed in 2001, overleefd door zijn vrouw, een zoon en dochter, en twee kleindochters.

Hobby’s en uitvindingenEdit

De Minivac 601, een digitale computertrainer ontworpen door Shannon.

Naast Shannons academische bezigheden was hij geïnteresseerd in jongleren, eenwielfietsen en schaken. Hij vond ook vele apparaten uit, waaronder een Romeinse cijfercomputer genaamd THROBAC, jongleermachines, en een vlammende trompet. Hij bouwde een apparaat dat de Rubik’s Cube puzzel kon oplossen.

Shannon ontwierp de Minivac 601, een digitale computertrainer om zakenmensen te leren hoe computers functioneerden. Het werd vanaf 1961 verkocht door de Scientific Development Corp.

Hij wordt ook beschouwd als de mede-uitvinder van de eerste draagbare computer, samen met Edward O. Thorp. Het apparaat werd gebruikt om de kansen bij het spelen van roulette te verbeteren.

Persoonlijk levenEdit

Shannon trouwde in januari 1940 met Norma Levor, een rijke, joodse, linkse intellectueel. Het huwelijk eindigde na ongeveer een jaar in een scheiding. Levor trouwde later met Ben Barzman.

Shannon ontmoette zijn tweede vrouw Betty Shannon (née Mary Elizabeth Moore) toen zij numeriek analiste was bij Bell Labs. Zij trouwden in 1949. Betty assisteerde Claude bij het bouwen van enkele van zijn beroemdste uitvindingen. Ze kregen drie kinderen.

Shannon was apolitiek en atheïst.

Huldeblijk

Er zijn zes standbeelden van Shannon gebeeldhouwd door Eugene Daub: een aan de Universiteit van Michigan; een aan het MIT in het Laboratorium voor Informatie- en Beslissingssystemen; een in Gaylord, Michigan; een aan de Universiteit van Californië, San Diego; een bij Bell Labs; en nog een bij AT&T Shannon Labs. Na het uiteenvallen van het Bell System werd het deel van Bell Labs dat bij AT&T Corporation bleef, ter ere van hem Shannon Labs genoemd.

Volgens Neil Sloane, een AT&T Fellow die in 1993 de grote verzameling papers van Shannon mede uitbracht, is het perspectief dat door Shannons communicatietheorie (nu informatietheorie genoemd) werd geïntroduceerd de basis van de digitale revolutie, en elk apparaat dat een microprocessor of microcontroller bevat, is een conceptuele afstammeling van Shannons publicatie uit 1948: “Hij is een van de grote mannen van de eeuw. Zonder hem zouden de dingen die we vandaag kennen niet bestaan. De hele digitale revolutie is met hem begonnen.” De eenheid shannon is vernoemd naar Claude Shannon.

A Mind at Play, een biografie van Shannon geschreven door Jimmy Soni en Rob Goodman, werd gepubliceerd in 2017.

Op 30 april 2016 werd Shannon geëerd met een Google Doodle om zijn leven te vieren op wat zijn 100e verjaardag zou zijn geweest.

The Bit Player, een speelfilm over Shannon geregisseerd door Mark Levinson ging in première op het World Science Festival in 2019. De film is gebaseerd op interviews met Shannon in zijn huis in de jaren tachtig en werd in augustus 2020 uitgebracht op Amazon Prime.

Plaats een reactie