DzieciństwoEdit
Rodzina Shannonów mieszkała w Gaylord w stanie Michigan, a Claude urodził się w szpitalu w pobliskim Petoskey. Jego ojciec, Claude Sr. (1862-1934) był biznesmenem i przez pewien czas sędzią probierczym w Gaylord. Jego matka, Mabel Wolf Shannon (1890-1945), była nauczycielką języków obcych, która pełniła również funkcję dyrektora Gaylord High School. Claude Sr. był potomkiem osadników z New Jersey, a Mabel była dzieckiem niemieckich imigrantów.
Większość pierwszych 16 lat życia Shannona spędził w Gaylord, gdzie uczęszczał do szkoły publicznej, kończąc Gaylord High School w 1932 roku. Shannon wykazywał skłonność do rzeczy mechanicznych i elektrycznych. Jego najlepszymi przedmiotami były nauki ścisłe i matematyka. W domu konstruował takie urządzenia jak modele samolotów, sterowany radiowo model łodzi i system telegraficzny z drutu kolczastego do domu przyjaciela oddalonego o pół mili. Dorastając, pracował również jako posłaniec dla firmy Western Union.
Dziecięcym bohaterem Shannona był Thomas Edison, o którym później dowiedział się, że był jego dalekim kuzynem. Zarówno Shannon, jak i Edison byli potomkami Johna Ogdena (1609-1682), przywódcy kolonialnego i przodka wielu wybitnych ludzi.
Obwody logiczneEdit
W 1932 roku Shannon wstąpił na Uniwersytet Michigan, gdzie zapoznał się z pracami George’a Boole’a. Ukończył studia w 1936 roku z dwoma tytułami licencjata: jednym z inżynierii elektrycznej, a drugim z matematyki.
W 1936 roku Shannon rozpoczął studia magisterskie z inżynierii elektrycznej na MIT, gdzie pracował nad analizatorem różnicowym Vannevara Busha, wczesnym komputerem analogowym. Studiując skomplikowane obwody ad hoc tego analizatora, Shannon zaprojektował obwody przełączające oparte na koncepcjach Boole’a. W 1937 roku napisał pracę magisterską „A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits”. Praca z tej pracy została opublikowana w 1938 roku. W pracy tej Shannon udowodnił, że jego układy przełączające mogą być wykorzystane do uproszczenia rozmieszczenia przekaźników elektromechanicznych, które były wówczas stosowane w przełącznikach telefonicznych. Następnie rozszerzył tę koncepcję, udowadniając, że obwody te mogą rozwiązać wszystkie problemy, które może rozwiązać algebra boole’owska. W ostatnim rozdziale przedstawił schematy kilku obwodów, w tym 4-bitowego sumatora pełnego.
Użycie tej własności przełączników elektrycznych do implementacji logiki jest fundamentalną koncepcją, na której opierają się wszystkie elektroniczne komputery cyfrowe. Praca Shannona stała się fundamentem projektowania obwodów cyfrowych, jak to stało się powszechnie znane w społeczności inżynierów elektrycznych podczas i po II wojnie światowej. Teoretyczny rygor pracy Shannona zastąpił metody ad hoc, które dominowały wcześniej. Howard Gardner nazwał pracę Shannona „prawdopodobnie najważniejszą, a także najbardziej zauważoną pracą magisterską stulecia.”
Shannon otrzymał tytuł doktora z MIT w 1940 roku. Vannevar Bush zasugerował, że Shannon powinien pracować nad swoją dysertacją w Cold Spring Harbor Laboratory, w celu opracowania matematycznego sformułowania dla genetyki mendlowskiej. Badania te zaowocowały pracą doktorską Shannona, zatytułowaną An Algebra for Theoretical Genetics.
W 1940 roku Shannon został National Research Fellow w Institute for Advanced Study w Princeton, New Jersey. W Princeton Shannon miał okazję dyskutować o swoich pomysłach z wpływowymi naukowcami i matematykami, takimi jak Hermann Weyl i John von Neumann, a także sporadycznie spotykał się z Albertem Einsteinem i Kurtem Gödlem. Shannon pracował swobodnie w różnych dyscyplinach, a ta umiejętność mogła przyczynić się do jego późniejszego rozwoju matematycznej teorii informacji.
Badania wojenneEdit
Shannon dołączył następnie do Bell Labs, aby pracować nad systemami kontroli ognia i kryptografią podczas II wojny światowej, w ramach kontraktu z sekcją D-2 (sekcja systemów kontroli) Narodowego Komitetu Badań Obronnych (NDRC).
Shannonowi przypisuje się wynalezienie grafów przepływu sygnałów w 1942 roku. Odkrył topologiczną formułę wzmocnienia podczas badania funkcjonalnego działania komputera analogowego.
Przez dwa miesiące na początku 1943 roku Shannon nawiązał kontakt z czołowym brytyjskim matematykiem Alanem Turingiem. Turing został oddelegowany do Waszyngtonu, aby podzielić się ze służbami kryptoanalitycznymi Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych metodami stosowanymi przez brytyjską rządową szkołę kodów i szyfrów w Bletchley Park do łamania szyfrów używanych przez U-Booty Kriegsmarine w północnej części Oceanu Atlantyckiego. Interesował się również szyfrowaniem mowy i w tym celu spędził czas w Bell Labs. Shannon i Turing spotkali się w porze podwieczorku w kafeterii. Turing pokazał Shannonowi swoją pracę z 1936 roku, która definiowała to, co obecnie znane jest jako „uniwersalna maszyna Turinga”. Zaimponowało to Shannonowi, ponieważ wiele z jego pomysłów uzupełniało jego własne.
W 1945 roku, kiedy wojna zbliżała się ku końcowi, NDRC wydawało podsumowanie raportów technicznych jako ostatni krok przed ostatecznym zamknięciem. Wewnątrz tomu poświęconego kontroli ognia, specjalny esej zatytułowany Data Smoothing and Prediction in Fire-Control Systems, którego współautorami byli Shannon, Ralph Beebe Blackman i Hendrik Wade Bode, formalnie traktował problem wygładzania danych w kontroli ognia przez analogię do „problemu separacji sygnału od zakłócającego szumu w systemach komunikacyjnych”. Innymi słowy, modelował problem w kategoriach danych i przetwarzania sygnałów, a tym samym zwiastował nadejście ery informacji.
Praca Shannona nad kryptografią była jeszcze ściślej związana z jego późniejszymi publikacjami na temat teorii komunikacji. Pod koniec wojny przygotował on dla Bell Telephone Labs tajne memorandum zatytułowane „A Mathematical Theory of Cryptography”, datowane na wrzesień 1945 roku. Odtajniona wersja tej pracy została opublikowana w 1949 roku jako „Communication Theory of Secrecy Systems” w Bell System Technical Journal. Praca ta zawierała wiele pojęć i sformułowań matematycznych, które pojawiły się również w jego A Mathematical Theory of Communication. Shannon powiedział, że jego wojenne spostrzeżenia dotyczące teorii komunikacji i kryptografii rozwijały się jednocześnie i że „były tak blisko siebie, że nie dało się ich rozdzielić”. W przypisie na początku tajnego raportu, Shannon ogłosił swój zamiar „rozwinięcia tych wyników … w nadchodzącym memorandum na temat przekazywania informacji.”
Podczas pracy w Bell Labs, Shannon udowodnił, że kryptograficzny one-time pad jest nie do złamania w swoich tajnych badaniach, które zostały później opublikowane w październiku 1949 roku. Udowodnił również, że każdy system nie do złamania musi mieć zasadniczo takie same cechy jak one-time pad: klucz musi być naprawdę losowy, tak duży jak tekst jawny, nigdy nie używany ponownie w całości lub części, i być utrzymywany w tajemnicy.
Teoria informacjiEdit
W 1948 roku obiecane memorandum pojawiło się jako „A Mathematical Theory of Communication”, artykuł w dwóch częściach w lipcowych i październikowych wydaniach Bell System Technical Journal. Praca ta koncentruje się na problemie, jak najlepiej zakodować informację, którą nadawca chce przekazać. W tej fundamentalnej pracy wykorzystał narzędzia z teorii prawdopodobieństwa, opracowane przez Norberta Wienera, które w tamtym czasie były w początkowej fazie zastosowania w teorii komunikacji. Shannon rozwinął entropię informacyjną jako miarę zawartości informacji w wiadomości, która jest miarą niepewności zredukowanej przez wiadomość, jednocześnie zasadniczo wymyślając dziedzinę teorii informacji.
Książka The Mathematical Theory of Communication przedrukowuje artykuł Shannona z 1948 roku oraz jego popularyzację przez Warrena Weavera, która jest przystępna dla niespecjalisty. Weaver zwrócił uwagę, że słowo „informacja” w teorii komunikacji nie odnosi się do tego, co się mówi, ale do tego, co można by powiedzieć. Oznacza to, że informacja jest miarą wolności wyboru przy doborze przekazu. Koncepcje Shannona zostały również spopularyzowane, z zastrzeżeniem jego własnej korekty, w książce Johna Robinsona Pierce’a Symbols, Signals, and Noise.
Fundamentalny wkład teorii informacji w przetwarzanie języka naturalnego i lingwistykę obliczeniową został dodatkowo ugruntowany w 1951 roku, w artykule „Prediction and Entropy of Printed English”, pokazującym górne i dolne granice entropii dla statystyk języka angielskiego – dając statystyczne podstawy do analizy języka. Ponadto udowodnił, że traktowanie białych spacji jako 27. litery alfabetu w rzeczywistości obniża niepewność w języku pisanym, zapewniając wyraźny kwantyfikowalny związek między praktyką kulturową a poznaniem probabilistycznym.
Innym godnym uwagi artykułem opublikowanym w 1949 roku jest „Communication Theory of Secrecy Systems”, odtajniona wersja jego wojennej pracy nad matematyczną teorią kryptografii, w której udowodnił, że wszystkie teoretycznie niełamliwe szyfry muszą mieć takie same wymagania jak one-time pad. Przypisuje mu się również zasługę wprowadzenia teorii próbkowania, która zajmuje się reprezentacją sygnału czasu ciągłego z (jednolitego) dyskretnego zbioru próbek. Teoria ta miała zasadnicze znaczenie dla umożliwienia telekomunikacji przejścia od analogowych do cyfrowych systemów transmisji w latach 60. i później.
Powrócił do MIT, aby objąć katedrę w 1956 roku.
Nauczanie w MITEdit
W 1956 roku Shannon dołączył do wydziału MIT, aby pracować w Research Laboratory of Electronics (RLE). Pozostawał na wydziale MIT do 1978 r.
Późniejsze życieEdit
Shannon zachorował na chorobę Alzheimera i ostatnie lata życia spędził w domu opieki; zmarł w 2001 r., pozostawiony przy życiu przez żonę, syna i córkę oraz dwie wnuczki.
Hobby i wynalazkiEdit
Poza akademickimi dążeniami Shannon interesował się żonglerką, unicyclingiem i szachami. Wynalazł też wiele urządzeń, w tym komputer z cyframi rzymskimi o nazwie THROBAC, maszyny do żonglowania i trąbkę miotającą płomienie. Zbudował urządzenie, które mogło rozwiązać łamigłówkę Kostki Rubika.
Shannon zaprojektował Minivac 601, cyfrowy trener komputerowy, który miał uczyć ludzi biznesu o funkcjonowaniu komputerów. Był on sprzedawany przez Scientific Development Corp od 1961 roku.
Uważa się go również za współwynalazcę pierwszego komputera do noszenia wraz z Edwardem O. Thorpem. Urządzenie zostało wykorzystane do poprawy szans podczas gry w ruletkę.
Życie osobisteEdit
Shannon poślubił Normę Levor, bogatą, żydowską, lewicową intelektualistkę w styczniu 1940 roku. Małżeństwo zakończyło się rozwodem po około roku. Levor wyszła później za Bena Barzmana.
Shannon poznał swoją drugą żonę Betty Shannon (z domu Mary Elizabeth Moore), gdy była analitykiem numerycznym w Bell Labs. Pobrali się w 1949 roku. Betty pomagała Claude’owi w konstruowaniu niektórych z jego najsłynniejszych wynalazków. Mieli troje dzieci.
Shannon był apolityczny i ateistą.
TributesEdit
Istnieje sześć posągów Shannona wyrzeźbionych przez Eugene’a Dauba: jeden na Uniwersytecie Michigan; jeden na MIT w Laboratorium Systemów Informacyjnych i Decyzyjnych; jeden w Gaylord, Michigan; jeden na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego; jeden w Bell Labs; i kolejny w AT&T Shannon Labs. Po rozpadzie Bell System, część Bell Labs, która pozostała w AT&T Corporation została nazwana Shannon Labs na jego cześć.
Według Neila Sloane’a, AT&T Fellow, który współredagował duży zbiór prac Shannona w 1993 roku, perspektywa wprowadzona przez teorię komunikacji Shannona (obecnie nazywaną teorią informacji) jest podstawą rewolucji cyfrowej, a każde urządzenie zawierające mikroprocesor lub mikrokontroler jest koncepcyjnym potomkiem publikacji Shannona z 1948 roku: „Jest on jednym z wielkich ludzi tego stulecia. Bez niego nie istniałaby żadna z rzeczy, które znamy dzisiaj. Cała rewolucja cyfrowa zaczęła się od niego.” Jednostka shannon nosi imię Claude’a Shannona.
A Mind at Play, biografia Shannona napisana przez Jimmy’ego Soni i Roba Goodmana, została opublikowana w 2017 roku.
30 kwietnia 2016 roku Shannon został uhonorowany Google Doodle, aby uczcić jego życie w dniu, który byłby jego setnymi urodzinami.
The Bit Player, film fabularny o Shannonie w reżyserii Marka Levinsona miał premierę na Światowym Festiwalu Nauki w 2019 roku. Film, nakręcony na podstawie wywiadów przeprowadzonych z Shannonem w jego domu w latach 80. ubiegłego wieku, został wydany na Amazon Prime w sierpniu 2020 r.
.