Claude Shannon

Claude Shannon

Claude Shannon
Născut	30 aprilie 1916 Petoskey, Michigan, SUA
Decedat	24 februarie 2001 Medford, Massachusetts, SUA
Rezidenţă	Statele Unite ale Americii
Naţionalitate	american
Domeniu	Teoria informaţiei Algebră booleană Fizică Matematică
Instituţie	Laboratoarele Bell MIT
Alma Mater	Universitatea Michigan MIT
Cunoscut pentru	Teoria informaţiei Teoria jocurilor
Premii	Medalia de onoare IEEE

Claude Elwood Shannon (n. 30 aprilie 1916, Petoskey, Michigan, SUA – d. 24 februarie 2001, Medford, Massachusetts, SUA) a fost un matematician şi inginer electrotehnist american, "părintele teoriei informaţiei".^[1]

Shannon este celebru pentru că a fondat teoria informaţiei printr-o lucrare de referinţă publicată în 1948. El este considerat, de asemenea, fondatorul teoriei proiectării circuitelor digitale şi calculatoarelor numerice în 1937, când, la vârsta de 21 de ani, fiind student la masterat la MIT, a scris o teză prin care demonstra că, cu ajutorul aplicaţiilor electrice ale algebrei booleene, se poate construi şi rezolva orice relaţie logică numerică. Aceasta este una dintre cele mai importante teze de masterat din toate timpurile.^[2]

Biografie

Shannon s-a născut în Petoskey, Michigan. Tatăl său, Claude Senior (1862–1934), descendent al primilor colonişti din New Jersey, a fost om de afaceri şi o vreme executor testamentar. Mama lui, Mabel Wolf Shannon (1890–1945), fiica unor imigranţi germani, era profesoară la Liceul Gaylord, Michigan. Shannon şi-a petrecut primii şaisprezece ani din viaţă în Gaylord, Michigan, unde a învăţat la şcoala publică, absolvind liceul Gaylord în 1932. Shannon şi-a arătat înclinaţiile către mecanică. Era cel mai bun la ştiinţe şi matematică, iar acasă construia modele de avioane, un model de barcă telecomandată prin radio şi un sistem de telegraf prin care comunica cu un prieten ce locuia la 800 de metri depărtare. În adolescenţă, a lucrat ca mesager pentru Western Union. Eroul său din copilărie a fost Thomas Edison, cu care a aflat ulterior că se înrudea. Amândoi erau descendenţi ai lui John Ogden, un lider colonial.^[3][4]

Teoria booleană

În 1932 a fost admis la Universitatea Michigan, unde a urmat un curs care l-a introdus în lucrările lui George Boole. A absolvit în 1936 cu două diplome, una de inginer electrotehnist şi una de matematician, după care a început studii postuniversitare la Massachusetts Institute of Technology (MIT), unde a lucrat cu analizorul diferenţial al lui Vannevar Bush, un calculator analogic.

Studiind complicatele circuite ad hoc ale analizorului diferenţial, Shannon a observat cum pot fi folosite conceptele lui Boole. O lucrare extrasă din teza sa de masterat din 1937, [[O analiză simbolică a releelor şi circuitelor de comutaţie, a fost publicată în numărul din 1938 al revistei Transactions of the American Institute of Electrical Engineers. Pentru aceasta, Shannon a primit Premiul Institutului American al Inginerilor Americani în 1940. Howard Gardner, de la Universitatea Harvard, a numit teza lui Shannon "poate cea mai importantă şi mai celebră teză de masterat a secolului."

Victor Şestakov, de la Universitatea de Stat Moscova, propusese o teorie a comutatoarelor electrice, bazată pe logica booleană cu puţin timp înaintea lui Shannon, în 1935, dar prima publicare a rezultatelor lui Şestakov a avut loc în 1941, după publicarea tezei lui Shannon.

În această lucrare, Shannon a demonstrat că algebra booleană şi aritmetica binară pot fi folosite pentru a simplifica aranjamentul releelor electromagnetice utilizate pe atunci în comutatoarele liniilor telefonice, apoi a realizat şi abordarea inversă, demonstrând că este posibil să se folosească aranjamente de relee pentru a rezolva probleme de algebră booleană. Exploatând această proprietate a comutatoarelor electrice de a efectua operaţii logice a devenit conceptul ce stă la baza tuturor calculatoarelor electronice digitale. Lucrarea lui Shannon a devenit baza proiectării practice a circuitelor digitale, când a devenit larg cunoscută printre comunitatea inginerilor electrotehnişti în timpul şi după al doilea război mondial. Rigurozitatea teoretică a tezei lui Shannon a înlocuit complet metodele ad hoc folosite anterior.

Vannevar Bush i-a sugerat lui Shannon să lucreze la dizertaţia sa la Cold Spring Harbor Laboratory, finanţat de Institutul Carnegie condus de Bush, pentru a dezvolta relaţii matematice similare pentru genetica mendeliană, ceea ce a avut ca rezultat teza de doctorat a lui Shannon din 1940 de la MIT, O algebră pentru genetica teoretică.

În 1940, Shannon a devenit National Research Fellow la Institutul pentru Studii Avansate de la Princeton, New Jersey. La Princeton, Shannon a avut ocazia să discute despre ideile sale cu oameni de ştiinţă şi matematicieni influenţi, cum ar fi Hermann Weyl şi John von Neumann, şi să se întâlnească şi cu Albert Einstein. Shannon a lucrat liber în mai multe discipline, după care a început să îşi formeze ideile ce aveau să se cristalizeze în teoria informaţiei.^[5]

Cercetările din timpul războiului

Shannon a lucrat apoi la Laboratoarele Bell la sisteme de control a tragerilor şi criptografie în timpul celui de-al doilea război mondial, sub un contract cu secţiunea D-2 (secţiunea sistemelor de control) a Comitetului Naţional de Cercetări în Domeniul Apărării (în engleză National Defense Research Committee (NDRC))).

În 1945, când războiul se apropia de sfârşit, NDRC a publicat o serie de rapoarte tehnice ca ultim pas înaintea închiderii. În cadrul volumului despre controlul tragerilor, un eseu special intitulat Data Smoothing and Prediction in Fire-Control Systems, de Ralph Beebe Blackman, Hendrik Wade Bode, şi Claude Shannon, a tratat pentru prima oară problema controlului tragerilor ca pe un caz special de transmisie, manipulare şi utilizare a informaţiei, cu alte cuvinte a modelat problema în termeni de prelucrarea datelor şi a semnalelor prevăzând venire epocii informaţiei. Shannon a fost puternic influenţat de această lucrare.

Contribuţiile de după război

În 1948, Shannon a publicat O teorie matematică a comunicaţiilor (în engleză A Mathematical Theory of Communication), un articol în două părţi, în numerele din iulie şi octombrie ale revistei Bell System Technical Journal. Acest articol s-a concentrat pe problema celei mai bune codificări posibile a informaţiei pe care vrea să o transmită cineva. În această lucrare fundamentală, el a folosit unelte ale teoriei probabilităţii, dezvoltate de Norbert Wiener, care erau, la acea vreme, în stadiul incipient al dezvoltării aplicaţiilor în teoria comunicaţiilor. Shannon a dezvoltat noţiunea de entropie informaţională ca măsură a incertitudinii dintr-un mesaj inventând prin aceasta domeniul teoriei informaţiei.

Cartea, scrisă în colaborare cu Warren Weaver, şi intitulată Teoria matematică a comunicaţiilor (în engleză The Mathematical Theory of Communication), reia articolul lui Shannon din 1948 şi popularizarea lui Weaver, variantă accesibilă non-specialiştilor. Conceptele lui Shannon au fost şi ele popularizate în lucrarea lui John Robinson Pierce Simboluri, semnale, şi zgomot.

Contribuţia fundamentală a teoriei informaţiei în prelucrarea limbajului natural şi lingvistica computaţională a fost relevată de Shannon în 1951, în articolul Predicţia şi entropia limbii engleze tipărite (în engleză Prediction and Entropy of Printed English), în care a demonstrat că dacă tratează spaţiile libere drept o a douăzeci şi şaptea literă a alfabetului, incertitudinea limbii scrise scade, furnizând o legătură clară şi cuantificabilă între practicile culturale şi cogniţia probabilistică.

O altă lucrare importantă, publicată în 1949 este Teoria comunicaţiilor în sistemele cu secretizare (în engleză Communication Theory of Secrecy Systems), o contribuţie majoră adusă teoriei matematice a criptografiei, lucrare în care a demonstrat că toate cifrurile imposibil de spart trebuie să îndeplinească aceleaşi cerinţe ca şi cifrul lui Vernam. El este creditat şi cu introducerea teoriei eşantionării, care se ocupă cu reprezentarea unui semnal continuu în timp cu ajutorul unui set de eşantioane în timp discret. Această teorie a fost esenţială în trecerea de la comunicaţiile analogice la cele digitale după anii 1960.

Hobby-uri şi invenţii

În afara preocupărilor academice, Shannon era pasionat de jonglerie, mersul pe uniciclu şi şah. El a inventat numeroase dispozitive, printre care discuri zburătoare cu rachetă, un băţ pogo motorizat, şi o trompetă aruncătoare de flăcări pentru o expoziţie ştiinţifică. Unul dintre cele mai amuzante dispozitive ale sale era o cutie pe care o ţinea pe birou şi pe care o denumise maşina supremă (în engleză Ultimate Machine), pe baza unei idei a lui Marvin Minsky. Fără alte funcţionalităţi, cutia avea un singur comutator aflat pe parte. Când acest comutator era deplasat, se deschidea capacul cutiei şi o mână mecanică ieşea din aceasta şi repunea comutatorul în poziţia iniţială, retrăgându-se după aceea înapoi în cutie. În plus, a construit un dispozitiv care putea rezolva cubul Rubik.^[3]

Este considerat şi coinventator al primului calculator portabil împreună cu Edward O. Thorp.^[6] Dispozitivul era folosit pentru a îmbunătăţi şansele de joc la ruletă.

Moştenirea

Shannon a sosit la MIT în 1956 pentru a preda şi pentru a efectua cercetări în laboratoarele de cercetare în electronică. A continuat să lucreze la MIT până în 1978. Pentru comemorarea realizărilor sale, au fost ridicate cinci statui ale lui Shannon: una la Universitatea Michigan; una la MIT în laboratorul de informaţii şi sisteme decizionale, una în Gaylord, Michigan; una la Universitatea California, San Diego şi una la Laboratoarele Bell. După destrămarea sistemului Bell, partea care a rămas la AT&T a fost denumită în cinstea sa Laboratoarele Shannon.

Robert Gallager l-a numit pe Shannon cel mai mare om de ştiinţă al secolului al XX-lea. Conform lui Neil Sloane, de la AT&T, coeditor al marii colecţii de lucrări ale lui Shannon în 1993, perspectivele introduse de teoria comunicaţiilor dezvoltată de Shannon (numită astăzi teoria informaţiei) constituie bazele revoluţiei digitale, şi fiecare dispozitiv ce conţine un microprocesor sau microcontroller este un descendent conceptual al publicaţiei lui Shannon din 1948:^[7] "Este unul din marii oameni ai secolului. Fără el, n-ar exista niciunul din lucrurile pe care le cunoaştem astăzi. Întreaga revoluţie digitală a început de la el."^[8]

Totuşi, Shannon nu a apucat să fie conştient de minunile revoluţiei digitale, deoarece mintea sa a fost distrusă de boala lui Alzheimer. În necrologul său, soţia sa a scris că "ar fi fost uimit" de toate acestea.^[8]

Alte realizări ale lui Shannon

Şoarecele lui Shannon

Tezeu, proiect creat în 1950, era un şoarece magnetic controlat de un releu care îi permitea să se mişte printr-un labirint de 25 de pătrate. Dimensiunile sale erau acelea ale unui şoarece obişnuit.^[1] Configuraţia labirintului era flexibilă şi putea fi modificată după voie.^[1] Şoarecele era proiectat să caute prin coridoare până când găsea ţinta. După ce călătorea o dată prin labirint, şoarecele putea fi apoi plasat în orice loc în care fusese anterior şi, datorită experienţei dobândite, putea să meargă apoi direct la ţintă. Dacă era plasat în teritoriu nefamiliar, era programat să caute până când se găsea într-o poziţie cunoscută şi apoi mergea către ţintă, adăugând cunoştinţele noi la memorie, astfel învăţând.^[1] Se pare că şoarecele lui Shannon a fost primul dispozitiv cu învăţare.^[1]

Maşina de jucat şah

În 1950, Shannon a publicat o lucrare de referinţă despre şahul pe calculator, lucrare intitulată Programarea unui calculator pentru a juca şah (în engleză Programming a Computer for Playing Chess). În aceasta se descria cum poate fi făcută o maşină sau un calculator să joace şah la un nivel rezonabil. Procesul prin care calculatorul decidea asupra mutărilor este o procedură minimax, bazată pe o funcţie de evaluare a unei poziţii din şah. Shannon a dat un exemplu de funcţie de evaluare în care valoarea poziţiei negrului era scăzută din cea a valorii poziţiei albului. Materialul era numărat conform unor valori acordate pieselor (1 punct pentru pioni, 3 pentru cal şi nebun, 5 puncte pentru turn, şi 9 pentru regină). A luat în considerare şi factorul poziţie, scăzând câte o jumătate de punct pentru fiecare pion dublat, pion retras, şi pion izolat. Un alt factor de poziţie luat în calcul de funcţia de evaluare era mobilitatea, adăugând 0,1 puncte pentru fiecare mutare posibilă. În final, a considerat matul ca fiind capturarea regelui, şi i-a dat valoarea artificială de 200 de puncte. Citat din lucrare:

Coeficienţii 0,5 şi 0,1 sunt doar o estimare a autorului. Mai mult, sunt mulţi alţi termeni care ar trebui să fie incluşi. Formula este dată doar în scop ilustrativ. Matul a fost inclus artificial aici, dând regelui valoarea mare de 200 (poate fi folosită orice valoare mai mare decât toţi ceilalţi termeni).^[9]

Funcţia de evaluare a fost scrisă în scop ilustrativ, după cum a afirma Shannon. De exemplu, conform funcţiei, pionii care sunt şi dublaţi şi izolaţi nu au nicio valoare, ceea ce este, evident, nerealist.

Teoria informaţiei şi aplicaţiile în teoria jocurilor

Shannon şi soţia sa Betty îşi petreceau adesea weekendurile în Las Vegas împreună cu matematicianul Ed Thorp de la MIT,^[10] câştigând masiv la ruletă şi blackjack folosindu-se de metode din teoria jocurilor dezvoltate împreună cu colegul lor de la Laboratoarele Bell, fizicianul John L. Kelly Jr., şi bazate pe principii din teoria informaţiei.^[11] Au câştigat o avere, după cum se arată în cartea Fortune's Formula de William Poundstone şi în scrierile lui Elwyn Berlekamp,^[12] asistent al lui Kelly între 1960 şi 1962.^[2] Shannon şi Thorp au aplicat aceeaşi teorie, ulterior cunoscută drept criteriul Kelly, la bursa de acţiuni, cu rezultate şi mai bune.^[13]

Note

Acest articol despre un american este un ciot. Puteţi ajuta Wikipedia prin completarea sa !.