Клод шеннон сообщение по информатике
Обновлено: 16.05.2024
Жонглер, отец теории информации и просто гений, который создал бит.
Клод Шеннон — американский ученый, который придумал и заложил основы теории информации. Десятки лет назад он написал работу, благодаря которой у нас есть интернет. Идеи Шеннона — это то, что позволяет нам передавать и хранить данные. Рассказываем, как он жонглировал идеями, почему они до сих пор важны и за что его называют самым веселым ученым поколения.
С чего все началось
В 1937 Шеннон опубликовал магистерские тезисы, которые позднее назвали самой важной магистерской диссертацией в истории. В своей работе он применил Булеву алгебру к схемам коммутации.
В 1941 Шеннон устроился на работу в американскую лабораторию Bell Labs, известную нам тем, что там появились первые разработки в области искусственного интеллекта.
Эта статья стала основой для теории информации.
Первая схема процесса обмена информацией, которую изобразил Шеннон в своей работе в 1948 году. Комментируя схему, ученый объяснил, что каналом коммуникации может быть, например, пучок света, коаксиальный кабель или диапазон радиочастот.
Конспект вебинара Data Scientist в Airbus.
ML-инженер Proxet Дмитрий Войтех — о работе с Giphy.
Вот какая идея была в центре теории Шеннона:
Вероятностный шум усиливает неопределенность, которую предстоит прояснить получателю.
В 1955 Шеннона удостоили медали Стюарта Баллантайна — приза за научные и технические достижения, который выдавал Институт Франклина в Пенсильвании. В 1958 году ученый стал профессором MIT, при этом отказавшись преподавать.
Что еще сделал Клод Шеннон
- Создал теорему жонглирования. Клод Шеннон сам любил жонглировать и построил из деталей конструктора Erector механизм, который жонглировал тремя металлическими шариками.
В начале 1980-х годов Шеннон опубликовал первую формальную математическую теорему жонглирования, сопоставляя продолжительность времени, пока мячи находятся в воздухе, с тем, как долго каждый мяч остается в руке жонглера. Его теорема продемонстрировала важность скорости рук для успешного жонглирования.
В 1993 году Клод Шеннон попал в дом престарелых, а в 2001 умер после длительной борьбы с болезнью Альцгеймера.
Кто же такой Клод Шеннон? Каждая комната в Entropy House, поместье неподалеку от Бостона, где Шеннон вместе с женой Бетти прожили более 30 лет, может ответить на этот вопрос по-разному. Одна комната, опрятная и аккуратная, украшена рядами наград, демонстрирующих многочисленные достижения хозяина дома. В их числе Национальная научная медаль, полученная им в 1966 году, Премия Киото — японский эквивалент Нобелевской — и Медаль Почёта IEEE.
Любовь Шеннона к математическим абстракциям и всевозможным устройствам проявилась в раннем возрасте. Он родился в 1916 году в пригороде Гейлорда, штат Массачусетс, и провел там значительную часть детства. Шеннон обожал играть со всевозможными радио-наборами — их покупал ему отец. Еще Шеннону очень нравилось решать математические головоломки, которые задавала ему сестра, будущая профессор математики.
В 1941 году Шеннон устроился в Bell Laboratories и проработал там 15 лет. Во время Второй мировой войны он участвовал в разработке цифровых систем шифрования. Одной из них пользовались Черчилль и Рузвельт для проведения трансокеанских переговоров.
Как говорит сам Шеннон, эта работа и привела к появлению теории коммуникации. Он понял, что при помощи числовых кодов можно защитить информацию от чужих глаз. Соответственно, и от помех тоже. Кроме того, эти коды можно использовать для эффективного упаковывания информации и дальнейшей передачи по выделенному каналу.
Аарон Уайнер, руководитель отдела исследований в области коммуникационного анализа AT&T Bell Laboratories заметил, что некоторые научные открытия являются продуктом своего времени, но не лично Шеннона.
Только в начале 1970-х годов с появлением высокоскоростных интегральных схем инженеры начали полноценно пользоваться теорией информации. В наши дни идеи Шеннона применяются практически во всех системах, которые хранят, обрабатывают или передают информацию в цифровом виде, от компакт-дисков до суперкомпьютеров, от факсимильных аппаратов до зондов для исследования дальнего космоса, таких как Voyager.
Теория информации и религия
Теория информации с самого начала пленила аудиторию, намного более широкую, нежели та, для которой она была предназначена. Специалисты в лингвистике, психологии, экономике, биологии, даже музыканты и художники стремились объединить теорию информации со своими дисциплинами.
Шеннон, хотя и скептически относился к некоторым применениям своей теории, не был ограничен в собственных изысканиях. В 1950-х годах в своей гостиной он проводил эксперименты на тему избыточности языка. В них участвовала его жена Бетти, работавшая в Bell, Бернард Оливер, еще один ученый из Bell (а также бывший президент IEEE), а также жена Оливера. Кто-то называл первые буквы слова или слов в предложении, а все остальные пытались угадать продолжение. Другой эксперимент Шеннон поставил в Bell Laboratories. Сотрудники должны были подсчитать, сколько раз в письме появлялись различные буквы, и каков порядок их появления.
Понимая, что технологии 50-х не позволяли провернуть нечто подобное, редактор все равно связался с Шенноном. В ответ он рассмеялся и рассказал, как провел многих людей по всей стране. Шторы вокруг стола с лабиринтом скрывали механизм от зрителей и были важным компонентом устройства. Когда в 1979 году Spectrum торжественно вручал награды Amazing Micromouse Maze Contest, Шеннон снял Тесея со своего чердака, погрузил его в машину и выставил на витрине рядом с механизмом-победителем.
Единая полевая теория жонглирования
В 1956 году Шеннон оставил постоянную должность в Bell Labs (но еще более десяти лет работал внештатно), чтобы стать профессором коммуникационных наук в MIT. В последние годы его новой великой страстью стало жонглирование. Он построил несколько жонглирующих машин и разработал единую полевую теорию жонглирования: если B равно числу шаров, H — числу рук, D — времени, которое каждый шар проводит в руке, F — времени полета каждого шара и E — времени, когда каждая рука пуста, то B / H = (D + F) / (D + E).
(К сожалению, теория не могла помочь Шеннону жонглировать более чем четырьмя шарами одновременно. Он говорил, что его руки слишком малы.)
Шеннон также разработал множество математических моделей для прогнозирования роста акций и протестировал их — успешно, по его словам, — на своем собственном портфеле.
“Respect your cube and keep it clean./Lube your cube with Vaseline./Beware the dreaded cubist’s thumb,/The callused hand and fingers numb./No borrower nor lender be./Rude folk might switch two tabs on thee,/The most unkindest switch of all,/Into insolubility. [Chorus] In-sol-u-bility./The strangest place to be./However you persist/Solutions don’t exist.”
Уважь свой кубик, в чистоте
Держи его и смажь везде.
Но бойся тех, кто этот куб,
Не выпускал всю жизнь из рук.
Не отдавай свой кубик. Вот —
Его сломает обормот.
Предмет — странней не видел свет,
Собрать его ни шанса нет!
[Припев]
Не-раз-ре-шимый куб,
Пусть даже ты не глуп.
Из кожи лезешь, но
Не сможешь все равно.
В конце концов Шеннон произнес вдохновляющую речь, в которой предвосхитил идеи об универсальности обратной связи и самореференциальности в природе.
Тем не менее, Шеннон снова исчез из виду. Лишь в последние годы жена вдохновила его на посещение небольших собраний и различных лабораторий, где ученые работают с его теорией.
В 1985 году он неожиданно приехал на Международный симпозиум по теории информации в Брайтоне. Встреча шла своим чередом ровно до того момента, как прошел слух, что седой мужчина с застенчивой улыбкой, который появляется то там, то здесь, это Клод Шеннон. А ведь некоторые из гостей конференции даже не знали, что он все еще жив.
Клод Шеннон умер в 2001 году в возрасте 84 лет после многих лет борьбы с болезнью Альцгеймера и по праву считается одним из величайших инженеров электроники всех времен.
Шеннон известен, за написание основ теории информации, Математической Теории связи, которые он опубликовал в 1948 году. В 21 год будучи магистром в Массачусетском технологическом институте (МТИ) , он писал диссертацию, доказывая, что электрическим применением Булевой алгебры можно строить любые логические, числовые отношения. Клод Элвуд Шеннон внес большой вклад в область криптоанализа для национальной обороны во время Второй Мировой Войны, включая его основные работы по codebreaking и надежности телекоммуникаций.
Шеннон также был заинтересован в применении математики в информационных системах, таких как системы связи. После очередного лета, проведенного в Bell Labs, в 1940 году Шеннон на один академический год стал научным сотрудником в Институте перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, США. Там он работал под руководством известного математика Германа Вейля, а также имел возможность обсудить свои идеи с влиятельными учеными и математиками, среди которых был Джон фон Нейман. Он также имел случайные встречи с Альбертом Эйнштейном и Куртом Гёделем. Шеннон свободно работал в различных дисциплинах, и эта способность, возможно, способствовала дальнейшему развитию его математической теории информации.
Клод Элвуд Шеннон – ведущий американский учёный в сфере математики, инженерии, криптоаналитики.
Этот учёный первым применил научный подход для информационной идей и законов криптографии, обосновав свои мысли в работах о математической теории связи, а также о теории связи в секретных системах.
Большой вклад внёс он и в развитие кибернетики, обосновав такие ключевые моменты, как вероятность схемы, игровую научную концепцию, а также мысли о создании автоматов и управленческой системы.
Детские и юношеские годы
Клод Шеннон появился на свет в американском Петоски, что в штате Мичиган. Это радостное событие случилось 30.04.1916-го.
Отец будущего учёного занимался бизнесом в сфере адвокатуры, а затем был назначен судьёй. Мать – преподавала иняз и со временем получила должность директора школы в Гэйлорде.
Математические наклонности были присущи Шеннону-старшему. Ключевую роль в формировании склонности к научной деятельности у внука сыграл дедушка – фермер и изобретатель.
В его арсенале создание стиральной машинки и некоторых видов прикладной сельхозтехники. Примечательно, что Эдисон имеет родственные связи с этой семьёй.
Фото: значение слова “байт”
В 16-летнем возрасте Клод закончил среднюю школу, где преподавала его мать. Успел поработать курьером в Western Union, занимался конструированием различных устройств.
Его интересовало моделирование самолётов и радиотехники, ремонт небольших радиостанций. Он своими руками сделал лодку с радиоуправлением, телеграф для связи с другом.
Как уверяет сам Клод, его абсолютно не интересовали только политика и вера в Бога.
Студенческие годы
Университет Мичигана распахнул перед Шенноном свои двери в 1932 году. Учёба здесь открыла для него труды Дж. Буля. Диплом бакалавра по математике и электротехнике Клод получил в 1936 г.
Его первым местом работы стала должность ассистента-исследователя в технологическом университете Массачусетcа. Научную деятельность Клод вёл в качестве оператора механического компьютерного устройства, созданного его учителем В. Бушем.
Глубоко вникнув в концептуальные научные разработки Буля, Шеннон понял возможность их практического применения. Защитив магистерскую диссертацию в 1937 г., которую курировал Фрэнк Л. Хичкок, он перешёл в известную Bell Telephone Laboratories, где выпустил материал по символическому анализу в схемах переключения и с задействованием реле.
Он был размещён на страницах специального журнала институтом инженеров-электриков в США (1938 г.).
Основные положения статьи раскрыли усовершенствование маршрутного посыла телефонного вызова, благодаря замене реле электромеханического типа на переключающую схему. Молодой учёный обосновал концепцию о возможности решения применением схем всех задач Булевой алгебры.
Эта работа Шеннона получила Нобелевскую премию в области электрической инженерии (1940 г.) и стала основой для создания логических цифровых схем в электрических цепях. Этот магистерский труд стал настоящим научным прорывом ХХ века, положив начало созданию электронной вычислительной техники современного поколения.
Буш рекомендовал Шеннону заняться диссертацией на получение степени доктора математических наук. Серьёзное внимание им было уделено математическим исследованиям в тесной связи с генетическими законами наследственности известного Менделя. Но эта работа так и не получила должного признания и впервые была опубликована только в 1993 г.
Немало сил учёным было отдано построению математического фундамента для различных дисциплин, особенно информационных технологий. Этому способствовало его общение с видным математиком Г. Вейлем, а также Дж. Фон Нейманом, Энштейном, Гёделем.
Военный период
С весны 1941 г. до 1956 г. Клод Шеннон работает на оборону США, разрабатывая управление огнём и обнаружение врага при ведении противовоздушной обороны. Он создал устойчивую межправительственную связь президента США с английским премьером.
Национальной премии в области научных исследований он был удостоен за свой доклад об организации двухполюсных переключающих цепей (1942 г.).
Учёный заинтересовался идеями англичанина Тьюринга по шифрованию речи (1943 г.), и уже в 1945-м выпустил работу об усреднении данных и прогнозировании для систем управления огнём. Его соавторами стали Ральф Б. Блэкмен и Х. Боде. Смоделировав специальную систему, обрабатывающую информацию и спецсигналы, они положили начало информационному веку.
Секретный меморандум К. Шеннона в области математической теории криптографии (1945 г.) доказал, что криптография и теория связи – неразделимы.
Послевоенный период
Это время ознаменовано его меморандумом о теории связи с математической точки зрения (1948 г.) в части кодировки передаваемых текстов.
Дальнейшая работа Шеннона вплотную связана с информационной теорией в области разработки игр, в частности колеса рулетки, машины, читающей мысли, а также машины по сбору кубика Рубика.
Учёный воплотил идею, позволяющую сжать информацию, которая позволяет избежать её потерю при распаковке.
Учёный создал школу, где периодически вёл семинары, где учил студентов находить новые подходы к решению тех или иных задач.
Известны его научные исследования в области финансовой математики. Среди них, электрическая цепь денежного течения в американских пенсионных фондах и обоснование выбора портфеля инвестиций при распределении денежных активов.
Многие сравнивают популярность Клода Шеннона с Исааком Ньютоном.
После 1978 г., на пенсии он занялся теорией жонглирования и сконструировал специальную машину.
Сборник своих статей Клод Шеннон выпустил в 1993 году, куда вошли 127 его научных работ.
Завершающий жизненный этап
Последние годы он провёл в Массачусетском доме-интернате из-за болезни Альцгеймера. Здесь, по заверению его жены Мэри Элизабет, Клод участвовал в исследованиях по изучению способов её лечения.
Вся семья постоянно находилась рядом с ним. Смерть наступила 24.02.2001 г.
У Шеннона остались единственная жена, брак с которой продлился с марта 1949 г. У них родились трое детей Роберт, Андрю, Маргарита.
Читайте также: