计算机人物 | 信息世界的祖师爷香农,到底有多神?

计算机人物 | 信息世界的祖师爷香农,到底有多神?

本文核心观点
21 岁定义数字电路,32 岁定义信息论。"比特"这个词就是香农发明的。没有他,就没有今天的计算机和 AI。

计算机人物 | 信息世界的祖师爷香农,到底有多神?

比特币的"比特",就是他发明的

1916年4月30日,第一次世界大战激战正酣。

这一天,美国密歇根州佩托斯基镇一个家庭添了男婴。父亲是当地的法官,母亲是高中校长。法官给儿子取了和自己一模一样的名字:Claude Elwood Shannon。

他还有个远房表兄弟,叫爱迪生。两个人都是同一位祖先 John Ogden(1609-1682)的后代。

香农小时候就喜欢搞发明,做过电报机、电动船,还有会动的机械动物。

21岁的硕士论文

1936年,香农从密歇根大学本科毕业,拿了数学和电子工程两个学位。然后进MIT读电气工程硕士。

1937年,他写了一篇硕士论文,题目叫《继电器和开关电路的符号分析》。

论文证明了一件事:所有的逻辑(加减乘除、判断真假、控制流程),都可以用电子开关来实现。这套证明用的数学工具叫布尔代数,是19世纪英国数学家 George Boole 发明的。

听起来很学术,意思其实很实在:从那以后,造一台"会算东西"的机器,不再需要齿轮,不再需要复杂的继电器组合,只要电子开关按布尔代数的规律连起来,就能算。

这篇论文后来被叫作"数字时代的出生证明"。今天电脑能算账、能下棋、能放视频,都是从这篇论文开始的。

香农那年 21岁

然后他突然跨界,去搞生物学了

本以为他会接着做电子工程。结果两年后,他突然换了方向。

他这次研究的不是电子工程,是生物遗传学。博士论文叫《理论遗传学的代数学》(An Algebra for Theoretical Genetics)。

最后他拿到的,是MIT的数学博士。

1943年,跟图灵在咖啡厅聊天

1941年香农加入贝尔实验室,做的是战争相关的密码学:研究火力控制系统、追踪纳粹德国的飞机和火箭、推导丘吉尔和罗斯福那条专线(X系统)的安全性。

1943年初,英国数学家、密码学家 Alan Turing 访问贝尔实验室。两个人都做密码学,但都是绝密项目,谁也不能跟谁说。聊不了正事,就在咖啡厅喝茶时聊起了"会思考的机器",也就是后来的AI。

香农跟图灵说,他不只想往机器里塞数据,还想给机器灌点文化进去。

图灵当场震惊,惊呼:"He wants to put music in it!"(他想给机器来点音乐!)

32岁,他发明了"比特"

1948年,香农那篇改变世界的论文写出来了:《通信的数学理论》(A Mathematical Theory of Communication)。

这篇论文给信息论奠了基。在这之前,"信息"这个词还停在哲学里。大家说"我得到了一些信息",没人能算出这到底是多少。

香农这篇论文做了三件事。

头一次把"信息"变成数学。举个例子:如果我告诉你"地球是圆的",信息量是0,等于一句废话。如果我告诉你"我家后院的树下埋了一百万美金",信息量就很大。这两件事的"信息量差别",可以用一个公式算出来。

定义了比特(bit)这个单位。今天手机32GB、网速100Mbps、比特币里的"比特",凡是跟"信息量"沾边的词,都是从这里出来的。

证明了一条通信线路能传多少信息有上限。在上限之内,可以做到几乎无错传输。这条定理叫香农信道容量。直到今天的5G,全世界搞通信的工程师还在朝这条公式逼近极限。

那年香农 32岁

1950年,会"学"的电动老鼠

1950年,香农做了一只电动老鼠,叫 Theseus。它会自己走迷宫,撞墙就退,找到出口;再遇到同一个迷宫,它直接走最优路径,不再瞎试。

这是世界上最早能"学"东西的机器之一

同年他还写了《编程让计算机下国际象棋》。当时没有计算机能真跑那套算法,但论文里评估函数minimax搜索两个概念,后来成了所有棋类AI的基础。AlphaGo的算法源头就在这里。

1956年,新罕布什尔州达特茅斯学院开了一场夏季研讨会。人工智能(Artificial Intelligence)这个词,是在这场会上第一次被人写下来的。四个发起人:麦卡锡、明斯基、IBM的Nathaniel Rochester、香农。

在贝尔实验室骑独轮车的那个人

贝尔实验室的同事经常在走廊里碰上香农。他骑着独轮车,手上还在玩三只球的杂耍。同事都习以为常。

他做的奇怪东西不止这一件。

跟数学家 Edward Thorp 一起,他做过一个能藏在身上、用脚趾按按钮的小盒子,专门用来算轮盘赌结果。两个人真的拿去赌场用过,赢了钱

1973年,IEEE 设立了一个奖,叫"Claude E. Shannon Award"。第一届的获奖人是谁?香农本人。等于他得了一个以自己名字命名的奖。

1985年,他在英国 Brighton 的国际信息论研讨会上突然现身。年轻学者激动到不敢相信自己亲眼看见了"信息论的祖师爷"。然后香农又干了一件事:他在会场里表演起了抛物杂耍。

最有意思的是1986年8月11日。那天的《巴伦周刊》汇总了1026家共同基金的近期表现,做了个排名。

第一名:香农。

不是某家基金,是香农本人。这位写出"数字时代出生证明"和"信息时代大宪章"的科学家,业余时间炒股,把1025家专业基金压在身后。

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