کلود شانون

کلود شانون
متولد	۱۰ اردیبهشت ۱۲۹۵ ۳۰ آوریل ۱۹۱۶ پتوسکی، میشیگان
مرگ	۶ اسفند ۱۳۷۹ ۲۴ فوریه ۲۰۰۱ (۸۴ سال) مدفورد، ماساچوست
ملیت	ایالات متحده آمریکا
رشته فعالیت	ریاضیات و مهندسی برق (الکترونیک)
محل کار	آزمایشگاه‌های بل و مؤسسه فناوری ماساچوست
دلیل شهرت	پدر نظریه اطلاعات
جوایز	مدال افتخار انجمن مهندسان برق و الکترونیک (۱۹۶۶)
دین	خداناباور

کلود اِلوود شانون (به انگلیسی: Claude Elwood Shannon)‏‏(۱۰ اردیبهشت ۱۲۹۵ خورشیدی تا ۶ اسفند ۱۳۷۹)، ریاضی‌دان، مهندس الکترونیک و رمزنگار معروف آمریکایی است که به عنوان پدر نظریه اطلاعات شناخته می‌شود.

معروفیت شانون بدان جهت است که با مقاله‌ای که در سال ۱۹۴۸ منتشر کرد، نظریه اطلاعات را بنیان نهاد. اما همچنین معروف است که شانون در سال ۱۹۳۷، هنگامی که در سن ۲۱ سالگی به عنوان دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه‌ام آی تی مشغول به تحصیل بوده است، نظریه رایانه‌های دیجیتال و مدارهای دیجیتال را پایه گذاری کرده است. وی پایان نامه خود نشان داد که با پیاده سازی الکتریکی منطق دو دویی (جبر بولی)، می‌توان هرگونه مسئله منطقی و روابط عددی را حل کرد. چنین ادعا شده است که پایان نامه مذکور، مهمترین پایان نامه کارشناسی ارشد در طول تاریخ بوده است. در زمان جنگ جهانی دوم، شانون به پژوهش در زمینه رمزکاوی اشتغال داشته و بعد از جنگ به کار بر روی رمزشکنی روی آورده است.

سال‌های نخست زندگی

شانون در شهر پِتاسکی در ایالت میشیگان متولد شد. پدر وی یک کاسب ساده و مادرش یک معلم زبان بود. ۱۶ سال نخست زندگی شانون در شهر گِیلارد ایالت میشیگان سپری شد. وی در همان جا به مدرسه رفته و در سال ۱۹۳۲ از دبیرستان دولتی آنجا فارغ التحصیل می‌شود. شانون در سال‌های نخست زندگی به وسایل مکانیکی علاقه نشان می‌داد. وی در مدرسه بهترین نمره‌ها را از دروس علوم و ریاضیات کسب می‌کرد و همزمان در خانه چیزهایی مانند هواپیمای مدل، قایق‌های کنترل از راه دور و تلگرافی که وی را به خانه دوستش در یک کیلومتری متصل می‌کرد، می‌ساخت. همچنین او برای شرکت وسترن یونیون پیغام رسانی نیز می‌کرد. قهرمان دوران کودکی او توماس ادیسون بود که وی بعدها متوجه شد که بستگی دوری هم با وی دارد.

نظریه بولی

شانون در ۱۹۳۲ وارد دانشگاه میشگان شد. و در سال ۱۹۳۶ با مدرک کارشناسی در رشته ریاضیات و مهندسی برق از آن دانشگاه فارغ التحصیل می‌گردد. مدتی بعد برای ادامه تحصیل به دانشگاه‌ام آی تی می‌رود و در آنجا به پژوهش بر روی دستگاه تحلیلگر تفاضلی یا همان رایانه آنالوگ ساختهٔ ونوار بوش می‌پردازد

تصویر کلود شانون و موش الکترومکانیکی معروفش تسئوس، در حال انجام آزمایش مسیر یابی درون یک هزارتو. این آزمایش یکی از نخستین تجارب بشر در پیاده سازی هوش مصنوعی است.

هنگامی که وی بر روی مدارهای پیچیده اد هاک دستگاه تحلیلگر تفاضلی کار می‌کرد، متوجه شد که مفاهیم منطق بولی می‌تواند در ماشین‌های حسابگر بسیار مفید باشد. مقاله‌ای که حاصل از پایان نامه کارشناسی ارشد وی در سال ۱۹۳۷ بود تحت عنوان "یک تحلیل نمادین از مدارهای رله و سوئیچ زنی" (به انگلیسی: A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits)‏، در سال ۱۹۳۸ در نشریه (به انگلیسی: Transactions of the American Institute of Electrical Engineers)‏ به چاپ رسید. که این سبب شد، شانون جوان در سال ۱۹۴۰ برنده جایزه آلفرد نوبل شود.

ویکتور شستاکوف، از دانشگاه ایالتی موسکو، یک نظریه در مورد سوئیچ‌های الکتریکی بر پایهٔ منطق بولی قبل از شانون در سال ۱۹۳۵ پیشنهاد داده بود، اما اولین انتشار از نتایج شستاکوف در سال ۱۹۴۱ و بعد از انتشار تز شانون اتفاق افتاد.

در این راستا، شانون ثابت کرد که جبر بولی و ریاضیات دودویی می‌تواند برای ساده کردن چیدمان رله‌های الکترومکانیکی استفاده شود و سپس از آن در سوئیچ‌های مسیریابی تلفنی استفاده کرد. سپس مفاهیم را گسترش داد و ثابت کرد که این امکان وجود دارد که از چیدمان رله‌ها برای حل مسائل جبر بولی استفاده کند. بهره برداری از این خصوصیت سوئیچ‌های الکتریکی برای انجام اعمال منطقی، پایهٔ مفهومی تمامی کامپیوترهای دیجیتال الکترونیکی است. کارهای شانون بنیاد طراحی مدارهای دیجیتال شد.

در سال ۱۹۴۰ شانون وارد موسسهٔ مطالعات پیشرفته در پرینستون شد. در پرینستون، شانون فرصت داشت تا ایده‌هایش را با دانشمندان پر نفوذ و ریاضیدانانی چون هرمن ویل، جان ون نیومن و حتی گه گاهی با آلبرت اینشتین به بحث بگذارد. شانون آزادانه بین رشته‌های مختلف حرکت می‌کرد و شروع کرد به شکل دادن ایده‌ای که بعدها نظریهٔ اطلاعات نام گرفت.

کارهای بعد از جنگ

در سال ۱۹۴۸ شانون مقالهٔ در دو بخش انتشار داد با نام "یک نظریهٔ ریاضیاتی از ارتباطات". در این مقاله بر روی این مسئله تمرکز می‌کرد که بهترین کد کردن اطلاعات که فرستنده قصد مخابرهٔ آن را دارد چیست. در این کار اساسی او از ابزارهایی در نظریهٔ احتمال که به وسیلهٔ نوربرت وینر گسترش داده شده بود استفاده کرد که این کار مراحل اولیهٔ تولد نظریهٔ ارتباطات در آن زمان بود. شانون مفهوم آنتروپی اطلاعات را به عنوان یک معیار اندازه برای تردید در رسیدن یک پیام گسترش داد. بعدها در سال ۱۹۵۱ سهم بنیادین نظریهٔ اطلاعات در پردازش زبان‌های طبیعی و زبان شناسی محاسباتی طی مقالهٔ "پیش بینی و آنتروپی چاپی انگلیسی" شکل گرفت که در آن شانون ثابت کرده بود که رفتار "فضای خالی" به عنوان بیست و هفتمین حرف حروف الفبای انگلیسی در واقع عدم اطمینان را در زبان نوشتاری کاهش می‌دهد که یک پیوند قابل سنجش بین فرهنگ نوشتاری و شناخت احتمالاتی ایجاد می‌کرد.

مقالهٔ قابل ذکر دیگر که در سال ۱۹۴۹ با نام "نظریهٔ ارتباطات سیستم‌های محرمانه" منتشر شد، یک نسخهٔ طبقه بندی شده از کارهای زمان جنگ او بر روی نظریهٔ ریاضیاتی رمزنگاری بود که در آن ثابت کرده بود همهٔ رمزهای به لحاظ نظری ناشکستنی، باید الزامات رمزنگاری one time pad را داشته باشند. او همچنین با معرفی نظریهٔ نمونه برداری که در مورد نمایش زمان-پیوستهٔ سیگنال از یک مجموعهٔ یکسان از نمونه‌های گسسته بود اعتبار بیشتری بدست آورد. این نظریه از ضروریات تبدیل ارتباطات تلفنی از آنالوگ به دیجیتال در سال ۱۹۶۰ و بعد از آن به شمار می‌آید.

سرگرمی‌ها و اختراعات

خارج از فعالیت‌های آکادمیک، شانون علاقه به تردستی و همچنین شطرنج داشت. او همچنین وسائل زیادی اختراع کرد. وسایلی چون بشقاب پرندهٔ مجهز به موشک. یکی از وسایلی که ساخته بود جعبه‌ای بود که ماشین نهایی نامیده می‌شد و یک کلید در کنار آن وجود داشت و هنگامی که کلید زده می‌شد یه بازوی مکانیکی از درون جعبه بیرون می‌آمد و کلید را خاموش می‌کرد و سپس به داخل جعبه باز می‌گشت. او همچنین وسیله‌ای را ساخت که می‌توانست پازل مکعب رابیک را حل کند.

موش شانون

در سال ۱۹۵۰ شانون یک موش مغناطیسی که به وسیلهٔ مدارهای رله کنترل می‌شد اختراع کرد که قادر بود بین یک هزارتوی ۲۵ مربعی حرکت کند. ابعاد آن به اندازهٔ یک موش واقعی بود. پیکربندی این موش انعطاف پذیر بود. موش برای این طراحی شده بود که بین کوریدورها حرکت کند و هدف را پیدا کند، سپس این موش هر کجای این راهروها که قرار داده می‌شد می‌توانست با توجه به تجربهٔ قبلی مسیر خود را به هدف مستقیماً پیدا کند. اگر موش در یک جای ناشناخته قرار می‌گرفت طوری برنامه ریزی شده بود که برای یافتن یک مکان آشنا جستجو کند و سپس از آنجا به سمت هدف حرکت کند. در این حین موش دانش جدیدی به حافظه‌اش اضافه می‌شد که همان مکان ناشناخته بود. موش شانون به عنوان اولین وسیلهٔ با قابلیت یادگیری از این نوع بود.

برنامهٔ شطرنج کامپیوتری شانون

درسال ۱۹۵۰ شانون یک مقالهٔ پیشگامانه در زمینهٔ شطرنج کامپیوتری رائه داد به نام "برنامه ریزی یک کامپیوتر برای شطرنج بازی کردن". او تشریح کرد که یک ماشین چگونه می توند یک بازی شطرنج قابل قبول بازی کند. کاری که او برای تصمیم گیری اینکه کامپیوتر چه حرکتی را انجام دهد کرد، بر پایهٔ رویهٔ مینیماکس بود که بر اساس یک تابع ارزشیابی بر روی یک موقعیت از صفحهٔ شطرنج اعمال می‌شد.

اصل شانون

شانون یک نسخه از اصل کرشهف را با عنوان "دشمن سیستم را می‌شناسد" فرموله کرد. این فرمول با نام "اصل شانون" شناخته می‌شود. همچنین شاید معروف ترین قانونی که با نام قانون شانون مطرح است، فرمول حداکثر توان ارسال اطلاعات در یک شبکهٔ نویز دار باشد که طی آن شانون ثابت کرد که سرعت ارسال اطلاعات در یک کانال با نویز N و پهنای باند W و سیگنال P بر حسب هرتز، نمی‌تواند از C بیشتر باشد که C بر حسب بیت بر ثانیه است و از فرمول شانون که در زیر آمده است بدست می‌آید. در ضمن واحد بیت بر ثانیه برای سنجش سرعت ارسال اطلاعات واحدی بود که شانون اولین بار از آن استفاده کرد. به نسبت $\frac{P}{N}$ نسبت سیگنال به نویز هم گفته می‌شود. $C=W \times \log_2 (1+\frac{P}{N})$ این قانون نشان می‌دهد که اگر کانال بدون نویزی وجود داشته باشد، سرعت ارسال اطلاعات در آن بینهایت خواهد بود. امروزه اندازه گیری اطلاعات ارسال شده بر روی یک کانال بر حسب بیت بر ثانیه می‌باشد.

وفات

شانون در سال ۲۰۰۱ پس از چند سال تحمل بیماری آلزایمر وفات کرد.

پیوند به بیرون

• «منبع جعبه زندگی‌نامه» ‎(انگلیسی)‎. ویکی‌پدیای انگلیسی. بازبینی‌شده در ۱۰ دسامبر ۲۰۰۸.