香农——信息时代之父,今年1100100诞辰

 

原文作者, SIOBHAN ROBERTS , 科学新闻工作者。

译文作者,斜风细雨,哆嗒数学网翻译组成员,大学教师。

 

 

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12年前加利福尼亚理工学院的数学家、工程师,罗伯特·麦克利斯获得了得香农奖。在芝加哥一个国际论坛上,他发表获奖感言时,他介绍了香农其人。香农于2001年去逝。

 

麦克利斯设想几千年以后,第166卷银河百科全书(艾萨克·阿西莫夫第一个构想)将包含以下传记:

 

克劳德·香农:公元1916年生于地球(第三太阳行星)。被认为是信息时代之父,他于公元1948年提出了信道容量的公式。经过数学家和工程师的数十年努力,所设计的可靠通信系统,其数据速率达到香农极限的百分之一。

 

 

某些时候,在百科全书中的较为简单直白的词条与其含义并不相符。信道容量这一平淡的词是指:在给定媒体中,在不丢失完整性的情况下,可在其中传输数据的最大速率。香农极限是可知的,与电话线到光缆的差别不同(传输速率提高了很多),香农极限更像绝对零度和光速一样,在现实世界中是极难达到的。但是香农的巨大突破并不仅仅是提出了一种计算这一极限的方法。首先,也是最重要的,他提出了将信息进行量化的概念。1948年在其传奇论文“通信中的数学理论”中,香农提出了应用“比特”(离散的“0”和“1”)对数据进行测量,香农将发明这个词的荣誉归功于约翰·图基,当时在贝尔实验室工作的他将二进制数(binary digit)缩写为比特(bit)。

 

《信息》的作者詹姆斯·格雷克在投稿前告诉我:“将香农与爱因斯坦进行对比更有意义。爱因斯坦贡献突出,地位显赫。但我们并没生活在相对论时代,而是生活在信息时代。正是香农,在我们所拥有的电子设备中,在我们注视的每一个计算机屏幕上,以及所有数字通信的方法中都留下了他的印迹。他是这样一个人:他改变了世界,而且在更改以后,旧世界已经被人们彻底遗忘。”格雷克说:“那个旧世界将信息看作是模糊的不重要的,只是图书馆中信息架上的某些陈列。而香农的新世界中,强调信息,信息是随处可见的。”麻省理工的电子工程师/副教授大卫·福尔内说“他重新建造了一个全新的世界,从宙斯的额头开始”。“比特”马上就轰动了,科学家尝试用比特测量鸟的叫声、人类的语言和神经脉冲。(1956年香农写了一篇名为《时尚》的文章反对这一现象)

 

虽然香农主要工作在模拟技术,还是有人提议他为数字时代之父。他的启蒙思路不只来源于他1948年的文章,同时还包含他十年前发表的硕士论文。这一论文将乔治·布尔19世纪的布尔代数(基于由二进制“0”“1”代表的“真”“假”值变量)与电子电路中的中继与交换结合起来。计算机科学家及历史浑家荷曼·哥斯廷将这一论文称之为:“目前所写出的最重要的硕士论文之一。”并认为“论文从艺术到科学上改变了电路的设计。”贝尔实验退休数学家尼尔·斯洛那也赞同这一观点,他是香农论文集的编辑,同时也是“整数序列在线百科全书(OEIS)”的发起人。斯洛那说:“当然,香农的工作属于通信理论,没有他我们现在可能是在等我们的电报。”他说“但是对于电路设计来说,似乎是香农的极大爱好,他喜欢小机器,他也喜欢焊接。”

 

例如,香农曾经建造了一台可以用罗马数字进行算术运算的计算机,并命名为THROBAC I。(Thrifty Roman-Numeral Backward-Looking Computer后向简洁罗马数字计算机),他还建造了火焰喷射喇叭和火箭驱动飞盘。他建造了自动下棋机器人,可在对手行棋后给出奇妙的评论。在后来人工智能先驱马文·闵斯基的启发下,他设计了一个被称为“终结机器”的机器人。当你把开关拨到“开”,盒子打开并伸出一个机械手,它把开关拨回到“关”,然后机械手缩回到盒子里去。在马萨诸塞州温彻斯特香农的家中(香农称为“熵宅”)堆满了他的小发明,他的车库中存放了至少30辆奇特的独轮车,一个没有脚蹬的独轮车,一个是方形的轮胎的独轮车,一个特为两个人骑的独轮车。他所考虑的问题有:任何人都可以骑的最小的独轮车是什么样的?“他已经建造了几个非常小的独轮车” 伯克里大学的退休数学教师,同时也是香农最后一篇论文的合作者埃尔温·伯利坎普告诉我,香农是伯利坎普论文答辩委员会成员,他向伯利坎普请教怎么玩四个球。“他说自己的手太小,确实如此,他的手确实比其他人的小一些,所以他在开始的时候,很难握住四个球。” 伯利坎普说。他后来掌握了这一技能,并进一步用他的杂技表来进行测量。“他是现实的黑客”数字哲学家安布尔·凯斯说。

 

1960年,如同那顽皮盒子里的那支手一样,香农退休了。他不再参与他所创建的那个领域时的任何活动,写作也很少。他仍然在焊接,那些时间他本可在追求那些周围科学家正在追求的更大荣誉。1973年,在以色列的阿什凯隆召开的信息论国际研讨会上,国际电子电器工程师学会命名了香农奖,并把这一奖项授于香农本人。香农正在遭受严重的神经疾病,他打起精神做了一个精彩的演讲作为回报,很快又回到原来的状态。1985年,在英国布莱顿的国际研讨会上,香农奖授于南加利福尼亚大学的所罗门·格罗姆。后来,格罗姆从回忆他前天的一个恶梦开始了他的演讲:他梦见将要进行自己的演讲,而在前排的除了香农之外的专家应当起身。但是,就在格罗姆本人的前边,就是香农本人。他的又一次出现(包括在宴会上的小插曲)成了这次研讨会的一个话题,但他根本没有到会。

 

 

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