Клод Элвуд Шеннон (Shannon) ( - ) - американский инженер и математик. Человек, которого называют отцом современных теорий информации и связи.
Клод Шеннон родился в 1916 году и вырос в городе Гэйлорде штата Мичиган. Еще в детские годы Клод познакомился как с детальностью технических конструкций, так и с общностью математических принципов. Он постоянно возился с детекторными приемниками и радиоконструкторами, которые приносил ему отец, помощник судьи, и решал математические задачки и головоломки, которыми снабжала его старшая сестра Кэтрин, ставшая впоследствии профессором математики.
Будучи студентом Мичиганского университета, который он окончил в году, Клод специализировался одновременно и в математике, и в электротехнике. Эта двусторонность интересов и образования определила первый крупный успех, которого Клод Шеннон достиг в свои аспирантские годы в Массачусетском технологическом институте. В своей диссертации, защищенной в году, он доказал, что работу переключателей и реле в электрических схемах можно представить посредством алгебры, изобретенной в середине XIX века английским математиком Джорджем Булем. "Просто случилось так, что никто другой не был знаком с этими обеими областями одновременно!" - так скромно Шеннон объяснил причину своего открытия.
В 1985 году Клод Шеннон со своей супругой Бетти посещает Международный симпозиум по теории информации в Брайтоне. Шеннон довольно долго не посещал международные конференции, и сначала его даже не узнали. На банкете Клод Шеннон дал короткую речь, пожонглировал всего тремя мячиками, а затем раздал сотни и сотни автографов изумленным его присутствием ученым и инженерам, отстоявшим длиннейшую очередь, испытывая трепетные чувства по отношению к великому ученому, сравнивая его с сэром Исааком Ньютоном .
Он был разработчиком первой промышленной игрушки на радиоуправлении, которая выпускалась в 50-е годы в Японии (фото). Также он разработал устройство, которое могло складывать кубик Рубика (фото), мини компьютер для настольной игры Гекс , который всегда побеждал соперника (фото), механическую мышку, которая могла находить выход из лабиринта (фото). Также он реализовал идею шуточной машины «Ultimate Machine» (фото).
Работа Шеннона «Теория связи в секретных системах» (1945) с грифом «секретно», которую рассекретили и опубликовали только лишь в 1949 году, послужила началом обширных исследований в теории кодирования и передачи информации, и, по всеобщему мнению, придала криптографии статус науки. Именно Клод Шеннон впервые начал изучать криптографию, применяя научный подход. В этой статье Шеннон определил основополагающие понятия теории криптографии, без которых криптография уже немыслима. Важной заслугой Шеннона является исследования абсолютно стойких систем и доказательство их существования, а также существование криптостойких шифров, и требуемые для этого условия. Шеннон также сформулировал основные требования, предъявляемые к надежным шифрам. Он ввёл ставшие уже привычными понятия рассеивания и перемешивания, а также методы создания криптостойких систем шифрования на основе простых операций. Данная статья является отправным пунктом изучения науки криптографии.
Категории:
Wikimedia Foundation . 2010 .
Клод Шеннон краткая биография и интересные факты из жизни американского инженера, криптоаналитика и математика, отца информационного века, изложены в этой статье.
Клод Элвуд Шеннон появился на свет 30 апреля 1916 года в городке Петоцки, штат Мичиган. Его отец был юристом, а мать преподавала иностранные языки. В 1932 году юноша окончил среднюю школу и параллельно обучался на дому. Отец Клода постоянно покупал сыну радиолюбительские наборы и конструкторы, содействуя его техническому творчеству. А старшая сестра проводила ему углубленные занятия математикой. Поэтому любовь к технике и математике была очевидной.
В 1932 году будущий ученый поступает в университет Мичигана. Окончил учебное заведение в 1936 году со степенью бакалавра по математике и электротехнике. В университете он прочитал работы «Логическое исчисление» и «Математический анализ логики» автора Джорджа Буля, которые во многом определили его будущие научные интересы.
Вскоре его пригласили на работу в Массачусетский технологический институт на должность ассистента-исследователя в лаборатории электротехники. Шеннон работал над модернизацией аналогового компьютера, дифференциального анализатора Ванневара Буша.
В 1936 году Клод решил поступать в магистратуру, и годом позже написал диссертацию. На ее основе выдает статью под названием «Символьный анализ реле и переключательных схем», опубликовал ее 1938 году в журнале Американского института инженеров-электриков. Его статья заинтересовала научное электротехническое сообщество и в 1939 году ему присудили Премию им. Альфреда Нобеля. Не окончив магистерскую диссертацию, Шеннон начал работу над докторской работой по математике, затрагивая задачи генетики. Она называлась «Алгебра для теоретической генетики».
В 1941 году, в возрасте 25 лет, он стал работать в математическом отделении научно-исследовательского центра «Bell Laboratories». В Европе в это время начались военные действия. Америка финансировала исследования Шеннона в области криптографии. Он являлся автором анализа зашифрованных текстов при помощи информационно-теоретических методов. Ученый в 1945 году завершает большой секретный отчет «Математическая теория криптографии».
В своих исследованиях ученый подготовил концепции по теории информации. В 1948 году Шеннон опубликовал труд «Математическая теория связи», в которой математическая теория предстала как приемник информации и канал связи для ее передачи. Осталось только все перевести на более простой язык и донести свои наработки человечеству. Клод Шеннон ввел такое понятие информационной энтропии, которое обозначает величину, единицу информации. Ученый рассказывал, что данный термин ему посоветовал использовать математик . Клод Шеннон создал 6 концептуальных теорем, которые являются фундаментом его теории информации:
В 1956 году ученый прекращает работу в «Bell Laboratories» и занимает должность профессора сразу на двух факультетах технологического института в Массачусетсе: электротехническом и математическом.
Когда ему исполнилось 50 лет, он перестает заниматься преподавательской деятельностью и всего себя посвящает любимым хобби. Он создал одноколесный велосипед с 2-мя седлами, роботов, которые собирают кубик Рубик и жонглируют шарами, складной нож с большим количеством лезвий. В 1965 году он посетил СССР. А в последнее время Клод Шеннон сильно болел и умер в феврале 2001 году от недуга Альцгеймера в массачусетском доме престарелых.
Любовь к науке была привита Шеннону его дедушкой. Дед Шеннона был изобретателем и фермером. Он изобрёл стиральную машину вместе с многой другой полезной в сельском хозяйстве техникой
Подростком он работал посыльным в Western Union.
Он увлекался игрой на кларнете , слушал музыку и читал поэзию.
Шеннон женился 27 марта 1949 года, на Мэри Элизабет Мур Шеннон, с которой познакомился в «Bell Labs». Она работала там аналитиком. У супругов родилось трое детей: Андрю Мур, Роберт Джеймс и Маргарита Катерина.
Клод Шеннон на выходных любил сгонять в Лас-Вегас вместе со своей женой Бетти и коллегой, дабы поиграть в блэкджек. Шеннон со своим другом даже спроектировали первый в мире wearable-компьютер, занимающийся «подсчетом карт».
Занимался разработкой устройств, которые обнаруживали самолеты противника и наводили на них зенитные установки. Также он создал криптографическую систему для правительства США, обеспечивающею тайность переговоров Рузвельта и Черчилля.
Любил играть в шахматы и жонглировать. Свидетели его молодости в Bell Laboratories вспоминали, как он разъезжал по коридорам фирмы на одноколесном велосипеде, при этом жонглируя мячами.
Он создал одноколесный велосипед с двумя седлами, складной нож с сотней лезвий, роботов, собирающих кубик Рубика, и робота, жонглирующего шарами.
Шеннон, по собственным словам, был аполитичным человеком и атеистом.
Клод Элвуд Шеннон (англ. Claude Elwood Shannon; 30 апреля 1916, Петоцки, Мичиган, США - 24 февраля 2001, Медфорд, Массачусетс, США) - американский инженер, криптоаналитик и математик. Cчитается «отцом информационного века».
Является основателем теории информации, нашедшей применение в современных высокотехнологических системах связи. Предоставил фундаментальные понятия, идеи и их математические формулировки, которые в настоящее время формируют основу для современных коммуникационных технологий. В 1948 году предложил использовать слово «бит» для обозначения наименьшей единицы информации (в статье «Математическая теория связи»). Кроме того, понятие энтропии было важной особенностью теории Шеннона. Он продемонстрировал, что введенная им энтропия эквивалентна мере неопределённости информации в передаваемом сообщении. Статьи Шеннона «Математическая теория связи» и «Теория связи в секретных системах» считаются основополагающими для теории информации и криптографии. Клод Шеннон был одним из первых, кто подошел к криптографии с научной точки зрения, он первым сформулировал ее теоретические основы и ввел в рассмотрение многие основные понятия. Шеннон внес ключевой вклад в теорию вероятностных схем; теорию игр; теорию автоматов и теорию систем управления - области наук, входящие в понятие «кибернетика».
Клод Шеннон родился 30 апреля 1916 года в городе Петоцки (штат Мичиган, США). Отец его, Клод-старший (1862-1934), был бизнесменом, добившимся успеха своими собственными силами, адвокатом и в течение некоторого времени судьей. Мать Шеннона, Мейбел Вулф Шеннон (1890-1945), была преподавателем иностранных языков и впоследствии стала директором Гэйлордской средней школы. Отец Шеннона обладал математическим складом ума и давал себе отчёт в своих словах. Любовь к науке была привита Шеннону его дедушкой. Дед Шеннона был изобретателем и фермером. Он изобрел стиральную машину вместе с многой другой полезной в сельском хозяйстве техникой. Томас Эдисон был дальним родственником Шеннонов.
Первые шестнадцать лет своей жизни Клод провел в Гэйлорде (Мичиган), где в 1932 году закончил Гэйлордскую общеобразовательную среднюю школу. В юности он работал курьером службы Western Union. Молодой Клод увлекался конструированием механических и автоматических устройств. Он собирал модели самолетов и радиотехнические цепи, создал радиоуправляемую лодку и телеграфную систему между домом друга и своим домом. Временами ему приходилось ремонтировать радиостанции для местного универмага.
Шеннон, по собственным словам, был аполитичным человеком и атеистом.
В 1932 году Шеннон был зачислен в Мичиганский университет, где на одном из курсов познакомился с работами Джорджа Буля. В 1936 году Клод окончил Мичиганский университет, получив степень бакалавра по двум специальностям (математик и электротехник), и устроился в Массачусетский технологический институт (MIT), где работал ассистентом-исследователем. Он выполнял обязанности оператора на механическом вычислительном устройстве, аналоговом компьютере, называемом «дифференциальный анализатор», разработанным его научным руководителем Вэниваром Бушем. Изучая сложные, узкоспециализированные электросхемы дифференциального анализатора, Шеннон увидел, что концепции Буля могут получить достойное применение. После того, как он проработал лето 1937 года в Bell Telephone Laboratories, он написал основанную на своей магистерской работе того же года статью «Символический анализ релейных и переключательных схем». Необходимо отметить, что Фрэнк Лорен Хичкок контролировал магистерскую диссертацию, давал полезную критику и советы. Сама статья была опубликована в 1938 году в издании Американского института инженеров-электриков (AIEE). В этой работе он показал, что переключающиеся схемы могут быть использованы для замены схем с электромеханическими реле, которые использовались тогда для маршрутизации телефонных вызовов. Затем он расширил эту концепцию, показав, что эти схемы могут решить все проблемы, которые позволяет решить Булева алгебра. Также, в последней главе он представляет заготовки нескольких схем, например, 4-разрядного сумматора. За эту статью Шеннон был награждён Премией имени Альфреда Нобеля Американского института инженеров-электриков в 1940 году. Доказанная возможность реализовывать любые логические вычисления в электрических цепях легла в основу проектирования цифровых схем. А цифровые цепи - это, как известно, основа современной вычислительной техники, таким образом, результаты его работ являются одними из наиболее важных научных результатов ХХ столетия. Говард Гарднер из Гарвардского университета отозвался о работе Шеннона, как о «возможно, самой важной, а также самой известной магистерской работе столетия».
Клод Эльвуд Шеннон родился в Петоски, штат Мичиган (Petoskey, Michigan), 30 апреля 1916 года. Его отец, потомок первых поселенцев Нью-Джерси, был бизнесменом, а мать, дочь эмигрантов из Германии, учителем и в течение ряда лет - директором школы в Гэйлорде (Gaylord).
Первые 16 лет своей жизни Клод провел в Гэйлорде, окончив местную школу в 1932 году и показав при этом склонность к механике. Его любимыми предметами в школе были физика и математика, дома же он занимался конструированием моделей самолетов, радиоуправляемых корабликов и телеграфа для связи с жившим в полумиле другом. Телеграф этот использовал колючую проволоку, огораживающую местное пастбище. Необходимые для этих занятий деньги Клод зарабатывал, разнося газеты и телеграммы, а также ремонтируя радиоаппаратуру. Героем его детства был Эдисон, оказавшийся, как он потом узнал, дальним родственником - они оба были потомками Джона Огдена, одного из руководителей колонизации. Кроме того, список героев Клода включал множество ученых, таких как Ньютон, Дарвин, Эйнштейн и Фон Нейман.
В 1932 он поступил в университет Мичигана, следуя по стопам своей сестры Катерины, только что получившей там степень магистра по математике. В 1936 он стал бакалавром по электротехнике и математике; этот параллельный интерес к математике и инженерным специальностям он сохранил и в дальнейшем.
В 1936 он получил должность лаборанта на отделении электротехники в Массачусетском Технологическом Институте (Massachusetts Institute of Technology, знаменитый M.I.T.). Эта должность давала ему возможность продолжать обучение, работая лишь часть времени. Кроме того, эта работа идеально соответствовала его способностям и интересам - он работал на дифференциальном вычислителе Буша, наиболее совершенной вычислительной машине того времени, способной аналоговым образом решать дифференциальные уравнения вплоть до шестого порядка. Работа его заключалась в переводе уравнений в "механические термины", подготовка и запуск машины для различных начальных условий. Иногда этот процесс требовал совместной работы до пяти человек.
Интересной была также и электрическая цепь, управлявшая этим вычислителем, которая включала в себя более сотни реле. Работая с ней, Шеннон заинтересовался теорией построения таких цепей. Он изучал символическую логику и булеву алгебру на математических курсах в Мичигане и понимал, что это именно то, что требуется для описания таких бинарных систем. Он развил эти идеи в 1937 году, будучи в Нью-Йорке, в Лабораториях Белла (Bell Telephone Laboratories), и затем, вернувшись, в своей дипломной работе в Массачусетсе. Эта работа, первая из опубликованных им, привлекла значительное внимание и была выдвинута в 1940 году на премию имени Альфреда Нобеля, присуждаемую объединением инженерных обществ США.
Летом 1938 года он занимался исследовательской работой в Массачусетсе, и осенью был переведен с отделения электротехники на отделение математики, где начал работу над докторской диссертацией. Его начальник, Ванневэр Буш, стал в это время президентом Института Карнеги в Вашингтоне; одно из подразделений этого института, находящееся в Колд Спринг Харбор (Cold Spring Harbor, N.Y.), занималось тогда генетикой, и он посоветовал Шеннону заняться с точки зрения алгебры проблемой хранения генетической информации. Шеннон провел там лето 1939 года, работая с генетиком Барбарой Баркс (Barbara Burks) над диссертацией, которую он назвал "Алгебра в теоретической генетике" (руководителем диссертации со стороны M.I.T был профессор Фрэнк Л. Хичкок (Frank L. Hitchcock), занимавшийся алгеброй).
Примерно в это же время Шеннон занимался разработкой идей в области вычислительных машин и систем связи. В письме от 16 февраля 1939 г. он писал Бушу о зависимости между временем, пропускной способностью, шумом и искажениями в системах связи, а также о разработке вычислительных систем для выполнения символических математических операций.
Весной 1940 года он наконец защитил диссертации и получил звания магистра электротехники и доктора математики; летом он занимался дальнейшими исследованиями в области коммутирующих электрических цепей в Лабораториях Белла, разработав новый метод их проектирования, позволявший существенно сократить число контактов в них. Результаты этой работы были опубликованы в статье "Разработка двухконечных коммутирующих цепей ("The Synthesis of Two-Terminal Switching Circuits").
Академический год 1940-1941 гг. он провел в Принстоне под руководством Германа Вейла (Hermann Weyl), начав серьезно работать над своими идеями относительно теории информации и эффективных систем связи.
Торнтон С. Фрай (Thornton C. Fry), глава отделения математики в Лабораториях Белла, был в это время членом комитета по разработке систем управления зенитным огнем - страна вооружалась в связи с европейской войной; он предложил Шеннону также поработать на оборону. Вернувшись в Лаборатории, Шеннон присоединился к группе, разрабатывающей устройства для обнаружения самолетов и ракет противника и наведения зенитных орудий; задача эта была актуальной в связи с созданием в Германии ракет Фау-1 и Фау-2. Без этих систем наведения потери Англии в войне были бы существенно большими.
Шеннон провел 15 лет в Лабораториях Белла в достаточно хорошем окружении - в это время там работали многие первоклассные математики, такие как Джон Пирс (John Pierce), известный своей работой в области спутниковой связи, Гарри Найквист (Harry Nyquist), много сделавший в теории обнаружения сигналов, Хендрик Бод (Hendrik Bode), занимавшийся обратной связью, создатели транзистора Браттин, Бардин и Шокли (Brattain, Bardeen и Shockley), Джордж Стибиц (George Stibitz), создавший первый (1938 год) релейный компьютер; Барни Оливер (Barney Oliver), выдающийся инженер, и другие.
Все эти годы Шеннон работал в различных областях, главным образом - в теории информации, началом которой послужила его статья "Математическая теория связи" ("Mathematical Theory of Communication"). В этой статье было показано, что любой источник информации - телеграфный ключ, говорящий человек, телекамера и так далее - имеет "темп производства информации", который можно измерить в битах в секунду. Каналы связи имеют "пропускную способность", измеряемую в тех же единицах; информация может быть передана по каналу тогда и только тогда, когда пропускная способность не меньше темпа поступления информации.
Эта статья по теории связи обычно считается наиболее весомым вкладом Шеннона в науку.
Занятия Шеннона проблемами информации и шума имели множество различных приложений. К примеру, в статье "Теория защищенной связи" ("Communication Theory of Secrecy Systems") он связал криптографию с проблемой передачи информации по зашумленному каналу (роль шума в этом случае играет ключ криптосистемы). Эта работа привела в дальнейшем к тому, что Шеннон был назначен консультантом правительства США по вопросам криптографии.
Другой задачей, которой он занимался совместно с Е.Ф. Муром (E.F. Moore), было повышение надежности релейных цепей путем ведения избыточного числа элементов (каждый из которых ненадежен). Эта задача, опять же, сводится к передаче информации по зашумленному каналу.
Кроме того, Шеннон применил эти идеи также и к задаче оптимальной стратегии инвестиций, в которой "зашумленным сигналом" является рынок ценных бумаг и соответствующие ему временные ряды, и задачей является максимизация выгоды.
В более легком стиле выдержана его статья в области вычислительной техники "Программирование компьютера для игры в шахматы" ("Programming a Computer for Playing Chess") 1950 года. В то время компьютеры были медленными и программирование их было достаточно сложным; с тех пор создано множество шахматных программ, однако большинство из них и сейчас основаны на идеях этой работы.
В 1965 году Шеннон был приглашен в Россию на инженерную конференцию. Там он имел возможность встретиться с многократным чемпионом мира по шахматам Михаилом Ботвинником, также инженером-электротехником, интересующимся проблемой алгоритмизации шахматной игры. После продолжительной дискуссии Шеннон попросил гроссмейстера сыграть с ним в шахматы; нет ничего удивительного в том, что на 42-м ходу он проиграл.
В дальнейшем развитие шахматных программ было продолжено, и в 1980 году Шеннон стал почетным гостем на международном компьютерном шахматном турнире в Линце, Австрия (International Computer Chess Championship, Linz, Austria), в котором принимали участие одиннадцать машин из Швеции, Германии, России, Франции, Англии, Канады и США (большинство машин при этом находилось в своих родных странах, связанные через Интернет с Австрией). Победителем стала "Белле", разработанная в Лабораториях Белла Кеном Томпсоном и Джо Кондоном ("Belle", Ken Thompson, Joe Condon); по уровню игры она практически не уступала мастеру спорта.
Шеннон любил заниматься конструированием забавных - и не обязательно при этом полезных - устройств; в его доме можно было увидеть, к примеру, калькулятор, работающий с числами в римской системе, "черепашек", ползающих по полу и обходящих препятствия, или аппарат с двумя раками, жонглирующий тремя шариками.
В пятидесятых годах он создал "предельную машину" ("Ultimate Machine"), основанную на идее Мервина Минского (Mervin Minsky) и описанную в "Голосе над морем" Артура Кларка; машина эта имела вид шкатулки с единственным выключателем. При включении его крышка открывалась, оттуда появлялась рука, которая возвращала выключатель в исходное положение и вновь скрывалась внутри.
В 1949 году Шеннон, находясь в Лабораториях Белла, женился на Мэри Элизабет (Бетти) Мур (Mary Elizabeth (Betty) Moore), занимавшейся численными расчетами (должность, называвшаяся тогда "вычислитель") в группе Джона Пирса. Они поселились в Мистик Лэйк, Винчестер, Массачусетс.
