Кто такой Клод Шеннон и чем он знаменит? Кто такой клод шеннон и чем он знаменит

Клод Э́лвуд Ше́ннон (англ. Claude Elwood Shannon; 30 апреля 1916, Петоцки, Мичиган - 24 февраля 2001, Медфорд, Массачусетс) - американский математик и инженер, его работы являются синтезом математических идей с конкретным анализом чрезвычайно сложных проблем их технической реализации. Он является основателем теории информации, нашедшей применение в современных высокотехнологических системах связи. Шеннон внес огромный вклад в теорию вероятностных схем, теорию автоматов и теорию систем управления - области наук, входящие в понятие кибернетика.

Биография Клод Шеннон родился 30 апреля 1916 года в городе Петоцки, штат Мичиган, США. Первые шестнадцать лет своей жизни Клод провел в Гэйлорде, Мичиган, где он посещал общественную школу, а затем выпустился из высшей школы Гэйлорда в 1932 году. В юношестве он работал курьером службы Western Union. Отец его был адвокатом и в течение некоторого времени судьей. Его мать была преподавателем иностранных языков и, впоследствии, стала директором Гайлордской средней школы. Молодой Клод сильно любил конструировать автоматические устройства. Он собирал модели самолетов и радиотехнические цепи, также создал радиоуправляемую лодку и телеграфную систему между домом друга и своим домом. Временами ему приходилось исправлять радиостанции для местного универмага. Томас Эдисон был его дальним родственником.

В 1932 году Шеннон был зачислен в Мичиганский университет, где выбрал курс, посещая который начинающий ученый познакомился с работами Джорджа Буля. В 1936 г. Клод оканчивает Мичиганский университет, получив степень бакалавра по двум специальностям математика и электротехника, и устраивается в Массачусетский технологический институт, где он работал ассистентом-исследователем на дифференциальном анализаторе Ванневара Буша - аналоговом компьютере. Изучая сложные, узкоспециальные электросхемы дифференциального анализатора, Шэннон увидел, что концепции Буля могут получить достойное применение. Статья, написанная с его магистерской работы 1937 года «Символический анализ реле и коммутаторов», была опубликована в 1938 году в издании Американского института инженеров-электриков (AIEE). Она также стала причиной вручения Шэннону премии Американского института инженерии имени Альфреда Нобеля в 1940 году. Цифровые цепи - это 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 Шэннона, как о «возможно, самой важной, а также самой известной магистерской работой столетия».

По совету Буша Шеннон решил работать над докторской диссертацией по математике в MIT. Идея его будущей работы родилась у него летом 1939 года, когда он работал в Cold Spring Habor в Нью-Йорке. Буш был назначен президентом Carnegie Institution в округе Вашингтон и предложил Шеннону принять участие в работе, которую делала Барбара Беркс по генетике. Именно генетика, по мнению Буша, могла послужить предметом приложения усилий Шеннона. Докторская диссертация Шеннона, получившая название «Алгебра для теоретической генетики», была завершена весной 1940 года. Шеннон получает Докторскую степень по математике и степень магистра по электротехнике.

В период с 1941 по 1956 гг. Шеннон преподает в Мичиганском университете и работает в компании Белл (Bell Labs). В лаборатории Белл Шеннон, исследуя переключающие цепи, обнаруживает новый метод их организации, который позволяет уменьшить количество контактов реле, необходимых для реализации сложных логических функций. Он опубликовал доклад, названный «Организация двухполюсных переключающих цепей». Шеннон занимался проблемами создания схем переключения, развил метод, впервые упоминавшийся фон Нейманом и позволяющий создавать схемы, которые были надежнее, чем реле, из которых они были составлены. В конце 1940 года Шеннон получил Национальную научно-исследовательскую премию. Весной 1941 года он вернулся в компанию Белл. С началом Второй мировой войны Т.Фрай возглавил работу над программой для систем управления огнем для противовоздушной обороны. Шеннон присоединился к группе Фрая и работал над устройствами, засекавшими самолеты противника и нацеливавшими зенитные установки, также он разрабатывал криптографические системы, в том числе и правительственную связь, которая обеспечивала переговоры Черчилля и Рузвельта через океан. Как говорил сам Шеннон, работа в области криптографии подтолкнула его к созданию теории информации.

С 1950 по 1956 Шеннон занимался созданием логических машин, таким образом, продолжая начинания фон Неймана и Тьюринга. Он создал машину, которая могла играть в шахматы, задолго до создания Deep Blue. В 1952 Шеннон создал обучаемую машину поиска выхода из лабиринта.

Шеннон уходит на пенсию в возрасте пятидесяти лет в 1966 году, но он продолжает консультировать компанию Белл (Bell Labs). 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 своим присутствием ученым и инженерам, отстоявшим длиннейшую очередь, испытывая трепетные чувства по отношению к великому ученому, сравнивая его с сэром Исааком Ньютоном.

Клод Шеннон ушел из жизни 24 февраля 2001 года. 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, Клод определил основополагающие понятия теории криптографии, без которых криптография уже немыслима. Важной заслугой Шеннона является исследования абсолютно секретных 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 ввел ставшие уже привычными понятия рассеивания и перемешивания, и методы создания криптостойких систем шифрования на основе простых операций. Данная статья является отправным пунктом изучения науки криптографии.

Математическая теория связи

Статья «Математическая теория связи», была опубликована в 1948 году и сделала Клода Шеннона всемирно известным. В ней Шенноном изложил свои идеи, ставшие впоследствии основой современных теорий и техник обработки передачи и хранения информации. Результаты его работ в области передачи информации по каналам связи запустили по всему миру огромное число исследований. Шеннон обобщил идеи Хартли и ввел понятие информации, содержащейся в передаваемых сообщениях. В качестве меры информации передаваемого сообщения М, Хартли предложил использовать логарифмическую функцию. Шеннон первым начал рассматривать передаваемые сообщения и шумы в каналах связи с точки зрения статистики, рассматривая как конечные множества сообщений, так и непрерывные множества сообщений. Развитая Шенноном теория информации помогла решить главные проблемы, связанные с передачей сообщений, а именно: устранить избыточность передаваемых сообщений, произвести кодирование и передачу сообщений по каналам связи с шумами. Решение проблемы избыточности подлежащего передаче сообщения позволяет максимально эффективно использовать канал связи. К примеру, современные повсеместно используемые методы снижения избыточности в системах телевизионного вещания на сегодняшний день позволяют передавать до шести цифровых программ коммерческого телевидения, в полосе частот, которую занимает обычный сигнал аналогового телевидения. Решение проблемы передачи сообщения по каналам связи с шумами при заданном соотношении мощности полезного сигнала к мощности сигнала помехи в месте приема, позволяет передавать по каналу связи сообщения со сколь угодно малой вероятностью ошибочной передачи сообщения. Также, это отношение определяет пропускную способность канала. Это обеспечивается применением кодов, устойчивых к помехам, при этом скорость передачи сообщений по данному каналу должна быть ниже его пропускной способности. В своих работах Шеннон доказал принципиальную возможность решения обозначенных проблем, это явилось в конце 40-х годов настоящей сенсацией в научных кругах. Данная работа, как и работы, в которых исследовалась потенциальная помехоустойчивость, дали начало огромному числу исследований, продолжающихся и по сей день, уже более полувека. Ученые из Советского Союза и США (СССР - Пинскер, Хинчин, Добрушин, Колмогоров; США- Галлахер, Вольфовиц, Фейнштейн) дали строгую трактовку изложенной Шенноном теории. На сегодняшний день все системы цифровой связи проектируются на основе фундаментальных принципов и законов передачи информации, разработанных Шенноном. В соответствии с теорией информации вначале из сообщения устраняется избыточность, затем информация кодируется при помощи кодов, устойчивых к помехам, и лишь потом сообщение передается по каналу потребителю. Значительно была сокращена избыточность телевизионных, речевых и факсимильных сообщений, именно благодаря теории информации.

Большое количество исследований было посвящено созданию кодов, устойчивых к помехам, и простых методов декодирования сообщений. Исследования, проведенные за последние пятьдесят лет, легли в основу созданной Рекомендации МСЭ по применению помехоустойчивого кодирования и методов кодирования источников информации в современных цифровых системах.

Теорема о пропускной способности канала.

Любой канал с шумом характеризуется максимальной скоростью передачи информации, этот предел назван в честь Шеннона. При передаче информации со скоростями, превышающими этот предел, происходят неизбежные искажения данных, но снизу к этому пределу можно приближаться с необходимой точностью, обеспечивая сколь угодно малую вероятность ошибки передачи информации в зашумленном канале.

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.

Клод Элвуд Шеннон – американский математик, инженер-электронщик и специалист в области криптографии, обладатель множества наград, известный как создатель теории информации.

Именно наш герой предложил когда-то использовать всем известное сегодня понятие "бит" в качестве эквивалента наименьшей единицы информации.

Шеннон прославился как человек, давший начало теории информации в эпохальной статье, опубликованной им в 1948 году. Помимо этого, ему приписывают также идею создания цифрового компьютера и цифровых технологий вообще, причем еще в 1937 году, когда Шеннон был 21-летним студентом Массачусетского Технологического Института, работавшим над получением магистерской степени – он написал тогда диссертацию, в которой продемонстрировал, что применения булевой алгебры в сфере электроники могли бы построить и решить любые логические, числовые

связи. Написанная на основе диссертации статья принесла ему премию Американского института инженеров-электриков в 1940.

Во время Второй мировой войны Шеннон сделал значительный вклад в сфере криптоанализа, работая над обороной страны, включая его фундаментальный проект по взламыванию кодов и обеспечению безопасных телекоммуникаций.

Шеннон родился 30 апреля 1916 года в Петоцки, маленьком городке в Мичигане (Petoskey, Michigan), и вырос в соседнем Гэйлорде (Gaylord, Michigan). Его отец был из тех людей, что сделал себя сам. Потомок первых поселенцев Нью-Джерси (New Jersey), он был бизнесменом и судьей. Мать Клода преподавала английский и некоторое время возглавляла ср

еднюю школу Гэйлорда. Большую часть первых 16 лет своей жизни Шеннон провел как раз в Гэйлорде, в 1932 году окончил местную школу. С детства он увлекался конструированием механических и электрических моделей. Его любимыми предметами были естественные науки и математика, а дома, в свободное время, он строил модели самолетов, радиоуправляемую модель лодки и даже беспроводной телеграф, соединявший его с дом с домом друга, жившего в полумиле от Шеннонов.

Подростком Клод подрабатывал в качестве курьера компании "Western Union". Героем его детства был Томас Эдисон (Thomas Edison), который, как позже оказалось, приходился ему еще и дальним родственником. Оба они были потомк

ами Джона Огдена (John Ogden), колониального лидера 17-го века и по совместительству предка множества выдающихся людей. Чем не интересовался Шеннон, так это политикой. Кроме того, он был атеистом.

В 1932 году Клод стал студентом Мичиганского Университета, где один из курсов познакомил его с тонкостями алгебры Буля. Окончив университет в 1936 с двумя степенями бакалавра, по математике и электротехнике, он продолжил занятия в МТИ, где работал на одном из первых аналоговых компьютеров, дифференциальном анализаторе Ванневара Буша (Vannevar Bush) – именно тогда он понял, что концепции булевой алгебры могут применяться с большей полезностью. Диссертация Шеннона на степень м

агистра называлась "Символьный анализ реле и коммутаторов", и специалисты считают ее одной из самых важных диссертаций на степень магистра в 20-м столетии.

Весной 1940 Шеннон защитил в МТИ и докторскую степень по математике с диссертацией "Алгебра для теоретической генетики", и в следующие 19 лет, с 1941 по 1956, преподавал в Мичиганском Университете и работал в компании "Bell Labs", где его интерес вызвали противопожарные системы и криптография (именно этим он занимался во время Второй мировой).

В "Bell Labs" Шеннон познакомился со своей будущей женой Бетти (Betty Shannon), которая занималась числовым анализом. Они поженились в 1949. В 1956 Шеннон вернулся в МТИ,

где ему предложили кафедру, и проработал там 22 года.

Среди его хобби были жонглирование, катание на моноцикле и шахматы. Он изобрел огромное количество разных забавных устройств, включая летающие диски с ракетным двигателем, "кузнечик" с моторчиком и трубу, извергающую пламя, для научной выставки. Он так же считается, вместе с Эдвином Торпом (Edward O. Thorp), изобретателем первого переносного компьютера – они использовали это устройство для повышения шансов на выигрыш при игре в рулетку, и их набеги на Лас-Вегас (Las Vegas) были очень успешными.

Свои последние годы Шеннон провел в доме престарелых, страдая болезнью Альцгеймера. Его не стало 24 февраля 2001 года.

Клод Элвуд Шеннон (Shannon) ( - ) - американский инженер и математик. Человек, которого называют отцом современных теорий информации и связи.

Биография

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.