کلود شانون

کلود اِلوود شانون (به انگلیسی: Claude Elwood Shannon)‏ (۳۰ آوریل ۱۹۱۶ – ۲۴ فوریه ۲۰۰۱)، ریاضی‌دان، مهندس الکترونیک و رمزنگار معروف آمریکایی است که پدر نظریه اطلاعات شناخته می‌شود.

کلود شانون
ClaudeShannon MFO3807.jpg
زادروز۳۰ آوریل ۱۹۱۶
پتوسکی، میشیگان
درگذشت۲۴ فوریهٔ ۲۰۰۱ (۸۴ سال)
مدفورد، ماساچوست
ملیتآمریکایی
شناخته‌شده برایپدر نظریه اطلاعات
جایزه(ها)مدال افتخار انجمن مهندسان برق و الکترونیک (۱۹۶۶)
سابقه علمی
رشته(های) فعالیتریاضیات و مهندسی برق (الکترونیک)
محل کارآزمایشگاه‌های بل و مؤسسه فناوری ماساچوست
دینخداناباور[۱][۲]

شانون با مقاله‌ای که در ۱۹۴۸ منتشر کرد، نظریۀ اطلاعات را بنیان نهاد و به شهرت رسید. همچنین معروف است که شانون در ۱۹۳۷، در ۲۱ سالگی که دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه ام‌آی‌تی بوده‌است، نظریه رایانه‌های دیجیتال و مدارهای دیجیتال را پایه‌ گذاشته‌است. وی در پایان‌نامه خود نشان داد که با پیاده‌سازی الکتریکی منطق دو-دویی (جبر بولی)، می‌توان هر مسئله منطقی و عددی را حل کرد. چنین ادعا شده‌است که این پایان‌نامه، مهم‌ترین پایان‌نامه کارشناسی ارشد تاریخ بوده‌است.[۳] در زمان جنگ جهانی دوم، شانون به پژوهش در رمزکاوی پرداخت و پس از جنگ به رمزشکنی روی آورد.

سال‌های نخست زندگیویرایش

شانون در ۳۰ آوریل ۱۹۱۶ در شهر پِتاسکی در ایالت میشیگان زاده شد. پدر وی کاسب ساده و مادرش معلم زبان بود. ۱۶ سال نخست زندگی شانون در شهر گِیلارد ایالت میشیگان سپری شد. وی همان‌جا به مدرسه رفت و در ۱۹۳۲ از دبیرستان دولتی آنجا دانش‌آموخته شد. شانون در سال‌های نخست زندگی به وسایل مکانیکی علاقه داشت. وی در مدرسه بهترین نمره‌ها را در علوم و ریاضی می‌گرفت و هم‌زمان در خانه چیزهایی مانند هواپیمای مدل، قایق‌های کنترل از راه دور و تلگرافی که وی را به خانه دوستش در یک کیلومتری وصل می‌کرد، می‌ساخت. همچنین او برای شرکت وسترن یونیون پیغام‌ می‌رساند. قهرمان کودکی او توماس ادیسون بود که بعدها پی برد که بستگی دوری هم با او دارد.[۴][۵]

نظریه بولیویرایش

شانون در ۱۹۳۲ وارد دانشگاه میشیگان و در ۱۹۳۶ با مدرک کارشناسی در رشته ریاضیات و مهندسی برق از آن دانشگاه دانش‌آموخته شد. مدتی بعد برای ادامه تحصیل به دانشگاه ام‌آی‌تی رفت و آنجا به پژوهش روی دستگاه تحلیل‌گر تفاضلی یا همان رایانه آنالوگ ساختهٔ ونوار بوش پرداخت.[۶]

 
تصویر کلود شانون و موش الکترومکانیکی معروفش تسئوس، در حال آزمایش مسیریابی درون یک هزارتو. این آزمایش یکی از نخستین تجارب بشر در پیاده‌سازی هوش مصنوعی است.

هنگامی که وی بر روی مدارهای پیچیده و خاص‌منظورۀ تحلیل‌گر تفاضلی کار می‌کرد، دریافت که مفاهیم منطق بولی می‌تواند در ماشین‌های حساب‌گر مفید باشد. مقاله‌ حاصل از پایان‌نامهٔ کارشناسی ارشد وی با نام «تحلیلی نمادین از مدارهای رله و سوییچینگ» (به انگلیسی: A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits)، در ۱۹۳۸ در نشریهٔ معتبر Transactions of the American Institute of Electrical Engineers چاپ شد.

پیش از شانون، ویکتور شوستاکوف از دانشگاه ایالتی مسکو نیز نظریه‌ای درباره سوییچ‌های الکتریکی بر پایهٔ منطق بولی در ۱۹۳۵ پیش نهاده‌بود،که نخستین بار در ۱۹۴۱ و پس از انتشار پایان‌نامهٔ شانون منتشر شد.

شانون ثابت کرد که جبر بولی و ریاضیات دودویی می‌تواند برای ساده‌کردن چیدمان رله‌های الکترومکانیکی استفاده شود و سپس از آن در سوئیچ‌های مسیریاب تلفنی استفاده کرد. سپس این مفاهیم را گسترش داد و ثابت کرد که می‌توان از چیدمان رله‌ها برای حل مسائل جبر بولی استفاده کند. بهره‌برداری از این ویژگی سوییچ‌های الکتریکی برای عملیات منطقی، اساس کار مدارها و کامپیوترهای دیجیتال است.

در ۱۹۴۰ شانون وارد مؤسسهٔ مطالعات پیشرفته در پرینستون شد. او آن‌جا فرصت داشت تا ایده‌هایش را با دانشمندان نام‌دار و ریاضی‌دانانی چون هرمن ویل، جان فون نویمان و گاهی با آلبرت اینشتین به بحث بگذارد. شانون آزادانه در زمینه‌های مختلف کار می‌کرد و ایده‌ای را که بعدها نظریهٔ اطلاعات نام گرفت، شکل داد.

کارهای پس از جنگویرایش

در ۱۹۴۸ شانون مقاله‌ای با نام «نظریهٔ ریاضی مخابرات» را در دو بخش انتشار داد. این مقاله به این مسئله می‌پرداخت که بهترین روش کُدکردن (کُدگذاری) اطلاعات در فرستنده چیست. در این کار اساسی، او از ابزارهایی در نظریهٔ احتمال، که نوربرت وینر گسترش داده‌بود، بهره برد، که این کار گام‌های نخستین در راستای رسیدن به نظریهٔ اطلاعات بود. شانون مفهوم آنتروپی اطلاعات را، که معیاری برای سنجش مقدار اطلاعات یک پیام و بر اساس احتمالات بود، گسترش داد.

در ۱۹۵۱ سهم بنیادین نظریهٔ اطلاعات در پردازش زبان‌های طبیعی و زبان‌شناسی محاسباتی در مقالهٔ «پیش‌بینی و آنتروپی در متون انگلیسی» شانون شکل گرفت. در این مقاله، شانون حد بالا و پایین آنتروپی متون انگلیسی را به‌دست آورد، که به شکل‌گیری مبانی آماری تحلیل زبان‌ انجامید. او همچنین ثابت کرد که در نظرگرفتن «فضای خالی» در متون انگلیسی به عنوان بیست‌وهفتمین حرف الفبای انگلیسی، به کاهش «بی‌اطمینانی» (Uncertainty) در زبان نوشتاری می‌انجامد، که فرهنگ نوشتاری (Cultural Practice) و شناخت احتمالاتی (Probabilistic Cognition) را پیوندی قابل اندازه‌گیری می‌دهد؛ به بیان دیگر، می‌توان میزان این پیوند را اندازه گرفته، به شکل یک عدد نشان داد.

مقالهٔ مهم دیگر او که در ۱۹۴۹ با نام «نظریهٔ مخابراتی سیستم‌های محرمانه» منتشر شد، یک نسخهٔ محرمانه از کارهای زمان جنگ او بر روی نظریهٔ ریاضی رمزنگاری بود، که در آن ثابت کرد رمزی که از دیدگاه نظری، «ناشکستنی» به‌شمار می‌رود، باید الزامات رمزنگاری پد یک‌بار مصرف را رعایت کند.

شانون همچنین با پیشنهاد نظریهٔ نمونه‌برداری، که یک سیگنال زمان‌پیوسته را بر پایۀ مجموعه‌ای از نمونه‌های گسسته توصیف می‌کرد، بیش از پیش مشهور شد. این نظریه، اساس تبدیل ارتباطات تلفنی آنالوگ به دیجیتال در سیستم پی‌سی‌ام از ۱۹۶۰ به بعد به‌شمار می‌رود.

سرگرمی‌ها و اختراعاتویرایش

در کنار کارهای آکادمیک، شانون به تردستی و شطرنج علاقه داشت. او چیزهای بسیاری اختراع کرد، مانند یک شیپور شعله‌افکن (Flame-throwing trumpet). یکی دیگر از آن‌ها که برخی ساخت آن‌را به شانون نسبت می‌دهند، جعبه‌ای بود که «ماشین نهایی» (Ultimate, or final machine) نام داشت؛ این ماشین یک کلید داشت که با زدن آن، یک بازوی مکانیکی از جعبه بیرون می‌آمد و کلید را خاموش می‌کرد و به جعبه بازمی‌گشت. او همچنین وسیله‌ای را ساخت که می‌توانست مکعب روبیک را حل کند.

موش شانونویرایش

شانون در ۱۹۵۰ یک موش مغناطیسی، به اندازۀ یک موش واقعی، که با مدارهای رله کنترل می‌شد اختراع کرد که می‌توانست در یک هزارتوی ۲۵ مربعی حرکت کند. پیکربندی این موش انعطاف‌پذیر بود. موش برای این طراحی شده بود که در راهروها حرکت و هدف را پیدا کند، این موش هر جای این هزارتو که قرار داده‌می‌شد، می‌توانست با توجه به تجربهٔ قبلی‌اش، مسیر خود را به سوی هدف پیدا کند. این موش طوری برنامه‌ریزی شده‌بود که اگر در جایی ناشناخته قرار می‌گرفت، برای یافتن جاهای آشنا جست‌وجو کند و از آن‌ها به سوی هدف حرکت کند. با این کار، دانش جدیدی به حافظه‌ موش اضافه می‌شد که همان جای ناشناخته بود. موش شانون، نخستین وسیله با توانایی یادگیری بود.

برنامهٔ شطرنج کامپیوتری شانونویرایش

در ۱۹۵۰ شانون یک مقالهٔ پیش‌گامانه در شطرنج کامپیوتری به نام «برنامه‌ریزی یک کامپیوتر برای شطرنج بازی کردن» پیش نهاد . او شرح داد که یک ماشین چگونه می‌تواند به گونه‌ای قابل قبول، شطرنج بازی کند. تصمیم‌ درباره اینکه کامپیوتر چه حرکتی کند، به روش مینی‌ماکس گرفته می‌شد که بر پایه یک تابع ارزیابی روی موقعیت مهره در صفحهٔ شطرنج استوار بود.

اصل شانونویرایش

شانون یک نسخه از اصل کِرک‌هوفس را با نام «دشمن سیستم را می‌شناسد» فرموله کرد. این گفتهٔ او با نام اصل موضوع شانون شناخته می‌شود.

شاید معروف‌ترین قانونی که به نام قانون شانون مطرح است، فرمول حداکثر نرخ ارسال اطلاعات در یک شبکهٔ نویزدار باشد، که در آن شانون ثابت کرد که نرخ ارسال اطلاعات در یک کانال با توان سیگنال P، توان نویز N (بر حسب وات)، و پهنای باند W (بر حسب هرتز)، نمی‌تواند از C بیشتر باشد، که C بر حسب بیت‌برثانیه از رابطه   بدست می‌آید. واحد بیت بر ثانیه برای سنجش ظرفیت ارسال اطلاعات واحدی بود که شانون نخستین بار از آن استفاده کرد. به  ، نسبت سیگنال به نویز گفته می‌شود. بر اساس این قانون، اگر کانال بدون نویز باشد، سرعت ارسال اطلاعات در آن بی‌نهایت خواهد بود.[۷]

وفاتویرایش

شانون در ۲۴ فوریه ۲۰۰۱ پس از چند سال تحمل بیماری آلزایمر درگذشت.

منابعویرایش

  1. "Shannon described himself as an atheist and was outwardly apolitical." William Poundstone, Fortune's Formula, Hill and Wang: New York (2005), page 18.
  2. https://books.google.com/books?id=f4PNBQAAQBAJ&pg=PA329&lpg=PA329&dq=Claude+Shannon+atheist&source=bl&ots=eo6GuJmy1E&sig=dI1BQPk_2o0a72DKjt7ustli6w&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwiRh8ic04DNAhVFOSYKHbJgA5I4ChDoAQgiMAE#v=onepage&q=Claude%20Shannon%20atheist&f=false
  3. Poundstone, William: Fortune's Formula: The Untold Story of the Scientific Betting System That Beat the Casinos and Wall Street
  4. MIT Professor Claude Shannon dies; was founder of digital communications, MIT - News office, Cambridge, Massachusetts, February 27, 2001
  5. CLAUDE ELWOOD SHANNON, Collected Papers, Edited by N.J.A Sloane and Aaron D. Wyner, IEEE press, ISBN 0-7803-0434-9
  6. Robert Price (1982). "Claude E. Shannon, an oral history". IEEE Global History Network. IEEE. Retrieved 14 July 2011.
  7. "MIT Professor Claude Shannon dies; was founder of digital communications", MIT University Homepage, February 27 2001 Check date values in: |تاریخ= (help) Retrieved on 2009-04-07.

پیوند به بیرونویرایش