Кто такой клод шеннон и чем он занимался
r_d media
Кто такой Клод Шеннон и чем ему обязано программирование
Жонглер, отец теории информации и просто гений, который создал бит.
Клод Шеннон — американский ученый, который придумал и заложил основы теории информации. Десятки лет назад он написал работу, благодаря которой у нас есть интернет. Идеи Шеннона — это то, что позволяет нам передавать и хранить данные. Рассказываем, как он жонглировал идеями, почему они до сих пор важны и за что его называют самым веселым ученым поколения.
С чего все началось
Клод Шеннон родился в 1916 году в городке Петоски (штат Мичиган, США). Еще ребенком он обожал Томаса Эдисона, конструировал модели самолетов и даже собрал лодку с удаленным контролем. Он окончил бакалавриат Мичиганского университета сразу по двум направлениям — в области электротехники и математики. Затем поступил в Массачусетский технологический институт — знаменитый MIT. Во время учебы Шеннон работал на «дифференциальном анализаторе» — прообразе вычислительных компьютеров.
В 1937 Шеннон опубликовал магистерские тезисы, которые позднее назвали самой важной магистерской диссертацией в истории. В своей работе он применил Булеву алгебру к схемам коммутации.
«Математическая теория коммуникаций»
В 1941 Шеннон устроился на работу в американскую лабораторию Bell Labs, известную нам тем, что там появились первые разработки в области искусственного интеллекта.
В 1948 году Шеннон опубликовал статью «Математическая теория коммуникаций», которая была сразу же высоко оценена научным сообществом. В этой работе Клод Шеннон впервые сказал, что информация — это нечто измеримое, а также вывел единицу ее измерения — бит. «Единица измерения информации» — сама эта фраза в то время казалась нереальной.
Эта статья стала основой для теории информации.
Первая схема процесса обмена информацией, которую изобразил Шеннон в своей работе в 1948 году. Комментируя схему, ученый объяснил, что каналом коммуникации может быть, например, пучок света, коаксиальный кабель или диапазон радиочастот.
Конспект вебинара Data Scientist в Airbus.
ML-инженер Proxet Дмитрий Войтех — о работе с Giphy.
Вот какая идея была в центре теории Шеннона:
Передатчик кодирует информацию в сигнал (который может быть поврежден шумами). Затем этот сигнал расшифровывает получатель сообщения. Теория Шеннона объединяет две ключевые мысли: изолирование информации и источников шума от коммуникационной системы и вероятностное моделирование обоих этих источников. Он представил источник информации, который генерирует одно из множества возможных сообщений для передачи, и у каждого из них есть определенная вероятность.
Вероятностный шум усиливает неопределенность, которую предстоит прояснить получателю.
Шеннон отказался от идеи, что по сигналу всегда можно распознать сообщение. Раньше ученые думали, как трансформировать полученный сигнал, чтобы восстановить оригинальное сообщение как можно более точно. Клод же сказал, что ключ к коммуникации — неуверенность. Благодаря ему коммуникация стала абстракцией.
В 1955 Шеннона удостоили медали Стюарта Баллантайна — приза за научные и технические достижения, который выдавал Институт Франклина в Пенсильвании. В 1958 году ученый стал профессором MIT, при этом отказавшись преподавать.
Что еще сделал Клод Шеннон
В начале 1980-х годов Шеннон опубликовал первую формальную математическую теорему жонглирования, сопоставляя продолжительность времени, пока мячи находятся в воздухе, с тем, как долго каждый мяч остается в руке жонглера. Его теорема продемонстрировала важность скорости рук для успешного жонглирования.
Все эти разработки не принесли Шеннону счастья — после работы о жонглировании он больше ничего не публиковал и вел затворнический образ жизни. В подвале его дома в Бостоне была «комната игрушек», где он конструировал изобретения в свое удовольствие. Например, создал фрисби на ракетном двигателе.
В 1993 году Клод Шеннон попал в дом престарелых, а в 2001 умер после длительной борьбы с болезнью Альцгеймера.
Шеннон, Клод Элвуд
В 1948 году опубликовал фундаментальную работу A Mathematical Theory of Communication, в которой сформулированы основы теории информации. Большую ценность представляет другая работа — Communication Theory of Secrecy Systems ( 1949 ), в которой сформулированы математические основы криптографии.
C 1956 — член Национальной академии наук США и Американской академии искусств и наук.
Содержание
Книги на русском языке [ ]
Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. – М.: ИЛ, 1963
См. также [ ]
Теоремы Шеннона [ ]
В теории информации, по традиции, утверждения типа «для любого кода имеет место некоторое свойство» называются обратными теоремами, а утверждения типа «Сущеcтвует код с заданным свойством» — прямыми теоремами. [1]
Литература [ ]
Ссылки [ ]
ar:كلود شانون bn:ক্লদ শ্যানন bs:Claude E. Shannon ca:Claude Elwood Shannon cs:Claude Shannon de:Claude Elwood Shannon en:Claude Shannon eo:Claude Shannon es:Claude Elwood Shannon eu:Claude Shannon fa:کلود شانون fi:Claude Shannon fr:Claude Shannon he:קלוד שאנון ht:Claude Shannon hu:Claude Shannon is:Claude Shannon it:Claude Shannon ja:クロード・シャノン ko:클로드 섀넌 ml:ക്ലോഡ് ഷാനണ് nl:Claude Shannon no:Claude Elwood Shannon pl:Claude E. Shannon pt:Claude Elwood Shannon ro:Claude Shannon sk:Claude Elwood Shannon sl:Claude Elwood Shannon sr:Klod Elvud Šenon sv:Claude Shannon th:คล็อด แชนนอน tr:Claude Elwood Shannon uk:Шеннон Клод zh:克劳德·香农
Кто такой клод шеннон и чем он занимался
Источник шифрования устанавливает предел максимального сжатия данных и числовое значение энтропии Шеннона.
Клод Шэннон родился 30 апреля 1916 года в городе Петоцки, штат Мичиган, США. Первые шестнадцать лет своей жизни Клод провел в Гэйлорде, Мичиган, где в 1932 году он закончил общеобразовательную среднюю школу Гэйлорда. В юности 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 Гэйлордской средней школы. 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 исправлять радиостанции для местного универмага. Томас Эдисон был его дальним родственником.
По совету Буша Шзннон решил работать над докторской диссертацией по математике в MIT. Идея его будущей работы родилась у него летом 1939 года, когда он работал в лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (штат Нью-Йорк). Буш был назначен президентом Института Карнеги в Вашингтоне и предложил Шэннону принять участие в работе, которую делала Барбара Беркс по генетике. Именно генетика, по мнению Буша, могла послужить предметом приложения усилий Шэннона. Докторская диссертация Шеннона, получившая название «Алгебра для теоретической генетики», была завершена весной 1940 года. Шэннон получает докторскую степень по математике и степень магистра по электротехнике.
В период с 1941 по 1956 гг. Шэннон преподает в Мичиганском университете и работает в компании Белл (Bell Labs). В лаборатории Белл Шэннон, 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 Шэннон 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. Шэннон 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 Рузвельтачерез океан. Как говорил сам Шеннон, работа в области криптографии подтолкнула его к созданию теории информации.
С 1950 по 1956 Шэннон 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.
Шэннон уходит на пенсию в возрасте пятидесяти лет, в 1966 году, но он продолжает консультировать компанию Белл (Bell Labs). В 1985 году Клод Шэннон 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 Шэннон 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).
Клод Шэннон ушел из жизни 24 февраля 2001 года.
Теория связи в секретных системах
Работа Шэннона «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 Шэннон впервые начал изучать криптографию, применяя научный подход. В этой статье Шэннон определил основополагающие понятия теории криптографии, без которых криптография уже немыслима. Важной заслугой Шэннона является исследования абсолютно стойких систем и доказательство их существования, а также существование криптостойких шифров, и требуемые для этого условия. Шэннон 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.
Статья «Математическая теория связи»
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 Шэннон 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 СССР и США (СССР — Пинскер (англ.)русск., Хинчин, Добрушин, Колмогоров; США —Галлагер (англ.)русск., Вольфовиц (англ.)русск., Файнстейн) дали строгую трактовку изложенной Шенноном теории.
На сегодняшний день все системы цифровой связи проектируются на основе фундаментальных принципов и законов передачи информации, разработанных Шэнноном. 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. Именно благодаря теории информации была значительно сокращена избыточность телевизионных, речевых и факсимильных сообщений.
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 зашумлённом канале
Клод Шеннон: мастер на все руки, шутник и отец теории информации
Кто же такой Клод Шеннон? Каждая комната в Entropy House, поместье неподалеку от Бостона, где Шеннон вместе с женой Бетти прожили более 30 лет, может ответить на этот вопрос по-разному. Одна комната, опрятная и аккуратная, украшена рядами наград, демонстрирующих многочисленные достижения хозяина дома. В их числе Национальная научная медаль, полученная им в 1966 году, Премия Киото — японский эквивалент Нобелевской — и Медаль Почёта IEEE.
Эта комната — зал славы Шеннона. Роберт Лаки, исполнительный директор по исследованиям в AT&T Bell Laboratories, называл его работы величайшими достижениями «в анналах технологической мысли». А Рольф Ландауэр из IBM ставил новаторские мысли Шеннона наравне с идеями Эйнштейна. Еще во времена работы в Bell Laboratories на позиции младшего инженера Шеннон сформулировал основы теории информации. В блестящей статье для Bell System Technical Journal он обозначил широкое интеллектуальное поле для изучения эффективной упаковки и передачи информации в электронном виде. «A Mathematical Theory of Communication», именно так называлась эта статья, до сих пор является Magna Karta (Великой хартией вольностей) коммуникационной эры.
Шеннон в свои 75 лет, несмотря на совершенно седые волосы, сохранил на лице улыбку проказливого мальчишки. Показывая гостям свои награды, он выглядит едва ли не смущенным. Уже спустя минуту он приглашает нас в следующую комнату. Ее стены завешены множеством дипломов и сертификатов в рамках. Один из них, например, утверждает, что Шеннон является «доктором жонглерских наук». Столы в комнате загромождены всевозможными устройствами.
Эта комната показывает нам Шеннона, который все время искал новые поводы для вдохновения — и даже построил шахматную машину. Как вспоминает его бывший коллега, одно время Шеннон так много играл в шахматы на работе, что «это вызвало беспокойство как минимум у одного начальника».
Без тени сожаления Шеннон говорит: «Я всегда преследую свои собственные интересы. Конечный результат и его ценность для мира меня особенно не волнуют. Я потратил уйму времени на совершенно бесполезные вещи».
Влияние «Золотого жука»
Любовь Шеннона к математическим абстракциям и всевозможным устройствам проявилась в раннем возрасте. Он родился в 1916 году в пригороде Гейлорда, штат Массачусетс, и провел там значительную часть детства. Шеннон обожал играть со всевозможными радио-наборами — их покупал ему отец. Еще Шеннону очень нравилось решать математические головоломки, которые задавала ему сестра, будущая профессор математики.
«Даже будучи маленьким ребенком, я всегда интересовался криптографией и всякими такими штуками» — рассказывает Шеннон. Одна из его любимых книг — «Золотой Жук» Эдгара По, мистический детектив со счастливым концом. Разгадывая таинственную карту, главный герой находит зарытое в земле сокровище.
В Мичиганском университете Шеннон был одинаково хорош как в математике, так и в электронике. Хорошее понимание обеих этих областей позволило ему добиться первого значительного успеха: его приняли в аспирантуру MIT. После беседы о сложной системе переключения телефонных линий с Амосом Джоэлем, признанным экспертом Bell Laboratories, Шеннон подготовил свою дипломную работу. В ней он, прибегая к концепциям из булевой алгебры, таким как: «Если происходит либо X, либо Y, но не Z, в результате получится Q», смог описать работу переключателей и реле в электрических цепях.
Выводы, сделанные 22-х летним студентом, оказались на удивление глубокими: электрические цепи перед строительством можно протестировать математически, а не путем проб и ошибок. Современные инженеры уже давно проектируют компьютерное «железо», софт, телефонные линии и прочие сложные системы с помощью булевой алгебры.
Дипломная работа Шеннона была названа «вероятно, важнейшей дипломной работой столетия», но сам автор, как обычно, принижает ее значимость. «Просто так совпало, что на тот момент только я был хорошо знаком и с математикой, и с электроникой» — говорит он. И тут же добавляет: «Мне всегда нравилось это слово — «Булев»!».
После получения докторской степени в MIT в 1940 году (его диссертация была посвящена математике в передаче генов) Шеннон провел год в принстонском Институте перспективных исследований. Театральным шепотом Шеннон рассказывает, как он однажды держал в институте речь, и тут в заднюю дверь аудитории вошел легендарный Эйнштейн. Он поглядел на Шеннона, что-то прошептал одному из ученых и покинул комнату. Сразу после выступления Шеннон бросился к этому ученому, чтобы узнать, о чем говорил Эйнштейн. Тот, сохраняя серьезный вид, ответил: «Эйнштейн поинтересовался, где у нас лежит чай».
Как пишется слово «эврика»?
В 1941 году Шеннон устроился в Bell Laboratories и проработал там 15 лет. Во время Второй мировой войны он участвовал в разработке цифровых систем шифрования. Одной из них пользовались Черчилль и Рузвельт для проведения трансокеанских переговоров.
Как говорит сам Шеннон, эта работа и привела к появлению теории коммуникации. Он понял, что при помощи числовых кодов можно защитить информацию от чужих глаз. Соответственно, и от помех тоже. Кроме того, эти коды можно использовать для эффективного упаковывания информации и дальнейшей передачи по выделенному каналу.
«Первое, о чем я подумал [в ключе теории информации]» — говорит Шеннон, — «это как улучшить передачу информации по сильно зашумленному каналу. Это была острая проблема для телеграфных и телефонных систем. Но когда думаешь о таких вещах, в голове тут же появляется широкий спектр применений [для возможного решения проблемы]». Отвечая на вопрос о том, приходилось ли ему испытывать озарение, после которого хотелось бы воскликнуть «эврика!», Шеннон пошутил: «Приходилось, но я до сих пор не знаю, как пишется это слово».
Определение информации, изложенное в статье Шеннона от 1948 года, имеет решающее значение в его теории коммуникации. Избегая вопросов о смысле информации (Шеннон подчеркивает, что его «теория не могла и не собиралась решать этот вопрос»), он явно демонстрирует, что информация — это измеримый продукт. Он показал, что объем информации в конкретном сообщении определяется вероятностью того, что из всех сообщений, которые могут быть отправлены, выбрано будет именно оно.
Он определил общий потенциал информации в системе как ее «энтропию». В термодинамике этот термин обозначает случайность или «смешанность», как выразился один физик, «системы». (Великий математик и компьютерный теоретик Джон фон Нейман убедил Шеннона использовать слово энтропия. То, что никто не знает, что такое энтропия, утверждал фон Нейман, даст Шеннону преимущество в дискуссиях по теории информации.)
Шеннон определил базовую единицу информации как сообщение, представляющее одно из двух возможных состояний. Позднее Джон Тьюки из Bell Laboratories назвал это двоичной единицей, а затем битом. Можно закодировать большое количество информации в сравнительно небольшом количестве битов. Это похоже на старинную игру в «Двадцать вопросов». В ней также можно быстро вычислить верный ответ, задавая правильные вопросы.
Опираясь на математику, Шеннон показал, что любой канал связи обладает некой максимальной пропускной способностью, выше которой надежная передача информации невозможна. На самом деле, с помощью хитрого кодирования есть вероятность достичь этого максимума, однако на практике это невозможно. Этот максимум стал известен как «предел Шеннона».
В той же статье 1948 года говорится, как рассчитать предел Шеннона. Но не о том, как его достичь. И Шеннон, и его коллеги занялись этим вопросом позже. В первую очередь требовалось устранить из сообщений избыточность. Точно так же, как экономный Ромео кодирует свое послание Джульетте до «я тб лбл», хороший код в первую очередь хорошенько сжимает информацию.
Затем добавляется так называемый код коррекции — достаточный, чтобы шум не подавил сообщение окончательно. Например, коррекционный код для потока чисел может добавить уравнение полинома, на график которого попадают все эти числа. А декодер на принимающей стороне знает, что любые числа, выбивающиеся из графика, были искажены при передаче.
Аарон Уайнер, руководитель отдела исследований в области коммуникационного анализа AT&T Bell Laboratories заметил, что некоторые научные открытия являются продуктом своего времени, но не лично Шеннона.
На самом же деле, идеи Шеннона слишком опережали свое время, чтобы воплотиться моментально. «Многие практичные ученые из Bell Labs считали эту теорию интересной, но не слишком полезной» — говорит Эдгар Гилберт. В 1948 году он приехал в Bell Labs — в том числе, чтобы поработать совместно с Шенноном. Вакуумные трубки просто не могли обрабатывать сложные коды, необходимые для приближения к пределу Шеннона. Статья Шеннона даже получила отрицательный отзыв от Дж. Л. Дуба, известного математика из Университета Иллинойса. Историк Уильям Аспрей отмечает, что для реального применения теории информации в то время отсутствовала всякая концептуальная основа.
Только в начале 1970-х годов с появлением высокоскоростных интегральных схем инженеры начали полноценно пользоваться теорией информации. В наши дни идеи Шеннона применяются практически во всех системах, которые хранят, обрабатывают или передают информацию в цифровом виде, от компакт-дисков до суперкомпьютеров, от факсимильных аппаратов до зондов для исследования дальнего космоса, таких как Voyager.
Соломон В. Голомб, инженер-электроник из Университета Южной Калифорнии и бывший президент Общества теории информации IEEE, говорит, что важность работы Шеннона нельзя переоценить: «это все равно, что говорить о влиянии изобретателя алфавита на литературу».
Теория информации и религия
Теория информации с самого начала пленила аудиторию, намного более широкую, нежели та, для которой она была предназначена. Специалисты в лингвистике, психологии, экономике, биологии, даже музыканты и художники стремились объединить теорию информации со своими дисциплинами.
Джон Р. Пирс, бывший коллега Шеннона и заслуженный профессор Стэнфордского университета, сравнил теорию информации (вернее, «широкое злоупотребление» ею) с двумя другими глубокими и неверно истолкованными научными идеям: принципом неопределенности Гейзенберга и теорией относительности Эйнштейна.
Некоторые физики пошли на все, лишь бы доказать, что энтропия теории информации математически эквивалентна энтропии в термодинамике. По словам Дэвида Слепиэна, бывшего коллеги Шеннона по Bell Labs, многие инженеры «просто запрыгнули на трамвайную подножку, не понимая истинной сути теории». В 1956 году работа Шеннона вдохновила создание Общества теории информации IEEE. Вскоре появились экономические, биологические и другие подгруппы. В начале 1970-х годов IEEE Transactions on Information Theory была опубликована статья под названием «Теория информации, фотосинтез и религия», в которой осуждается чрезмерное распространение теории Шеннона. [Примечание редактора: на самом деле статья Питера Элиаса была озаглавлена «Две знаменитые статьи» и была опубликована в сентябре 1958 года.]
Шеннон, хотя и скептически относился к некоторым применениям своей теории, не был ограничен в собственных изысканиях. В 1950-х годах в своей гостиной он проводил эксперименты на тему избыточности языка. В них участвовала его жена Бетти, работавшая в Bell, Бернард Оливер, еще один ученый из Bell (а также бывший президент IEEE), а также жена Оливера. Кто-то называл первые буквы слова или слов в предложении, а все остальные пытались угадать продолжение. Другой эксперимент Шеннон поставил в Bell Laboratories. Сотрудники должны были подсчитать, сколько раз в письме появлялись различные буквы, и каков порядок их появления.
Кроме того, Шеннон предположил, что применение теории информации к биологическим системам может оказаться и не натяжкой. «Нервная система — это сложная коммуникационная система, которая обрабатывает информацию весьма неочевидным путём», — сказал он. Когда его спросили, считает ли он, что машины могут «думать», он ответил: «Еще бы! Я машина, и вы машина, и мы оба думаем».
Работа Шеннона в области теории информации и его любовь ко всевозможным устройствам привели его к увлечению «умными» машинами. Шеннон был одним из первых ученых, предположивших, что компьютер может играть с человеком в шахматы. А в 1950 году он написал статью для Scientific American, объясняющую, как эту задачу можно выполнить.
На шахматах дело не закончилось. Шеннон соорудил машину для «чтения мыслей». Она могла играть с человеком в «орел или решка» и угадывать ставку. Прототип построил коллега Шеннона из Bell Laboratories, Дэвид В. Хейгелбаргер. Машина записывала и анализировала прошлые ходы соперника и создавала модели, которые предсказывали бы следующий выбор. Поскольку человеческий выбор почти всегда строится на определенной модели, машина угадывала более чем в 50% случаев. А потом Шеннон сконструировал собственную версию машины и вызвал Хейгелбаргера на легендарную дуэль.
Он также создал машину, способную обыграть любого игрока-человека в настольной игре гекс, которая была популярна среди математиков несколько десятилетий назад. Шеннон построил доску таким образом, чтобы на стороне человека было больше гексов, чем на противоположном. Для победы машине было достаточно «захватить» центральный гекс, а затем просчитать доступные варианты ходов.
Машина могла срабатывать мгновенно, но чтобы создать впечатление, что она обдумывает свой следующий ход, Шеннон добавил в цепь переключатель задержки. Эндрю Глисон, блестящий математик из Гарварда, со словами «ни одна машина меня не побьет» бросил вызов устройству Шеннона. И только когда Глисон, разгромленный в пух и прах, потребовал реванша, Шеннон раскрыл ему секрет машины.
В 1950 году Шеннон сделал механическую мышь, которая могла научиться прокладывать себе путь через лабиринт к медному кусочку сыра без посторонней (на первый взгляд) помощи. В честь героя древнегреческого мифа, нашедшего выход из лабиринта и поборовшего Минотавра, Шеннон назвал мышь Тесеем. Фактически, «мозг» мыши был заключен в наборе схем на вакуумных лампах, которые находились под полом лабиринта. Эти схемы контролировали движение магнита, который в свою очередь контролировал мышь.
Когда в 1977 году редактор IEEE Spectrum предложил читателям создать автономную «микро-мышку» со встроенным «мозгом», которая путем проб и ошибок могла бы пройти лабиринт, а затем на основе своего опыта научиться проходить его без ошибок, ему позвонил бывший коллега Шеннона. Позвонил с тем, чтобы доказать, будто Шеннон уже построил такую машину почти 30 лет назад.
Понимая, что технологии 50-х не позволяли провернуть нечто подобное, редактор все равно связался с Шенноном. В ответ он рассмеялся и рассказал, как провел многих людей по всей стране. Шторы вокруг стола с лабиринтом скрывали механизм от зрителей и были важным компонентом устройства. Когда в 1979 году Spectrum торжественно вручал награды Amazing Micromouse Maze Contest, Шеннон снял Тесея со своего чердака, погрузил его в машину и выставил на витрине рядом с механизмом-победителем.
Отвечая на вопросы о перспективах искусственного интеллекта, Шеннон отметил, что современные компьютеры, несмотря на их невероятную мощь, все еще «не достигли человеческого уровня» в плане обработки «сырой» информации. Он подчеркивает, что даже задача по репликации человеческого зрения пока что слишком сложна для машин. Но при этом добавляет: «лично я вполне верю в то, что через несколько десятилетий машины смогут превзойти людей».
Единая полевая теория жонглирования
В 1956 году Шеннон оставил постоянную должность в Bell Labs (но еще более десяти лет работал внештатно), чтобы стать профессором коммуникационных наук в MIT. В последние годы его новой великой страстью стало жонглирование. Он построил несколько жонглирующих машин и разработал единую полевую теорию жонглирования: если B равно числу шаров, H — числу рук, D — времени, которое каждый шар проводит в руке, F — времени полета каждого шара и E — времени, когда каждая рука пуста, то B / H = (D + F) / (D + E).
(К сожалению, теория не могла помочь Шеннону жонглировать более чем четырьмя шарами одновременно. Он говорил, что его руки слишком малы.)
Шеннон также разработал множество математических моделей для прогнозирования роста акций и протестировал их — успешно, по его словам, — на своем собственном портфеле.
Он даже увлекался поэзией. Среди его работ есть ода кубику Рубика, популярной головоломке конца 1970-х. Стихотворение «Рубрика о кубиках Рубика» написано на мотив композиции Ta-Ra-Ra-Boom-De-Aye, а одна из строф выглядит примерно так (вольный перевод на русский язык приведен чуть ниже):
“Respect your cube and keep it clean./Lube your cube with Vaseline./Beware the dreaded cubist’s thumb,/The callused hand and fingers numb./No borrower nor lender be./Rude folk might switch two tabs on thee,/The most unkindest switch of all,/Into insolubility. [Chorus] In-sol-u-bility./The strangest place to be./However you persist/Solutions don’t exist.”
Уважь свой кубик, в чистоте
Держи его и смажь везде.
Но бойся тех, кто этот куб,
Не выпускал всю жизнь из рук.
Не отдавай свой кубик. Вот —
Его сломает обормот.
Предмет — странней не видел свет,
Собрать его ни шанса нет!
[Припев]
Не-раз-ре-шимый куб,
Пусть даже ты не глуп.
Из кожи лезешь, но
Не сможешь все равно.
У самого Шеннона был особый талант, и он с успехом решал головоломку. По словам Элвина Берлекэмпа, который учился у него в Массачусетском технологическом институте и совместно с ним написал несколько работ, «есть разрешимые проблемы, которые тривиальны, и серьезные проблемы, у которых решения нет», объяснил Берлекэмп. Шеннон обладал «фантастической интуицией и способностью формулировать глубокие проблемы, которые возможно решить».
С конца 1950-х годов Шеннон мало что публиковал касательно теории информации. Некоторые бывшие коллеги из Bell Laboratories предположили, что, к тому времени, когда Шеннон ушел в Массачусетский технологический институт, он «перегорел» и устал от собственного творения.
Шеннон опровергал эти заявления. По его собственным словам, он продолжал работать над проблемами в сфере в теории информации вплоть до 1960-х годов и даже опубликовал несколько статей, пускай и не считал большую часть своих исследований достойными публикации. «Большинство великих математиков свои лучшие работы написали в молодости», — отмечает он.
В 1960-х Шеннон также прекратил посещать встречи, посвященные теории информации. Берлекэмп предлагает возможное объяснение: в 1973 году ему удалось убедить Шеннона прочитать первую ежегодную лекцию на Международном симпозиуме по теории информации. Но в последнюю минуту Шеннон едва не отказался. «Мне никогда не приходилось видеть человека, который так сильно боится сцены» — вспоминает Берлекэмп. «Толпа смотрела на него, как на бога, и, как мне кажется, он боялся не оправдать их ожиданий».
В конце концов Шеннон произнес вдохновляющую речь, в которой предвосхитил идеи об универсальности обратной связи и самореференциальности в природе.
Тем не менее, Шеннон снова исчез из виду. Лишь в последние годы жена вдохновила его на посещение небольших собраний и различных лабораторий, где ученые работают с его теорией.
В 1985 году он неожиданно приехал на Международный симпозиум по теории информации в Брайтоне. Встреча шла своим чередом ровно до того момента, как прошел слух, что седой мужчина с застенчивой улыбкой, который появляется то там, то здесь, это Клод Шеннон. А ведь некоторые из гостей конференции даже не знали, что он все еще жив.
На банкете организаторы встречи как-то убедили Шеннона обратиться к аудитории. Он говорил несколько минут, а затем, опасаясь, что публика заскучает, выудил из карманов три шарика и начал жонглировать. Люди подбадривали его, а затем выстроились в очередь, чтобы взять автограф. Как позже заметил Роберт Дж. Макэлиэс, профессор электротехники в Калифорнийском технологическом институте и председатель симпозиума, выглядело так, будто «сам Ньютон появился на конференции по физике».
Клод Шеннон умер в 2001 году в возрасте 84 лет после многих лет борьбы с болезнью Альцгеймера и по праву считается одним из величайших инженеров электроники всех времен.