Claude Shannon – Biographie, Geschichte und Erfindungen

Claude Shannon ist ein berühmter amerikanischer Mathematiker, Elektronikingenieur und Genetiker, der manchmal als Vater der Informationstheorie bezeichnet wird.

Claude Elwood Shannon (1916-2001) war ein hervorragender Student, und nachdem er 1936 zwei Bachelor-Abschlüsse (einen in Elektrotechnik und einen in Mathematik) an der Universität von Michigan erhalten hatte, begann er ein Studium am Massachusetts Institute of Technology (MIT), wo er 1940 einen Master-Abschluss in Elektrotechnik und einen Doktortitel in Mathematik erhielt. Während seiner Zeit am MIT arbeitete er an Vannevar Bushs Differentialanalysator (einem mechanischen Analogcomputer, der Differentialgleichungen durch Integration lösen sollte).

Beim Studium der komplizierten Schaltungen des Differentialanalysators erkannte Shannon, dass die Konzepte von Boole dort von großem Nutzen sein könnten. In der 1938 erschienenen Ausgabe der Transactions of the American Institute of Electrical Engineers veröffentlichte er eine Arbeit, die auf seiner Masterarbeit von 1937 basierte – A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Für diese Arbeit erhielt Shannon 1940 den Alfred Noble American Institute of American Engineers Award. Einige Leute bezeichneten Shannons Arbeit als die vielleicht wichtigste und auch berühmteste Masterarbeit des Jahrhunderts

In seiner Arbeit bewies Shannon, dass Boolesche Algebra und binäre Arithmetik zur Vereinfachung der Anordnung elektromechanischer Relais, die damals in Telefonschaltern verwendet wurden, verwendet werden konnten, stellte dann das Konzept auf den Kopf und bewies auch, dass es möglich sein sollte, Anordnungen von Relais zur Lösung von Problemen der Booleschen Algebra zu verwenden. Die Ausnutzung dieser Eigenschaft elektrischer Schalter für logische Operationen ist das Grundkonzept, das allen elektronischen Digitalrechnern zugrunde liegt. Shannons Arbeit wurde zur Grundlage für die Entwicklung praktischer digitaler Schaltungen, als sie während und nach dem Zweiten Weltkrieg in der Elektrotechnik weithin bekannt wurde. Die theoretische Strenge von Shannons Arbeit ersetzte die zuvor vorherrschenden Ad-hoc-Methoden vollständig.

Im Jahr 1940 wurde Shannon National Research Fellow am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey. In Princeton hatte Shannon die Möglichkeit, seine Ideen mit einflussreichen Wissenschaftlern und Mathematikern wie Hermann Weyl und John von Neumann zu diskutieren. Shannon arbeitete frei und interdisziplinär und begann, die Ideen zu entwickeln, die zur Informationstheorie werden sollten.

Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete Shannon in den Bell Labs an Feuerleitsystemen und Kryptographie. Im Jahr 1943 kam er in Kontakt mit dem berühmten britischen Mathematiker und Kryptoanalytiker Alan Turing, der sich zu dieser Zeit in Washington aufhielt, um dem kryptoanalytischen Dienst der US-Marine die Methoden vorzustellen, mit denen die britische Government Code and Cypher School die deutschen Chiffren geknackt hatte. Turing zeigte Shannon seine bahnbrechende Arbeit „On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem“ von 1936, in der er das definierte, was heute als universelle Turing-Maschine bekannt ist, was ihn beeindruckte, da viele seiner Ideen seine eigenen ergänzten.

1948 veröffentlichte Shannon eine weitere bahnbrechende Arbeit – „A Mathematical Theory of Communication“. Darin definierte er den Gegenstand der Informationstheorie und schlug ein lineares schematisches Modell eines Kommunikationssystems vor, was eine neue Idee war. Damals ging man davon aus, dass für die Kommunikation elektromagnetische Wellen erforderlich sind, die über ein Kabel übertragen werden. Die Idee, dass man Bilder, Wörter, Töne usw. übertragen kann, indem man einen Strom von 1en und 0en über eine Leitung schickt. Shannon führte zum ersten Mal das Wort Bit ein und zeigte, dass das Hinzufügen zusätzlicher Bits zu einem Signal die Korrektur von Übertragungsfehlern ermöglicht. Er war derjenige, der erkannte, dass die binäre Ziffer das grundlegende Element der gesamten Kommunikation ist. Das war seine eigentliche Entdeckung, aus der die gesamte Kommunikationsrevolution hervorging.

Die Ideen in Shannons Aufsatz wurden bald von Kommunikationsingenieuren und Mathematikern in aller Welt aufgegriffen. Sie wurden vertieft, erweitert und durch neue verwandte Ideen ergänzt. Das Thema gedieh und wuchs zu einem abgerundeten und spannenden Kapitel in den Annalen der Wissenschaft heran.

Shannons spätere Arbeit befasste sich mit Ideen der künstlichen Intelligenz. 1950 veröffentlichte er eine bahnbrechende Arbeit über Computerschach mit dem Titel Programming a Computer for Playing Chess, die 1956 zur ersten vollständigen Partie führte, die der MANIAC-Computer in Los Alamos spielte. Im selben Jahr 1950 entwickelte er die elektronische Maus Theseus (siehe nebenstehendes Foto), die Labyrinthprobleme lösen konnte. Es handelte sich um eine magnetische Maus, die von einer Relaisschaltung gesteuert wurde, die es ihr ermöglichte, sich in einem Labyrinth aus 25 Feldern zu bewegen. Die Konfiguration des Labyrinths war flexibel und konnte nach Belieben geändert werden. Die Maus sollte die Korridore durchsuchen, bis sie das Ziel gefunden hatte. Nachdem sie das Labyrinth durchquert hatte, wurde die Maus an einem beliebigen Ort platziert, an dem sie sich zuvor aufgehalten hatte, und konnte aufgrund ihrer früheren Erfahrung direkt zum Ziel gehen. Wenn sie sich in einem unbekannten Gebiet befand, wurde sie so programmiert, dass sie so lange suchte, bis sie einen bekannten Ort erreichte, und dann zum Ziel ging, wobei sie das neue Wissen in ihr Gedächtnis eintrug und so lernte. Shannons Maus scheint das erste lernende Gerät dieser Art gewesen zu sein.

Shannon wandte sein Erfindergenie auch auf andere Bereiche an, z.B. erfand er eine zweisitzige Version seines geliebten Einrads, und es ist wahrscheinlich wahr, dass niemand darauf erpicht war, es mit ihm zu teilen. Eine spätere Erfindung, das Einrad mit außermittiger Nabe, lockte die Leute auf die Flure, um ihn zu beobachten, wie er damit auf und ab fuhr wie eine Ente.