Claude Shannon – životopis, historie a vynálezy

Claude Shannon je slavný americký matematik, elektronik a genetik, někdy označovaný za otce teorie informace.

Claude Elwood Shannon (1916-2001) byl vynikajícím studentem a poté, co v roce 1936 získal dva bakalářské tituly (jeden z elektrotechniky a druhý z matematiky) na Michiganské univerzitě, zahájil postgraduální studium na Massachusettském technologickém institutu (MIT), kde v roce 1940 získal magisterský titul z elektrotechniky a doktorát z matematiky. Během studia na MIT pracoval na diferenciálním analyzátoru Vannevara Bushe (mechanický analogový počítač určený k řešení diferenciálních rovnic integrací).

Při studiu složitých obvodů diferenciálního analyzátoru si Shannon všiml, že Booleovy koncepce by zde mohly být velmi užitečně využity. Ve vydání časopisu Transactions of the American Institute of Electrical Engineers z roku 1938 publikoval článek, který čerpal ze své magisterské práce z roku 1937 – Symbolická analýza reléových a spínacích obvodů. Za tento článek získal Shannon v roce 1940 cenu Alfreda Noblea Amerického institutu elektroinženýrů. Někteří lidé označují Shannonovu práci za pravděpodobně nejdůležitější a také nejslavnější magisterskou práci století

V článku Shannon dokázal, že Booleovu algebru a binární aritmetiku lze použít ke zjednodušení uspořádání elektromechanických relé, která se tehdy používala v telefonních směrových spínačích, poté tento koncept obrátil naruby a také dokázal, že by mělo být možné použít uspořádání relé k řešení problémů Booleovy algebry. Využití této vlastnosti elektrických spínačů k logickému počítání je základním konceptem, na němž jsou založeny všechny elektronické číslicové počítače. Shannonova práce se stala základem praktického návrhu digitálních obvodů, když se stala široce známou mezi elektrotechnickou komunitou během 2. světové války a po ní. Teoretická přísnost Shannonovy práce zcela nahradila ad hoc metody, které dříve převládaly.

V roce 1940 se Shannon stal národním výzkumným pracovníkem na Institutu pro pokročilá studia v Princetonu ve státě New Jersey. V Princetonu měl Shannon možnost diskutovat o svých myšlenkách s vlivnými vědci a matematiky, jako byli Hermann Weyl a John von Neumann. Shannon volně pracoval napříč obory a začal formovat myšlenky, které se staly teorií informace.

Během druhé světové války pracoval Shannon v Bellových laboratořích na systémech řízení palby a kryptografii. V roce 1943 se dostal do kontaktu se slavným britským matematikem a kryptoanalytikem Alanem Turingem, který byl v té době ve Washingtonu, aby se s kryptoanalytickou službou amerického námořnictva podělil o metody používané britskou vládní školou Code and Cypher School k prolomení německých šifer. Turing ukázal Shannonovi svůj zásadní článek z roku 1936 On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem, který definoval to, co je dnes známo jako univerzální Turingův stroj, což na něj udělalo dojem, protože mnoho jeho myšlenek doplňovalo jeho vlastní.

V roce 1948 Shannon publikoval další zásadní článek – Mathematical Theory of Communication. V tomto článku definoval předmět teorie informace a navrhl lineární schematický model komunikačního systému, což byla nová myšlenka. O komunikaci se tehdy uvažovalo jako o komunikaci vyžadující přenos elektromagnetických vln po vedení. Představa, že lze přenášet obrázky, slova, zvuky atd. vysíláním proudu jedniček a nul po drátu. Shannon poprvé zavedl slovo bit a ukázal, že přidání dalších bitů k signálu umožňuje opravit chyby přenosu. Byl to on, kdo si uvědomil, že binární číslice je základním prvkem všech komunikací. To byl skutečně jeho objev, od kterého se odvíjela celá komunikační revoluce.

Myšlenky v Shannonově článku brzy převzali komunikační inženýři a matematici po celém světě. Rozvíjeli je, rozšiřovali a doplňovali o nové související myšlenky. Téma vzkvétalo a rozrůstalo se, až se stalo ucelenou a vzrušující kapitolou v análech vědy.

Pozdější Shannonova práce se zabývala myšlenkami v oblasti umělé inteligence. V roce 1950 publikoval průkopnickou práci o počítačových šachách s názvem Programming a Computer for Playing Chess (Programování počítače pro hraní šachů), která vedla k první kompletní partii sehrané počítačem MANIAC v Los Alamos v roce 1956. V témže roce 1950 vytvořil elektronickou myš Theseus (viz nedaleká fotografie), která dokázala řešit problémy s bludištěm. Byla to magnetická myš řízená reléovým obvodem, který jí umožňoval pohybovat se v bludišti o 25 čtvercích. Konfigurace bludiště byla flexibilní a bylo možné ji libovolně upravovat. Myš byla navržena tak, aby prohledávala chodby, dokud nenajde cíl. Poté, co myš prošla bludištěm, mohla být umístěna kdekoli, kde se předtím nacházela, a díky svým předchozím zkušenostem mohla jít přímo k cíli. Pokud byla umístěna na neznámé území, byla naprogramována tak, aby hledala, dokud nedosáhne známého místa, a pak by pokračovala k cíli a přidala nové znalosti do své paměti, čímž by se učila. Shannonova myš byla zřejmě prvním učícím se zařízením svého druhu.

Shannon uplatnil svou vynálezeckou genialitu i v jiných oblastech, např. vynalezl dvoumístnou verzi své oblíbené jednokolky, a je asi pravda, že se s ním o ni nikdo nechtěl dělit. Pozdější vynález, jednokolka s mimostředovým nábojem, přiváděl lidi na chodby, aby ho pozorovali, jak na ní jezdí a kymácí se nahoru a dolů jako kachna.