Claude Shannon – Biografi, historie og opfindelser

Claude Shannon er en berømt amerikansk matematiker, elektronikingeniør og genetiker, som undertiden kaldes informationsteoriens fader.

Claude Elwood Shannon (1916-2001) var en fremragende studerende, og efter at have modtaget to bachelorgrader (en i elektroteknik og en i matematik) på University of Michigan i 1936 begyndte han at studere på Massachusetts Institute of Technology (MIT), hvor han opnåede en kandidatgrad i elektroteknik og sin ph.d. i matematik i 1940. Mens han var på MIT, arbejdede han på Vannevar Bushs differentialanalysator (en mekanisk analog computer, der var designet til at løse differentialligninger ved integration).

Mens han studerede de komplicerede kredsløb i differentialanalysatoren, så Shannon, at Booles begreber kunne bruges der til stor nytte. I 1938-udgaven af Transactions of the American Institute of Electrical Engineers offentliggjorde han en artikel, der var hentet fra hans kandidatafhandling fra 1937 – A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits (en symbolsk analyse af relæ- og koblingskredsløb). Denne artikel indbragte Shannon Alfred Noble-prisen fra American Institute of American Engineers i 1940. Nogle har kaldt Shannons afhandling muligvis århundredets vigtigste og også den mest berømte kandidatafhandling

I sin afhandling beviste Shannon, at Boolsk algebra og binær aritmetik kunne bruges til at forenkle indretningen af de elektromekaniske relæer, der dengang blev brugt i telefoniske koblinger, hvorefter han vendte op og ned på konceptet og også beviste, at det burde være muligt at bruge indretninger af relæer til at løse Boolsk algebra-problemer. Udnyttelsen af denne egenskab ved elektriske kontakter til at lave logik er det grundlæggende koncept, der ligger til grund for alle elektroniske digitale computere. Shannons arbejde blev grundlaget for praktisk design af digitale kredsløb, da det blev almindeligt kendt blandt elektroteknikere i løbet af og efter 2. verdenskrig. Den teoretiske stringens i Shannons arbejde erstattede fuldstændig de ad hoc-metoder, der tidligere havde været fremherskende.

I 1940 blev Shannon National Research Fellow ved Institute for Advanced Study i Princeton, New Jersey. På Princeton havde Shannon mulighed for at diskutere sine ideer med indflydelsesrige videnskabsmænd og matematikere som Hermann Weyl og John von Neumann. Shannon arbejdede frit på tværs af fagområder og begyndte at forme de idéer, der skulle blive til informationsteori.

Under Anden Verdenskrig arbejdede Shannon på brandkontrolsystemer og kryptografi på Bell Labs. I 1943 kom han i kontakt med den berømte britiske matematiker og kryptoanalytiker Alan Turing, som på det tidspunkt var i Washington for at dele med den amerikanske flådes kryptoanalytiske tjeneste de metoder, som den britiske regerings kode- og kryptoskole brugte til at bryde de tyske krypteringskoder. Turing viste Shannon sin banebrydende artikel On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem fra 1936, som definerede det, der nu er kendt som den universelle Turing-maskine, og som imponerede ham, da mange af dens idéer supplerede hans egne.

I 1948 udgav Shannon endnu en banebrydende artikel – A Mathematical Theory of Communication (En matematisk teori om kommunikation). I dette dokument definerede han emnet informationsteori og foreslog en lineær skematisk model af et kommunikationssystem, hvilket var en ny idé. Kommunikation blev dengang opfattet som noget, der krævede elektromagnetiske bølger, der skulle sendes ned ad en ledning. Ideen om, at man kunne overføre billeder, ord, lyde osv. ved at sende en strøm af 1’er og 0’er ned ad en ledning. Shannon introducerede ordet bit for første gang og viste, at man ved at tilføje ekstra bits til et signal kunne korrigere overførselsfejl ved at tilføje ekstra bits til et signal. Han var den person, der så, at det binære ciffer var det grundlæggende element i al kommunikation. Det var virkelig hans opdagelse, og på baggrund af den er hele kommunikationsrevolutionen opstået.

Ideerne i Shannons artikel blev hurtigt taget op af kommunikationsingeniører og matematikere over hele verden. De blev uddybet, udvidet og suppleret med nye beslægtede idéer. Emnet blomstrede og voksede til at blive et velafrundet og spændende kapitel i videnskabens annaler.

Shannon beskæftigede sig i sit senere arbejde med ideer inden for kunstig intelligens. I 1950 offentliggjorde han en banebrydende artikel om computerskak med titlen Programming a Computer for Playing Chess, som førte til det første fulde spil, der blev spillet af Los Alamos MANIAC-computeren i 1956. I samme år 1950 skabte han den elektroniske mus Theseus (se billedet ved siden af), som kunne løse labyrintproblemer. Det var en magnetisk mus, der blev styret af et relækredsløb, som gjorde det muligt for den at bevæge sig rundt i en labyrint bestående af 25 felter. Konfigurationen af labyrinten var fleksibel, og den kunne ændres efter ønske. Musen var designet til at søge gennem korridorerne, indtil den fandt målet. Når musen havde bevæget sig gennem labyrinten, ville den blive placeret hvor som helst, den havde været før, og på grund af dens tidligere erfaringer kunne den gå direkte til målet. Hvis den blev placeret i et ukendt område, blev den programmeret til at søge, indtil den nåede et kendt sted, hvorefter den fortsatte til målet og tilføjede den nye viden til sin hukommelse og dermed læring. Shannons mus synes at have været den første indlæringsanordning af sin art.

Shannon anvendte også sit opfindergeni på andre områder, f.eks. ved at opfinde en to-sædet udgave af sin elskede enhjulede cykel, og det er nok rigtigt, at ingen var ivrig efter at dele den med ham. En senere opfindelse, encyklen med et excentrisk nav, fik folk ud i korridorerne for at se ham køre på den, mens han bobbede op og ned som en and.