Claude Shannon – Biografie, geschiedenis en uitvindingen

Claude Shannon is een beroemde Amerikaanse wiskundige, elektrotechnicus en geneticus, die ook wel de vader van de informatietheorie wordt genoemd.

Claude Elwood Shannon (1916-2001) was een uitstekend student, en nadat hij in 1936 twee bachelordiploma’s had behaald (een in elektrotechniek en een in wiskunde) aan de Universiteit van Michigan, begon hij een doctoraalstudie aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), waar hij in 1940 een mastersdiploma in elektrotechniek en zijn doctoraaldiploma in wiskunde behaalde. Op het MIT werkte hij aan de differentiaalanalyzer van Vannevar Bush (een mechanische analoge computer, ontworpen om differentiaalvergelijkingen op te lossen door integratie).

Terwijl hij de ingewikkelde schakelingen van de differentiaalanalyzer bestudeerde, zag Shannon dat de concepten van Boole daar tot groot nut konden worden gebruikt. In het nummer van 1938 van de Transactions of the American Institute of Electrical Engineers publiceerde hij een artikel, ontleend aan zijn masterscriptie van 1937 – A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Dit artikel leverde Shannon in 1940 de Alfred Noble American Institute of American Engineers Award op. Sommigen noemden de dissertatie van Shannon misschien wel de belangrijkste, en ook de beroemdste, masterscriptie van de eeuw

In zijn paper bewees Shannon dat Booleaanse algebra en binaire rekenkunde konden worden gebruikt om de opstelling van de elektromechanische relais te vereenvoudigen die vervolgens werden gebruikt in telefoon routing schakelaars, vervolgens draaide hij het concept om en bewees ook dat het mogelijk moest zijn om opstelling van relais te gebruiken om Booleaanse algebra problemen op te lossen. Het uitbuiten van deze eigenschap van elektrische schakelaars om logica te bedrijven is het basisconcept dat ten grondslag ligt aan alle elektronische digitale computers. Het werk van Shannon werd de basis van het ontwerpen van praktische digitale schakelingen toen het tijdens en na de Tweede Wereldoorlog algemeen bekend werd in de elektrotechnische wereld. De theoretische nauwkeurigheid van Shannon’s werk verving de ad hoc methoden die voorheen de overhand hadden gehad volledig.

In 1940 werd Shannon een National Research Fellow aan het Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey. Op Princeton had Shannon de gelegenheid zijn ideeën te bespreken met invloedrijke wetenschappers en wiskundigen als Hermann Weyl en John von Neumann. Shannon werkte vrijelijk over de disciplines heen, en begon de ideeën vorm te geven die de informatietheorie zouden worden.

Tijdens de Tweede Wereldoorlog werkte Shannon aan vuurleidingssystemen en cryptografie bij Bell Labs. In 1943 kwam hij in contact met de beroemde Britse wiskundige en cryptanalyticus Alan Turing, die toen in Washington was om met de cryptanalytische dienst van de US Navy de methoden te delen die door de Britse Government Code and Cypher School werden gebruikt om de Duitse cijfers te breken. Turing toonde Shannon zijn baanbrekende 1936 paper On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem, dat definieerde wat nu bekend staat als de Universal Turing machine, die indruk op hem maakte, omdat veel van zijn ideeën complementair waren aan de zijne.

In 1948 publiceerde Shannon nog een baanbrekende paper-A Mathematical Theory of Communication. In dit artikel definieerde hij het onderwerp informatietheorie en stelde hij een lineair schematisch model van een communicatiesysteem voor, wat een nieuw idee was. Communicatie werd toen gezien als het verzenden van elektromagnetische golven via een draad. Het idee dat men beelden, woorden, geluiden, enz. kon overbrengen door een stroom van 1-en en 0-en door een draad te sturen. Shannon, die voor het eerst het woord bit introduceerde, toonde aan dat door toevoeging van extra bits aan een signaal transmissiefouten konden worden gecorrigeerd. Hij was de persoon die zag dat het binaire cijfer het fundamentele element was in alle communicatie. Dat was echt zijn ontdekking, en daaruit is de hele communicatierevolutie voortgekomen.

De ideeën in Shannon’s artikel werden al snel opgepikt door communicatie-ingenieurs en wiskundigen over de hele wereld. Ze werden verder uitgewerkt, uitgebreid en aangevuld met nieuwe verwante ideeën. Het onderwerp bloeide op en groeide uit tot een veelzijdig en opwindend hoofdstuk in de annalen van de wetenschap.

Shannons latere werk had betrekking op ideeën over kunstmatige intelligentie. In 1950 publiceerde hij een baanbrekend artikel over computerschaak, getiteld Programming a Computer for Playing Chess, dat leidde tot de eerste volledige partij gespeeld door de Los Alamos MANIAC-computer in 1956. Dezelfde 1950 creëerde hij de elektronische muis Theseus (zie de foto hiernaast) die doolhofproblemen kon oplossen. Het was een magnetische muis die werd bestuurd door een relaisschakeling die hem in staat stelde zich door een doolhof van 25 vierkanten te bewegen. De configuratie van het doolhof was flexibel en kon naar believen worden gewijzigd. De muis was ontworpen om door de gangen te zoeken tot hij het doel had gevonden. Na de reis door het doolhof werd de muis ergens geplaatst waar hij al eerder was geweest en door zijn eerdere ervaring kon hij rechtstreeks naar het doel gaan. Als de muis in een onbekend gebied werd geplaatst, was hij geprogrammeerd om te zoeken tot hij een bekende locatie bereikte en dan ging hij verder naar het doel, waarbij hij de nieuwe kennis aan zijn geheugen toevoegde en zo leerde. Shannon’s muis schijnt het eerste leerapparaat in zijn soort te zijn geweest.

Shannon paste zijn genialiteit als uitvinder ook op andere gebieden toe, b.v. door een tweezitsversie van zijn geliefde eenwieler uit te vinden, en het is waarschijnlijk waar dat niemand stond te popelen om die met hem te delen. Een latere uitvinding, de eenwieler met een excentrische naaf, bracht mensen naar de gangen om hem te zien rijden, op en neer dobberend als een eend.