Claude Shannon – Biografi, historia och uppfinningar

Claude Shannon är en berömd amerikansk matematiker, elektronikingenjör och genetiker som ibland kallas informationsteorins fader.

Claude Elwood Shannon (1916-2001) var en framstående student och efter att 1936 ha erhållit två kandidatexamina (en i elektroteknik och en i matematik) vid University of Michigan inledde han forskarstudier vid Massachusetts Institute of Technology (MIT), där han 1940 erhöll en magisterexamen i elektroteknik och sin doktorsexamen i matematik. Medan han var vid MIT arbetade han med Vannevar Bushs differentialanalysator (en mekanisk analog dator, utformad för att lösa differentialekvationer genom integration).

När han studerade de komplicerade kretsarna i differentialanalysatorn såg Shannon att Booles begrepp skulle kunna användas där till stor nytta. I 1938 års nummer av Transactions of the American Institute of Electrical Engineers publicerade han en artikel, hämtad från hans magisteruppsats från 1937 – A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Denna artikel gav Shannon Alfred Noble-priset från American Institute of American Engineers 1940. Vissa kallade Shannons avhandling för århundradets kanske viktigaste och även mest berömda magisteravhandling

I sin avhandling bevisade Shannon att Boolesk algebra och binär aritmetik kunde användas för att förenkla arrangemanget av de elektromekaniska reläer som då användes i telefonväxlar, och sedan vände han upp och ner på konceptet och bevisade också att det borde vara möjligt att använda arrangemang av reläer för att lösa problem med Boolesk algebra. Att utnyttja denna egenskap hos elektriska växlar för att göra logik är det grundläggande koncept som ligger till grund för alla elektroniska digitala datorer. Shannons arbete blev grunden för praktisk digital kretsdesign när det blev allmänt känt bland elektrotekniker under och efter andra världskriget. Den teoretiska stringensen i Shannons arbete ersatte helt och hållet de ad hoc-metoder som tidigare hade varit rådande.

År 1940 blev Shannon National Research Fellow vid Institute for Advanced Study i Princeton, New Jersey. På Princeton fick Shannon möjlighet att diskutera sina idéer med inflytelserika forskare och matematiker som Hermann Weyl och John von Neumann. Shannon arbetade fritt över ämnesgränserna och började forma de idéer som skulle komma att bli informationsteori.

Under andra världskriget arbetade Shannon med eldledningssystem och kryptografi på Bell Labs. År 1943 kom han i kontakt med den berömda brittiska matematikern och kryptoanalytikern Alan Turing, som då befann sig i Washington för att med den amerikanska flottans kryptoanalytiska tjänst dela med sig av de metoder som användes av den brittiska regeringens kod- och chifferskola för att knäcka de tyska chifferna. Turing visade Shannon sin banbrytande artikel On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem från 1936, som definierade det som nu är känt som den universella Turing-maskinen, vilket imponerade på honom, eftersom många av dess idéer kompletterade hans egna.

1948 publicerade Shannon en annan banbrytande artikel – A Mathematical Theory of Communication. I denna uppsats definierade han ämnet informationsteori och föreslog en linjär schematisk modell av ett kommunikationssystem, vilket var en ny idé. Kommunikation ansågs då kräva att elektromagnetiska vågor skickades ner i en tråd. Tanken att man kunde överföra bilder, ord, ljud osv. genom att skicka en ström av 1:or och 0:or i en tråd. Shannon introducerade ordet bit för första gången och visade att man genom att lägga till extra bitar till en signal kunde korrigera överföringsfel. Han var den person som såg att den binära siffran var det grundläggande elementet i all kommunikation. Det var verkligen hans upptäckt, och från den har hela kommunikationsrevolutionen sprungit fram.

Idéerna i Shannons artikel togs snart upp av kommunikationsingenjörer och matematiker runt om i världen. De utvecklades, utvidgades och kompletterades med nya relaterade idéer. Ämnet frodades och växte till att bli ett väl avrundat och spännande kapitel i vetenskapens annaler.

Shannons senare arbete handlade om idéer inom artificiell intelligens. År 1950 publicerade han en banbrytande artikel om datorschack med titeln Programming a Computer for Playing Chess, som ledde till det första fullständiga partiet som spelades av Los Alamos MANIAC-datorn 1956. Samma år 1950 skapade han den elektroniska musen Theseus (se fotot i närheten) som kunde lösa labyrintproblem. Det var en magnetisk mus som styrdes av en reläkrets som gjorde det möjligt för den att röra sig i en labyrint med 25 rutor. Labyrintkonfigurationen var flexibel och kunde ändras när som helst. Musen var utformad för att söka igenom korridorerna tills den hittade målet. Efter att ha färdats genom labyrinten skulle musen sedan placeras där den hade varit tidigare och på grund av sin tidigare erfarenhet kunde den gå direkt till målet. Om musen placerades i ett okänt område var den programmerad att söka tills den nådde en känd plats och sedan skulle den fortsätta till målet, lägga till den nya kunskapen till sitt minne och på så sätt lära sig. Shannons mus verkar ha varit den första inlärningsanordningen i sitt slag.

Shannon tillämpade också sitt uppfinnargeni på andra områden, t.ex. genom att uppfinna en tvåsitsig version av sin älskade enhjuling, och det är förmodligen sant att ingen var angelägen om att dela med sig av den till honom. En senare uppfinning, en enhjuling med ett ojämnt nav, fick folk att gå ut i korridorerna för att titta på honom när han åkte på den och guppade upp och ner som en anka.