Кто такой клод шеннон и чем он знаменит. Американский инженер Клод Шеннон и чем он знаменит

В 2016 году исполнилось сто лет со дня рождения Клода Шеннона. “И чем он знаменит?”, - наверняка спросят те, кто не имеет никакого отношения к кибернетике и теории автоматического управления. А все посвященные, конечно же, поймут, что речь идет об авторе ряда теорем, которые преподаются на технических факультетах в университетах и которые так и называются - теоремы Шеннона. Далее в статье мы расскажем вам о жизни и деятельности этого выдающегося ученого-кибернетика и инженера. История его жизни занимательна и порой немного даже фантастическая.

Клод Шеннон: биография и чем он знаменит?

Родился будущий ученый 30 апреля 1916 года в США, городе Петоцки, который расположен на озере Мичиган. Его отец был по профессии юристом, а мать - преподавательницей иностранных языков. Однако и он, и его старшая сестра с детства увлекались математикой. Кэтрин Шеннон поступила в математический факультет, а затем стала профессором и преподавала в университете. Сам же Клод вначале пошел по стопам отца и после окончания университета работал в адвокатской конторе. Наряду с этим он на любительском уровне занимался радиотехникой. Кстати, дальним родственником будущего известного инженера и изобретателя был сам Томас Эдисон. Конечно же, он не смог достичь уровня знаменитого родича, ведь у того в арсенале было более 1900 патентов.

Образование

Клод учился в общеобразовательной средней школе, одновременно он получал дополнительное образование у себя на дому. Несмотря на то что отец хотел, чтобы сын, как и он, пошел в юристы, Шеннон-старший также желал развивать у сына логику и смекалку и постоянно покупал ему конструкторы, различные радиолюбительские наборы и т.д. Этим он желал содействовать так называемому техническому творчеству своего сына. Сестра Клода, Кэтрин, в свою очередь вовлекала его в математику, все чаще задавая ему разные интересные задачки. В итоге будущий юрист просто обожал как технику, так и математику. И тем не менее, он окончил юридический факультет, а спустя некоторое время уже учился на бакалавра в Мичиганском университете сразу по двум специальностям - электротехника и математика - тем, чем знаменит Клод Шеннон. И он, несмотря на такую нагрузку, смог окончить оба факультета с отличием.

Научная деятельность

После того, как К. Шеннон окончил университет, он устроился в качестве ассистента-исследователя в электротехническую лабораторию Массачусетского института. Здесь он работал над методами модернизации дифференциального анализатора В. Буша. Позже ученый стал его научным руководителем и наставником. Спустя год Шеннон решает поступить в магистратуру. В период учебы он написал статью по теме «Символьный анализ переключательных схем и реле». Она была опубликована в AIEE - в издании Американского института электриков-инженеров. Данная его работа сразу же привлекла внимание научного сообщества электротехников, а в 1939 г. Американское общество гражданских инженеров присудило ему Премию им. притом что он еще не успел защитить степень магистра. После этого о нем все больше стали говорить в научных кругах, теперь уже многие знали, кто такой Клод Шеннон и чем он знаменит. Такое отношение коллег взбодрило ученого, и он по настоянию своего учителя и наставника Буша решил не дожидаться защиты магистерской диссертации и немедля занялся докторской, которая была посвящена проблемам генной комбинаторики.

Научный вклад

К сожалению, докторская Шеннона не получила поддержки со стороны генетиков и не была нигде опубликована, зато магистерская диссертация была признана прорывом в коммутационной и цифровой технике. В последней главе своей диссертационной работы Шеннон привел множество разных примеров, в том числе, как можно успешно применить разработанный им метод логического исчисления к синтезу и анализу конкретных переключательных и релейных схем: замка с электрическим секретом, селекторных схем, двоичных сумматоров и т.д. Все это наглядно демонстрирует научный прорыв, а также гигантскую практическую пользу от логического исчисления, разработанного молодым американским ученым. Именно благодаря ему зародилась цифровая логика. Это и есть то, чем знаменит он - Клод Шеннон. Краткое содержание этого курса ученый написал специально для студентов вузов.

Деятельность

В 1941 году К. Шеннон начинает работать в научно-исследовательском центре Bell Laboratories, в отделении математики. Ему тогда было всего лишь 25 лет. Среди его коллег были такие ученые, как Гарри Найквист, Хенрик Боде, Ральф Хартли, Джон Тьюки и др. Это была прекрасная команда, каждый из членов которой имел прекрасные результаты в разработке информационной теории. И тем не менее именно Шеннон впоследствии развил их до уровня большой науки. С началом Второй мировой войны правительство США стало широко финансировать исследовательские проекты, которые осуществляла Bell Laboratories, в которой сосредоточились лучшие умы своего времени. Правительство было в первую очередь заинтересовано в развитии метода математической криптографии, именно этим занимался и он, Клод Шеннон. Чем знаменит этот труд? Он позволял анализировать зашифрованные тексты противника информационно-теоретическими методами.

Новые концепции

В 1945 году, уже к концу войны, ученый смог завершить свой эксклюзивный секретный отчет по теме «Математическая теория криптографии» и уже был готов выступить перед американской научной общественностью и представить свои новые базовые концепции по теории информации. В 1948-м был опубликован эпохальный труд «Математическая теория связи» - то, чем знаменит Клод Шеннон. И он представил в ней все свои разработки, которые были сделаны в период с 1945 по 1948 г. Его математическая теория связи предполагала 3-компонентную структуру, которая состоит из источника информации, «транспортной среды» и приемника информации. “Транспортная среда” - это канал связи, который характеризуется способностью искажать информацию при передаче. В связи с этим были выявлены проблемы, на которые Шеннон должен был дать исчерпывающие ответы, например, как проводить количественную оценку информации, как ее эффективно “упаковывать”, как оценивать допустимую скорость при выводе информации из источника, а затем направлять ее в канал связи с определенной, фиксированной пропускной способностью. И, наконец, ученому нужно было решить задачу относительно устранения помех в канале связи. Он, конечно же, смог справиться с поставленными перед ним задачами, причем не только теоретически (в данном вопросе ему помогли коллеги по цеху), а путем созданных им же теорем.

Теория К. Шеннона

Его основополагающая работа была изложена в виде 23 теорем. Правда, не все из них равноценны - некоторые носят вспомогательный характер или же посвящены тем или иным частным случаям теории информации или передачи ее по дискретным и непрерывным связным каналам, но 6 теорем имеют особую ценность и, по сути, являются концептуальными. Это и есть каркас “здания” - теории Клода Шеннона, чем он и знаменит. Кратко об этом изложено в специализированной литературе. Следует также сказать, что на начальном этапе у многих математиков во всем мире эта теория вызвала сомнения. Однако со временем вся научная общественность убедилась в том, что постулаты, приведенные молодым корректны.

Клод Элвуд Шеннон (англ. Claude Elwood Shannon; 30 апреля 1916, Петоцки, Мичиган, США - 24 февраля 2001, Медфорд, Массачусетс, США) - американский инженер, криптоаналитик и математик. Cчитается «отцом информационного века».

Является основателем теории информации, нашедшей применение в современных высокотехнологических системах связи. Предоставил фундаментальные понятия, идеи и их математические формулировки, которые в настоящее время формируют основу для современных коммуникационных технологий. В 1948 году предложил использовать слово «бит» для обозначения наименьшей единицы информации (в статье «Математическая теория связи»). Кроме того, понятие энтропии было важной особенностью теории Шеннона. Он продемонстрировал, что введенная им энтропия эквивалентна мере неопределённости информации в передаваемом сообщении. Статьи Шеннона «Математическая теория связи» и «Теория связи в секретных системах» считаются основополагающими для теории информации и криптографии. Клод Шеннон был одним из первых, кто подошел к криптографии с научной точки зрения, он первым сформулировал ее теоретические основы и ввел в рассмотрение многие основные понятия. Шеннон внес ключевой вклад в теорию вероятностных схем; теорию игр; теорию автоматов и теорию систем управления - области наук, входящие в понятие «кибернетика».

Биография

Детство и юность

Клод Шеннон родился 30 апреля 1916 года в городе Петоцки (штат Мичиган, США). Отец его, Клод-старший (1862-1934), был бизнесменом, добившимся успеха своими собственными силами, адвокатом и в течение некоторого времени судьей. Мать Шеннона, Мейбел Вулф Шеннон (1890-1945), была преподавателем иностранных языков и впоследствии стала директором Гэйлордской средней школы. Отец Шеннона обладал математическим складом ума и давал себе отчёт в своих словах. Любовь к науке была привита Шеннону его дедушкой. Дед Шеннона был изобретателем и фермером. Он изобрел стиральную машину вместе с многой другой полезной в сельском хозяйстве техникой. Томас Эдисон был дальним родственником Шеннонов.

Первые шестнадцать лет своей жизни Клод провел в Гэйлорде (Мичиган), где в 1932 году закончил Гэйлордскую общеобразовательную среднюю школу. В юности он работал курьером службы Western Union. Молодой Клод увлекался конструированием механических и автоматических устройств. Он собирал модели самолетов и радиотехнические цепи, создал радиоуправляемую лодку и телеграфную систему между домом друга и своим домом. Временами ему приходилось ремонтировать радиостанции для местного универмага.

Шеннон, по собственным словам, был аполитичным человеком и атеистом.

Университетские годы

В 1932 году Шеннон был зачислен в Мичиганский университет, где на одном из курсов познакомился с работами Джорджа Буля. В 1936 году Клод окончил Мичиганский университет, получив степень бакалавра по двум специальностям (математик и электротехник), и устроился в Массачусетский технологический институт (MIT), где работал ассистентом-исследователем. Он выполнял обязанности оператора на механическом вычислительном устройстве, аналоговом компьютере, называемом «дифференциальный анализатор», разработанным его научным руководителем Вэниваром Бушем. Изучая сложные, узкоспециализированные электросхемы дифференциального анализатора, Шеннон увидел, что концепции Буля могут получить достойное применение. После того, как он проработал лето 1937 года в Bell Telephone Laboratories, он написал основанную на своей магистерской работе того же года статью «Символический анализ релейных и переключательных схем». Необходимо отметить, что Фрэнк Лорен Хичкок контролировал магистерскую диссертацию, давал полезную критику и советы. Сама статья была опубликована в 1938 году в издании Американского института инженеров-электриков (AIEE). В этой работе он показал, что переключающиеся схемы могут быть использованы для замены схем с электромеханическими реле, которые использовались тогда для маршрутизации телефонных вызовов. Затем он расширил эту концепцию, показав, что эти схемы могут решить все проблемы, которые позволяет решить Булева алгебра. Также, в последней главе он представляет заготовки нескольких схем, например, 4-разрядного сумматора. За эту статью Шеннон был награждён Премией имени Альфреда Нобеля Американского института инженеров-электриков в 1940 году. Доказанная возможность реализовывать любые логические вычисления в электрических цепях легла в основу проектирования цифровых схем. А цифровые цепи - это, как известно, основа современной вычислительной техники, таким образом, результаты его работ являются одними из наиболее важных научных результатов ХХ столетия. Говард Гарднер из Гарвардского университета отозвался о работе Шеннона, как о «возможно, самой важной, а также самой известной магистерской работе столетия».

Клод Элвуд Шеннон – ведущий американский учёный в сфере математики, инженерии, криптоаналитики.

Он приобрёл мировую известность, благодаря своим открытиям в области информационных технологий и изобретению «бит» (1948 г.), как самой маленькой информационной единицы. Его считают основоположником информационной теории, основные положения которой до сих пор актуальны в разделе высокотехнологичной связи и современных коммуникаций.

Шенноном также было впервые введено понятие «энторопия» , что говорит о неопределённой мере передаваемой информации.

Этот учёный первым применил научный подход для информационной идей и законов криптографии, обосновав свои мысли в работах о математической теории связи, а также о теории связи в секретных системах.

Большой вклад внёс он и в развитие кибернетики, обосновав такие ключевые моменты, как вероятностность схемы, игровую научную концепцию, а также мысли о создании автоматов и управленческой системы.

Детские и юношеские годы

Клод Шеннон появился на свет в американском Петоски, что в штате Мичиган. Это радостное событие случилось 30.04.1916-го.

Отец будущего учёного занимался бизнесом в сфере адвокатуры, а затем был назначент судьёй. Мать – преподавала иняз и со временем получила должность директора школы в Гэйлорде.

Математические наклонности были присущи Шеннону-старшему. Ключевую роль в формировании склонности к научной деятельности у внука сыграл дедушка – фермер и изобретатель.

В его арсенале создание стиральной машинки и некоторых видов прикладной сельхозтехники. Примечательно, что Эдисон имеет родственные связи с этой семьёй.

В 16-летнем возрасте Клод закончил среднюю школу, где преподавала его мать. Успел поработать курьером в Western Union, занимался конструированием различных устройств.

Его интересовало моделирование самолётов и радиотехники, ремонт небольших радиостанций. Он своими руками сделал лодку с радиоуправлением, телеграф для связи с другом.

Как уверяет сам Клод, его абсолютно не интересовали только политика и вера в Бога.

Студенческие годы

Университет Мичигана распахнул перед Шенноном свои двери в 1932 году. Учёба здесь открыла для него труды Дж. Буля. Диплом бакалавра по математике и электротехнике Клод получил в 1936 г.

Его первым местом работы стала должность ассистента-исследователя в технологическом университете Массачусета. Научную деятельность Клод вёл в качестве оператора механического компьютерного устройства, созданного его учителем В.Бушем.

Глубоко вникнув в концептуальные научные разработки Буля, Шеннон понял возможность их практического применения. Защитив магистерскую диссертацию в 1937 г., которую курировал Фрэнк Л. Хичкок, он перешёл в известную Bell Telephone Laboratories, где выпустил материал по символическому анализу в схемах переключения и с задействованием реле.

Он был размещён на страницах специального журнала институтом инженеров-электриков в США (1938 г.).

Основные положения статьи раскрыли усовершенствование маршрутного посыла телефонного вызова, благодаря замене реле электромеханического типа на переключающую схему. Молодой учёный обосновал концепцию о возможности решения применением схем всех задач Булевой алгебры.

Эта работа Шеннона получила Нобелевскую премию в области электрической инженерии (1940 г.) и стала основой для создания логических цифровых схем в электрических цепях. Этот магистерский труд стал настоящим научным прорывом ХХ века, положив начало созданию электронной вычислительной техники современного поколения.

Буш рекомендовал Шеннону заняться диссертацией на получение степени доктора математических наук. Серьёзное внимание им было уделено математическим исследованиям в тесной связи с генетическими законами наследственности известного Менделя. Но эта работа так и не получила должного признания и впервые была опубликована только в 1993 г.

Немало сил учёным было отдано построению математического фундамента для различных дисциплин, особенно информационных технологий. Этому способствовало его общение с видным математиком Г. Вейлем, а также Дж. Фон Нейманом, Энштейном, Гёделем.

Военный период

С весны 1941 г. до 1956 г. Клод Шеннон работает на оборону США, разрабатывая управление огнём и обнаружение врага при ведении противовоздушной обороны. Он создал устойчивую межправительственную связь президента США с английским премьером.

Национальной премии в области научных исследований он был удостоен за свой доклад об организации двухполюсных переключающих цепей (1942 г.).

Учёный заинтересовался идеями англичанина Тьюринга по шифрованию речи (1943 г.), и уже в 1945-м выпустил работу об усреднении данных и прогнозировании для систем управления огнём. Его соавторами стали Ральф Б. Блэкмен и Х. Боде. Смоделировав специальную систему, обрабатывающую информацию и спецсигналы, они положили начало информационному веку.

Секретный меморандум К. Шеннона в области математической теории криптографии (1945 г.) доказал, что криптография и теория связи – неразделимы.

Послевоенный период

Это время ознаменовано его меморандумом о теории связи с математической точки зрения (1948 г.) в части кодировки передаваемых текстов.

Дальнейшая работа Шеннона вплотную связана с информационной теорией в области разработки игр, в частности колеса рулетки, машины, читающей мысли, а также машины по сбору кубика Рубика.

Учёный воплотил идею, позволяющую сжать информацию, которая позволяет избежать её потерю при распаковке.

Учёный создал школу, где периодически вёл семинары, где учил студентов находить новые подходы к решению тех или иных задач.

Известны его научные исследования в области финансовой математики. Среди них, электрическая цепь денежного течения в американских пенсионных фондах и обоснование выбора портфеля инвестиций при распределении денежных активов.

Многие сравнивают популярность Клода Шеннона с Исааком Ньютоном.

После 1978 г., на пенсии он занялся теорией жонглирования и сконструировал специальную машину.

Сборник своих статей Клод Шеннон выпустил в 1993 году, куда вошли 127 его научных работ.

Завершающий жизненный этап

Последние годы он провёл в Массачусетском доме-интернате из-за болезни Альцгеймера . Здесь, по заверению его жены Мэри Элизабет, Клод участвовал в исследованиях по изучению способов её лечения.

Вся семья постоянно находилась рядом с ним. Смерть наступила 24.02.2001 г.

У Шеннона остались единственная жена, брак с которой продлился с марта 1949 г. У них родились трое детей Роберт, Андрю, Маргарита.

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик , уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.