کلود شانون

کلود الوود شانون (۱۰ اردیبهشت ۱۲۹۵ خورشیدی - ۶ اسفند ۱۳۷۹)، ریاضی‌دان، مهندس الکترونیک و رمزنگار معروف آمریکایی است که به عنوان پدر نظریه اطلاعات شناخته می‌شود.
معروفیت شانون بدان جهت است که با مقاله‌ای که در سال ۱۹۴۸ منتشر کرد، نظریه اطلاعات را بنیان نهاد. اما همچنین معروف است که شانون در سال ۱۹۳۷، هنگامی که در سن ۲۱ سالگی به عنوان دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه ام‌آی‌تی مشغول به تحصیل بوده‌است، نظریه رایانه‌های دیجیتال و مدارهای دیجیتال را پایه‌گذاری کرده‌است. وی بوسیله پایان‌نامه خود نشان داد که با پیاده‌سازی الکتریکی منطق دو دویی (جبر بولی)، می‌توان هرگونه مسئله منطقی و روابط عددی را حل کرد. چنین ادعا شده‌است که پایان‌نامه مذکور، مهمترین پایان‌نامه کارشناسی ارشد در طول تاریخ بوده‌است.
در زمان جنگ جهانی دوم، شانون به پژوهش در زمینه رمزکاوی اشتغال داشته و بعد از جنگ به کار بر روی رمزشکنی روی آورده است.
سال‌های نخست زندگی
شانون در ۳۰ آوریل ۱۹۱۶ برابر با ۱۰ اردیبهشت ۱۲۹۵ در شهر پتاسکی در ایالت میشیگان متولد شد. پدر وی یک کاسب ساده و مادرش یک معلم زبان بود. ۱۶ سال نخست زندگی شانون در شهر گیلارد ایالت میشیگان سپری شد. وی در همان‌جا به مدرسه رفته و در سال ۱۹۳۲ از دبیرستان دولتی آنجا فارغ‌التحصیل می‌شود. شانون در سال‌های نخست زندگی به وسایل مکانیکی علاقه نشان می‌داد. وی در مدرسه بهترین نمره‌ها را از دروس علوم و ریاضیات کسب می‌کرد و هم‌زمان در خانه چیزهایی مانند هواپیمای مدل، قایق‌های کنترل از راه دور و تلگرافی که وی را به خانه دوستش در یک کیلومتری متصل می‌کرد، می‌ساخت. همچنین او برای شرکت وسترن یونیون پیغام‌رسانی نیز می‌کرد. قهرمان دوران کودکی او توماس ادیسون بود که وی بعدها متوجه شد که بستگی دوری هم با وی دارد.
نظریه بولی
شانون در ۱۹۳۲ وارد دانشگاه میشیگان شد؛ و در سال ۱۹۳۶ با مدرک کارشناسی در رشته ریاضیات و مهندسی برق از آن دانشگاه فارغ‌التحصیل می‌گردد. مدتی بعد برای ادامه تحصیل به دانشگاه ام‌آی‌تی می‌رود و در آنجا به پژوهش بر روی دستگاه تحلیلگر تفاضلی یا همان رایانه آنالوگ ساخته ونوار بوش می‌پردازد.
تصویر کلود شانون و موش الکترومکانیکی معروفش تسئوس، در حال انجام آزمایش مسیر یابی درون یک هزارتو. این آزمایش یکی از نخستین تجارب بشر در پیاده‌سازی هوش مصنوعی است.
هنگامی که وی بر روی مدارهای پیچیده اد هاک دستگاه تحلیلگر تفاضلی کار می‌کرد، متوجه شد که مفاهیم منطق بولی می‌تواند در ماشین‌های حسابگر بسیار مفید باشد. مقاله‌ای که حاصل از پایان‌نامه کارشناسی ارشد وی در سال ۱۹۳۷ بود تحت عنوان «یک تحلیل نمادین از مدارهای رله و سوئیچ زنی» ، در سال ۱۹۳۸ در نشریه به چاپ رسید؛ که این سبب شد شانون جوان در سال ۱۹۴۰ برنده جایزه آلفرد نوبل شود.
ویکتور شستاکوف، از دانشگاه ایالتی موسکو، یک نظریه در مورد سوئیچ‌های الکتریکی بر پایه منطق بولی قبل از شانون در سال ۱۹۳۵ پیشنهاد داده بود، اما اولین انتشار از نتایج شستاکوف در سال ۱۹۴۱ و بعد از انتشار تز شانون اتفاق افتاد.
در این راستا، شانون ثابت کرد که جبر بولی و ریاضیات دودویی می‌تواند برای ساده‌سازی چیدمان رله‌های الکترومکانیکی استفاده شود و سپس از آن در سوئیچ‌های مسیریابی تلفنی استفاده کرد. سپس مفاهیم را گسترش داد و ثابت کرد که این امکان وجود دارد که از چیدمان رله‌ها برای حل مسائل جبر بولی استفاده کند. بهره‌برداری از این خصوصیت سوئیچ‌های الکتریکی برای انجام اعمال منطقی، پایه مفهومی تمامی کامپیوترهای دیجیتال الکترونیکی است. کارهای شانون بنیاد طراحی مدارهای دیجیتال شد.
در سال ۱۹۴۰ شانون وارد موسسه مطالعات پیشرفته در پرینستون شد. در پرینستون، شانون فرصت داشت تا ایده‌هایش را با دانشمندان پر نفوذ و ریاضیدانانی چون هرمن ویل، جان ون نیومن و حتی گه گاهی با آلبرت اینشتین به بحث بگذارد. شانون آزادانه بین رشته‌های مختلف حرکت می‌کرد و شروع به شکل‌دادن ایده‌ای که بعدها نظریه اطلاعات نام گرفت کرد.
کارهای بعد از جنگ
در سال ۱۹۴۸ میلادی شانون مقاله‌ای با نام «یک نظریه ریاضیاتی از ارتباطات» در دو بخش انتشار داد. در این مقاله بر روی این مسئله تمرکز می‌کرد که بهترین کدکردن اطلاعات که فرستنده قصد مخابره آن را دارد چیست. در این کار اساسی، او از ابزارهایی در نظریه احتمال که به وسیله نوربرت وینر گسترش داده شده بود استفاده کرد که این کار مراحل اولیه تولد نظریه ارتباطات در آن زمان بود. شانون مفهوم آنتروپی اطلاعات را به عنوان یک معیار برای میزان تردید در رسیدن یک پیام گسترش داد.
بعدها در سال ۱۹۵۱ سهم بنیادین نظریه اطلاعات در پردازش زبان‌های طبیعی و زبان‌شناسی محاسباتی طی مقاله «پیش بینی و آنتروپی چاپی انگلیسی» شکل گرفت که در آن شانون ثابت کرده بود که رفتار «فضای خالی» به عنوان بیست و هفتمین حرف حروف الفبای انگلیسی در واقع عدم اطمینان را در زبان نوشتاری کاهش می‌دهد که یک پیوند قابل سنجش بین فرهنگ نوشتاری و شناخت احتمالاتی ایجاد می‌کرد.
مقاله قابل ذکر دیگر او که در سال ۱۹۴۹ میلادی با نام «نظریه ارتباطات سیستم‌های محرمانه» منتشر شد، یک نسخه طبقه‌بندی شده از کارهای زمان جنگ او بر روی نظریه ریاضیاتی رمزنگاری بود که در آن ثابت کرده بود همه رمزهای به لحاظ نظری ناشکستنی، باید الزامات رمزنگاری پد یک‌بار مصرف را داشته باشند. او همچنین با معرفی نظریه نمونه‌برداری که در مورد نمایش زمان‌پیوسته سیگنال از یک مجموعه یکسان از نمونه‌های گسسته بود اعتبار بیشتری بدست آورد. این نظریه از ضروریات تبدیل ارتباطات تلفنی از آنالوگ به دیجیتال در سال ۱۹۶۰ و بعد از آن به‌شمار می‌آید.
سرگرمی‌ها و اختراعات
خارج از فعالیت‌های آکادمیک، شانون علاقه به تردستی و همچنین شطرنج داشت. او همچنین وسائل زیادی اختراع کرد. وسایلی چون بشقاب پرنده مجهز به موشک. یکی از وسایلی که ساخته بود جعبه‌ای بود که ماشین نهایی نامیده می‌شد و یک کلید در کنار آن وجود داشت و هنگامی که کلید زده می‌شد یک بازوی مکانیکی از درون جعبه بیرون می‌آمد و کلید را خاموش می‌کرد و سپس به داخل جعبه بازمی‌گشت. او همچنین وسیله‌ای را ساخت که می‌توانست پازل مکعب رابیک را حل کند.
موش شانون
در سال ۱۹۵۰ شانون یک موش مغناطیسی که به وسیله مدارهای رله کنترل می‌شد اختراع کرد که قادر بود بین یک هزارتوی ۲۵ مربعی حرکت کند. ابعاد آن به اندازه یک موش واقعی بود. پیکربندی این موش انعطاف‌پذیر بود. موش برای این طراحی شده بود که بین کوریدورها حرکت کند و هدف را پیدا کند، سپس این موش هر کجای این راهروها که قرار داده می‌شد می‌توانست با توجه به تجربه قبلی مسیر خود را به هدف مستقیما پیدا کند. اگر موش در یک جای ناشناخته قرار می‌گرفت طوری برنامه‌ریزی شده بود که برای یافتن یک مکان آشنا جستجو کند و سپس از آنجا به سمت هدف حرکت کند. در این حین موش دانش جدیدی به حافظه‌اش اضافه می‌شد که همان مکان ناشناخته بود. موش شانون به عنوان اولین وسیله با قابلیت یادگیری از این نوع بود.
برنامه شطرنج کامپیوتری شانون
درسال ۱۹۵۰ شانون یک مقاله پیشگامانه در زمینه شطرنج کامپیوتری ارائه داد به نام «برنامه‌ریزی یک کامپیوتر برای شطرنج بازی کردن». او تشریح کرد که یک ماشین چگونه می‌تواند یک بازی شطرنج قابل قبول بازی کند. کاری که او برای تصمیم‌گیری اینکه کامپیوتر چه حرکتی را انجام دهد کرد، بر پایه رویه مینیماکس بود که بر اساس یک تابع ارزشیابی بر روی یک موقعیت از صفحه شطرنج اعمال می‌شد.
اصل شانون
شانون یک نسخه از اصل کیرشهف را با عنوان «دشمن سیستم را می‌شناسد» فرموله کرد. این گفته او با نام اصل موضوع شانون شناخته می‌شود.
شاید معروف‌ترین قانونی که با نام قانون شانون مطرح است، فرمول حداکثر توان ارسال اطلاعات در یک شبکه نویزدار باشد که طی آن شانون ثابت کرد که سرعت ارسال اطلاعات در یک کانال با نویز N و پهنای باند W و سیگنال P بر حسب هرتز، نمی‌تواند از C بیشتر باشد که C بر حسب بیت بر ثانیه است و از فرمول شانون که در زیر آمده‌است بدست می‌آید. در ضمن واحد بیت بر ثانیه برای سنجش سرعت ارسال اطلاعات واحدی بود که شانون اولین بار از آن استفاده کرد. به نسبت نسبت سیگنال به نویز هم گفته می‌شود.
این قانون نشان می‌دهد که اگر کانال بدون نویزی وجود داشته باشد، سرعت ارسال اطلاعات در آن بینهایت خواهد بود.
امروزه اندازه‌گیری اطلاعات ارسال شده بر روی یک کانال بر حسب بیت بر ثانیه می‌باشد.
وفات
شانون در ۲۴ فوریه ۲۰۰۱ برابر با ۶ اسفند ۱۳۷۹ پس از چند سال تحمل بیماری آلزایمر وفات کرد.