Claude Shannon

Claude Elwood Shannon (30. huhtikuuta 1916 Petoskey, Michigan – 24. helmikuuta 2001 Medford, Massachusetts) oli yhdysvaltalainen matemaatikko, jota on sanottu ”informaatioteorian isäksi”. Shannonin työ loi pohjan muun muassa tietoliikenteen koodaukseen ja tiedon salaukseen. Shannon toimi MIT-yliopistossa ja Bell Labsilla. Warren Weaver oli hänen tärkeä yhteistyökumppaninsa.

Nuoruus ja opinnot
Claude Elwood Shannon syntyi Petoskeyssa, Michiganissa. Hänen isänsä oli liikemies Claude Shannon senior (1862–1934) ja äitinsä saksalaissyntyinen kieltenopettaja Mabel Wolf Shannon (1880–1945). Tekniikka ja tietoliikenne kiinnostivat Shannonia jo nuorena, sillä hän rakensi muun muassa radio-ohjattavan veneen sekä lennätinyhteyden omansa ja ystävänsä kodin välille. Taskurahoja Claude ansaitsi muun muassa korjailemalla radioita. Hän piti sankarinaan Thomas Alva Edisonia, jonka etäinen sukulainen oli. Myös sellaiset tiedemiehet kuin Newton, Darwin, Einstein ja von Neumann kuuluivat hänen ihanteisiinsa. 

Shannon kävi Gaylordissa public schoolia, mistä valmistui 1932. Samana vuonna hän aloitti opinnot Michiganin yliopistossa ja suoritti Bachelor of Science -tutkinnon sähkötekniikassa ja maisterintutkinnon matematiikassa. Hänen uraansa luonnehti myöhemminkin nimenomaan sähkötekniikan ja matematiikan yhdistelmä. Väitöstyössään A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits Shannon ehdotti Boolen algebran sovelluksia sähköpiireihin. Tätä työtä on pidetty digitaalisten piirien suunnittelun kannalta erittäin tärkeänä.

Valmistuttuaan hänestä tuli Massachusetts Institute of Technologyn tutkimusassistentti ja jatko-opiskelija. Hän työskenteli tuolloin Vannevar Bushin johtamassa työryhmässä, joka kehitti Rapid Selector -laitetta. Bushin kehotuksesta hän siirtyi sähkötekniikan osastolta matematiikan osastolle. Bush ehdotti hänelle algebrallisten menetelmien soveltamista genetiikkaan ja tästä aiheesta Shannon teki väitöskirjansa, joka valmistui 1940 nimellä An Algebra for Theoretical Genetics.

Tieteellinen työ
Shannon julkaisi vuonna 1948 artikkelin A Mathematical Theory of Communication, jossa tutkitaan tiedon siirtämisen ongelmia. Seuraavana vuonna hän julkaisi artikkelin Communication Theory of Secrecy Systems, jossa hän sovelsi teoriaansa salaukseen.

Shannonin informaatioteorian perustana on informaation määritteleminen bittinä eli yhtenä kyllä/ei-päätöksenä. Tämän perusteella Shannon kehitti matematiikan haaran, jonka avulla informaation määrää voidaan käsitellä tarkasti. Shannon määritteli muun muassa termit informaation entropia ja redundanssi.

Shannon myös kehitti Nyquistin teoreemaa, jonka mukaan analogisen signaalin siirtämiseen digitaalisen tiedonsiirtokanavan kautta tarvitaan suurimpaan signaalitaajuuteen verrattuna vähintään kaksinkertainen näytteenottotaajuus. Tätä pienemmillä näytteenottotaajuuksilla signaaliin aiheutuu ns. laskostumisvirheitä (alias-virheitä). Nyqvistin näytteenottoteoriaa hyödynnetään esimerkiksi digitaalisessa puhelintekniikassa. Koska hyvänlaatuisen puhesignaalin siirtämiseksi tarvittava suurin taajuus on noin 4 000 hertsiä, digitaalinen keskus lähettää toiseen päähän 8 000 näytettä puheesta sekunnissa. Fourier-muunnosten avulla Shannon todisti, että alkuperäinen analoginen signaali saadaan palautettua teoriassa täydellisesti näistä 8 000 näytteestä. Teoria tunnetaankin nykyisin Nyquistin-Shannonin näytteenottoteoreemana.

Ahvenanmaalainen Jan Kåhre on esittänyt teoksessaan The Mathematical Theory of Information kahdeksan edellytystä Shannonin teorian soveltuvuudelle.

Lähteet
 Bibliography of Claude Elwood Shannon

Viitteet

Shannonin teorian soveltamista informaatiteoriaan ja tiedonsiirtoon

Aiheesta muualla 

Yhdysvaltalaiset matemaatikot
Vuonna 1916 syntyneet
Vuonna 2001 kuolleet