IT人和通信人的祖師爺香農(nóng)，到底有多神？

1916年，第一次世界大戰(zhàn)激戰(zhàn)正酣。

在這一年的4月30日，遠(yuǎn)離戰(zhàn)場的美國密歇根州佩托斯基（Petoskey），一個男嬰呱呱墜地。這個男嬰，就是我們這篇文章的主角——香農(nóng)。

香農(nóng)的全名，叫做克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)（ClaudeElwoodShannon）。他是美國著名數(shù)學(xué)家、發(fā)明家、密碼學(xué)家，也是信息論的創(chuàng)始人。

換句話說，我們現(xiàn)在所有IT人和通信人的共同祖師爺，就是他。

帥哥香農(nóng)

香農(nóng)從小就在一個名叫蓋洛德（Gaylord）的小鎮(zhèn)生活。他的父親，是這個小鎮(zhèn)的法官，名字叫克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)（沒錯，他老爹給兒子取了和自己一毛一樣的名字）。

香農(nóng)的母親，是小鎮(zhèn)的中學(xué)校長，名叫梅布爾·沃爾夫·香農(nóng)（Mabel Wolf Shannon）。

父親是法官，母親是校長，這樣的知識分子家庭，教育氛圍當(dāng)然不會差。

讀書時候的香農(nóng)，已經(jīng)表現(xiàn)出驚人的數(shù)學(xué)天賦。在8歲的時候，他就輔導(dǎo)他姐姐做高等數(shù)學(xué)作業(yè)。后來，他姐姐大學(xué)畢業(yè)，成為了數(shù)學(xué)教授。。。

除了數(shù)學(xué)之外，小香農(nóng)特別喜歡搞發(fā)明創(chuàng)造，其中就包括電報機(jī)、電動船，以及各自機(jī)械動物。

小時候的香農(nóng)，看上去就很叛逆

這個興趣愛好，估計和他的爺爺有很大的關(guān)系。他爺爺是一位農(nóng)場主兼發(fā)明家，發(fā)明過洗衣機(jī)和很多農(nóng)用機(jī)械。

值得一提的是，香農(nóng)還有一個遠(yuǎn)房親戚，也很喜歡搞發(fā)明。這位親戚的名字，叫愛迪生。

1936年，20歲的香農(nóng)從密歇根大學(xué)本科畢業(yè)，順利拿到了數(shù)學(xué)和電子工程雙學(xué)位。隨后，他進(jìn)入麻省理工學(xué)院繼續(xù)深造。

兩年后，香農(nóng)完成了他的碩士論文——《繼電器與開關(guān)電路的符號分析》。

在論文中，他首次提出，可以用布爾代數(shù)來描述電路。他將布爾代數(shù)的"真"與"假"和電路系統(tǒng)的"開"與"關(guān)"對應(yīng)起來，并用了數(shù)學(xué)中最簡單的兩個數(shù)字——“1”和“0”來表示。

喬治·布爾（1815-1864），英國數(shù)學(xué)家

1847年，他提出了布爾代數(shù)，這是一種計算命題真?zhèn)蔚臄?shù)學(xué)方法。

香農(nóng)的這篇論文，雖然僅僅是碩士論文，但具有劃時代的意義。它奠定了數(shù)字電路的理論基礎(chǔ)。后來出現(xiàn)的計算機(jī)等設(shè)備，都以此為設(shè)計思路。

后來，著名計算機(jī)科學(xué)家赫爾曼·哥爾斯坦評價這篇論文是“有史以來最重要的一篇碩士論文”，“從藝術(shù)到科學(xué)上改變了電路的設(shè)計。”

赫爾曼·哥爾斯坦

世界上第一臺現(xiàn)代電子數(shù)字計算機(jī)ENIAC的研制者之一

因為這篇論文，香農(nóng)獲得了電子工程界的大獎——美國Alfred Noble協(xié)會美國工程師獎。

正當(dāng)世人以為這位電子工程天才會繼續(xù)大展拳腳的時候，他卻沒了下文。直到兩年后，他發(fā)出了自己的博士論文——《理論遺傳學(xué)的代數(shù)學(xué)》，并憑此獲得了麻省理工的數(shù)學(xué)博士學(xué)位。

是的，這家伙玩了個跨界，竟然從電子工程學(xué)跨到了生物遺傳學(xué)。。。

年輕時的香農(nóng)（有點像福爾摩斯）

此后，香農(nóng)去普林斯頓高等研究院待了一年，與愛因斯坦、馮·諾依曼等大師級人物有過交集。他的研究方向，變成了機(jī)械模擬計算機(jī)。

1941年，香農(nóng)發(fā)表了新的論文——《微分分析器的數(shù)學(xué)理論》，通過機(jī)械式計算機(jī)來求解微分方程。

同年，香農(nóng)加入了著名的貝爾實驗室（此后一直工作到1972年）。

最開始進(jìn)入貝爾實驗室的時候，香農(nóng)是去的數(shù)學(xué)部，從事和戰(zhàn)爭相關(guān)的工作——研究火力控制系統(tǒng)和密碼學(xué)。

他所在的密碼破譯團(tuán)隊，主要負(fù)責(zé)追蹤納粹德國的飛機(jī)和火箭。他還用數(shù)學(xué)手段，推導(dǎo)了X系統(tǒng)的安全性。這個X系統(tǒng)，就是指英國首相丘吉爾和美國總統(tǒng)羅斯福之間的專用電話線路。

1943年，英國著名數(shù)學(xué)家、密碼學(xué)家阿蘭·圖靈訪問貝爾實驗室，并與香農(nóng)共進(jìn)午餐。

阿蘭·圖靈（1912-1954）

鑒于兩人的特殊工作性質(zhì)，他們并沒有進(jìn)行密碼學(xué)的交流，反而更多的是討論人造思維機(jī)器（也就是后來的AI人工智能）。

當(dāng)時，香農(nóng)告訴圖靈，他不僅僅滿足于向這臺“大腦”里輸入數(shù)據(jù)，還希望把文化的東西灌輸進(jìn)去。

這個想法震驚了阿蘭·圖靈，他感到非常不可思議，驚呼道：“他（香農(nóng)）想給它來點音樂！”

后來，隨著對密碼研究的不斷深入，香農(nóng)逐漸形成了一套完整的密碼學(xué)理論。與此同時，他開始思考有效通信系統(tǒng)的問題?，F(xiàn)代信息論的思想雛形，逐漸在他的腦海里形成。

1945年，他向貝爾實驗室提交了一份備忘錄——《密碼學(xué)的一個數(shù)學(xué)理論》。

1948年6月至10月，香農(nóng)在《貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志》連載了那篇改變?nèi)祟惿鐣l(fā)展軌跡的論文——《通信的數(shù)學(xué)理論》。次年，香農(nóng)又在該雜志發(fā)表了另一篇著名論文——《噪聲下的通信》。

在這兩篇論文中，香農(nóng)給出了通信系統(tǒng)的基本模型，提出了信息熵的概念以及數(shù)學(xué)表達(dá)式。

計算信息熵H的公式

大家如果是工科出身且還記得通信原理的話，就知道，一條信息的信息量大小，和它的不確定性有直接關(guān)系。

舉個例子：如果我告訴你，世界是圓的。這種非常確定的內(nèi)容，信息量是0（等于一句廢話）。如果我告訴你，XX樹下埋了一百萬美金，那這個信息量就很大。上面那個公式，就是根據(jù)確定性大小算信息量的，考研必考題。

香農(nóng)指出，信息是可以被量化的，用數(shù)字編碼可以代表任何類型的信息。信息進(jìn)行數(shù)字化后，可以經(jīng)壓縮再傳輸，極大地減少傳輸時間和傳輸成本。

香農(nóng)還推出了比特的概念（他將發(fā)明這個詞的榮譽(yù)歸功于自己的同事約翰·圖基），將其稱為“用于測量信息的單位”。

bit

比特（bit），其實就是二進(jìn)制數(shù)（binary digit）的縮寫。

眾所周知，比特后來成為了信息時代的基石。我們今天在互聯(lián)網(wǎng)上所有的信息，都在用它來表達(dá)。

除了信息熵之外，香農(nóng)還在論文中提出了大名鼎鼎的香農(nóng)公式。

香農(nóng)公式

簡單來說，信息熵討論的是信息量及數(shù)據(jù)壓縮的臨界值。而香農(nóng)公式，則是討論通信速率的極限值。

具體細(xì)節(jié)我們就不討論了哈，不然人都跑光了。

我們只需要知道，直到現(xiàn)在的5G，我們還沒有逃脫香農(nóng)公式的“魔爪”。有些人一輩子干的事，就是無限逼近香農(nóng)公式的極限。

兩篇論文的發(fā)表，奠定了信息論的基礎(chǔ)，對學(xué)術(shù)界造成了巨大的震動，影響力絲毫不亞于1947年12月世界上第一個晶體管的發(fā)明（同樣來自貝爾實驗室）。

當(dāng)時，因為信息論的觀點非常超前，還引起了一些質(zhì)疑和反對。后來，隨著時間的推移，信息技術(shù)迅速發(fā)展，信息論的價值越發(fā)顯現(xiàn)，香農(nóng)也確立了自己“信息和通信雙料祖師爺”的地位。

忘了說了，發(fā)表論文時的香農(nóng)，才33歲。

1949年，香農(nóng)在備忘錄《密碼學(xué)的一個數(shù)學(xué)理論》的基礎(chǔ)上，又發(fā)表一篇重要論文——《保密系統(tǒng)的通信理論》。

這篇論文再次震驚學(xué)術(shù)界。波士頓環(huán)球報稱：“這一發(fā)現(xiàn)將密碼從藝術(shù)變成為科學(xué)”。

論文開辟了用信息論來研究密碼學(xué)的新思路，奠定了現(xiàn)代密碼理論的基礎(chǔ)。香農(nóng)也憑此成為近代密碼理論的奠基者和先驅(qū)。

1949年3月27日，香農(nóng)迎娶了自己在貝爾實驗室的同事，瑪麗·伊麗莎白·摩爾（Mary Elizabeth Moore），然后繼續(xù)從事自己熱愛的科學(xué)研究工作。

1952年，香農(nóng)夫婦共同推出了著名的“會走迷宮的老鼠”——忒修斯。

這是一只木制的、帶有銅須的玩具老鼠。它能通過不停地隨機(jī)試錯，穿過一座由金屬墻組成的迷宮，直到在出口處找到一塊金屬的“奶酪”。

最厲害也最具獨創(chuàng)性的是：“忒修斯”能夠記住這條路線，甚至在下一次任務(wù)中，迷宮的墻壁有所移動，都難不倒它。

當(dāng)時，香農(nóng)還專門拍攝了一段影像，制作成電視節(jié)目，展示這只老鼠。這個節(jié)目引起了公眾的極大興趣，在人們看來，這就是一只“會思考”的老鼠啊。

其實，走迷宮的秘訣并不在老鼠身上，而是在迷宮上。迷宮各處隱藏了75個繼電器開關(guān)，通過這些簡單的只具有開關(guān)功能的設(shè)備，最終實現(xiàn)了老鼠的所謂“智能”。

1956年，香農(nóng)成為麻省理工學(xué)院（MIT）的客座教授。1958年，成為終生教授。

1961年，香農(nóng)和同事索普做出一個香煙盒大小的小型計算機(jī)，小盒子藏在口袋里，用大腳趾控制藏在鞋子里的開關(guān)。這個設(shè)備用來干什么呢？用來預(yù)測賭場的輪盤賭結(jié)果，計算小球落在輪盤不同位置的概率。

憑借這個設(shè)備，他們倆還真的在拉斯維加斯贏到了錢。后來，因為被盯上，所以趕緊放棄并離開了。香農(nóng)另一個著名的發(fā)明，是一個會下國際象棋的機(jī)器。這個機(jī)器用了150個繼電器開關(guān)，具備不錯的計算能力。1965年，香農(nóng)帶著這個機(jī)器跑去挑戰(zhàn)當(dāng)時的世界冠軍Mikhail Botvinnik。雖然最后還是輸了，但表現(xiàn)不賴。

1973年，在以色列阿什凱隆召開的信息論國際研討會上，IEEE命名了香農(nóng)獎，并把這一獎項授于香農(nóng)本人。這種自己領(lǐng)自己名字命名的獎的做法，后來被人戲稱為“香農(nóng)套路”。

1985年，在英格蘭布萊頓舉行的“國際信息理論研討會”上，香農(nóng)突然現(xiàn)身，引起了全場轟動。參加會議的年輕學(xué)者簡直不敢相信自己的眼睛，竟然親眼看見了信息理論的祖師爺！更讓人瞠目結(jié)舌的是，香農(nóng)竟然在會場上表演起了拋物雜耍，讓整個會場更加沸騰。。。

香農(nóng)當(dāng)年還是投資大師、炒股高手，擅于采用套利的手法，迅速賺取財富。

1986年8月11日，著名的《巴倫周刊》曾匯總了1026家共同基金的近期表現(xiàn)，香農(nóng)排名第一。。。

剛才我們提到香農(nóng)在會場表揚拋物雜耍。其實，香農(nóng)終身都熱愛雜耍。在很年輕的時候，他就學(xué)會了騎獨輪車和拋接球。當(dāng)年在貝爾實驗室上班的時候，他經(jīng)常特立獨行地騎獨輪車去上下班，成為一道靚麗的風(fēng)景線

到了晚年時期，香農(nóng)對雜耍的熱愛簡直到了癡迷的地步。他花了很多時間刻苦練習(xí)，不斷提高雜耍水平。他甚至還擁有一張雜耍學(xué)博士證書，視為至寶。

除了雜耍之外，他還熱衷于制造玩具。他建造了火焰噴射喇叭、火箭驅(qū)動飛盤、自動下棋機(jī)器人等各種奇怪的玩具。

在后來人工智能先驅(qū)馬文·閔斯基的啟發(fā)下，他設(shè)計了一個被稱為“終結(jié)機(jī)器”的機(jī)器人。當(dāng)你把開關(guān)撥到“開”，盒子打開并伸出一個機(jī)械手，它把開關(guān)撥回到“關(guān)”，然后機(jī)械手縮回到盒子里去。

“終極機(jī)器”……

在馬薩諸塞州溫徹斯特香農(nóng)的家中（香農(nóng)稱為“熵宅”），堆滿了他的小發(fā)明。他的車庫中存放了至少30輛奇特的獨輪車，其中包括一個沒有腳蹬的獨輪車，一個是方形的輪胎的獨輪車，一個特為兩個人騎的獨輪車。。。

真正的老頑童

香農(nóng)還把玩雜耍上升到理論的高度，開始撰寫《統(tǒng)一的雜耍場理論》。。。

遺憾的是，這篇作品還沒有完成，香農(nóng)就因阿爾茲海默癥于2001年2月26日去世了，享年85歲。

著名學(xué)者理查德·布拉胡特（Richard?Blahut）教授在香農(nóng)雕像（位于香農(nóng)老家蓋洛德鎮(zhèn)）的落成典禮上，是這么評價香農(nóng)的：

“在我看來，兩三百年之后，當(dāng)人們回過頭來看我們的時候，他們可能不會記得誰曾是美國的總統(tǒng)。他們也不會記得誰曾是影星或搖滾歌星。但是仍然會知曉香農(nóng)的名字。學(xué)校里仍然會教授信息論?！?/p>

致敬！偉大的信息論之父——克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)！

參考文獻(xiàn)：

1、香農(nóng)的信息論究竟牛在哪里，知乎，科言君

2、“信息時代之父”香農(nóng)：用一只木老鼠奠定人工智能的基礎(chǔ)，大科技雜志社

3、香農(nóng)傳：從0到1開創(chuàng)信息時代，中信出版社，吉米·索尼，羅博·古德曼

4、信息論，一個撬動地球的支點，坤鵬論

5、香農(nóng) Claude Shannon 有哪些奇聞軼事，知乎

6、信息論之父香農(nóng)，丁玖

7、克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)，百度百科詞條