المعلومات هي حل عدم اليقين.
Claude Elwood Shannon كان عالم رياضيات أمريكياً ومهندساً كهربائياً وخبير تشفير معروفاً باسم "مؤسس نظرية المعلومات". اشتهر Shannon بتأسيسه نظرية المعلومات من خلال ورقة بحثية رائدة بعنوان "نظرية رياضية للاتصالات"، والتي نشرها عام 1948.
وهو معروف أيضاً بتأسيسه نظرية تصميم الدوائر الرقمية عام 1937، عندما كان طالب ماجستير يبلغ من العمر 21 سنة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT - كتب أطروحته التي أظهرت أن التطبيقات الكهربائية للجبر البولياني يمكن أن تبني أي علاقة منطقية رقمية. ساهم Shannon في مجال تحليل الأكواز للدفاع الوطني خلال الحرب العالمية الثانية، بما في ذلك عمله الأساسي على فك الأكواز والاتصالات الآمنة.
السيرة الذاتية
الطفولة
عاشت عائلة Shannon في Gaylord بولاية Michigan، وولد Claude في مستشفى في Petoskey القريبة. كان والده Claude Sr. 1862–1934 رجل أعمال وقاضياً للتركات لفترة ما، وكانت والدته Mabel Wolf Shannon 1890–1945 معلمة لغة، وخدمت أيضاً كمديرة لمدرسة Gaylord الثانوية.
قضى Shannon معظم السنوات الستة عشرة الأولى من حياته في Gaylord، حيث التحق بالمدرسة العامة، وتخرج من مدرسة Gaylord الثانوية عام 1932. أظهر Shannon ميلاً نحو الأشياء الميكانيكية والكهربائية. كانت أفضل مواده العلوم والرياضيات. في المنزل، بنى أجهزة مثل نماذج الطائرات وقارب نموذج يتحكم به بالراديو ونظام برقية من الأسلاك الشائكة إلى منزل صديق على بعد نصف ميل. أثناء نشأته، عمل أيضاً كساعي للشركة Western Union.
كان بطله في الطفولة Thomas Edison، الذي تعلم لاحقاً أنه قريب بعيد. كان Shannon و Edison على حد سواء من أحفاد John Ogden 1609–1682، وهو قائد استعماري وسلف لعدد من الأشخاص المتميزين.
دوائر المنطق
عام 1932، التحق Shannon بجامعة Michigan، حيث تعرف على أعمال George Boole. تخرج عام 1936 بدرجتي بكالوريوس: إحداهما في الهندسة الكهربائية والأخرى في الرياضيات.
في عام 1936، بدأ Shannon دراساته العليا في الهندسة الكهربائية في MIT، حيث عمل على محلل الفروقات التفاضلية Vannevar Bush، وهو جهاز كمبيوتر تناظري مبكر. أثناء دراسته للدوائس المعقدة والخاصة لهذا المحلل، صمم Shannon دوائس تبديل بناءً على مفاهيم Boole. في عام 1937، كتب أطروحة درجته الماجستيرية بعنوان "تحليل رمزي لدوائس الترحيل والتبديل". تم نشر ورقة من هذه الأطروحة عام 1938. في هذا العمل، أثبت Shannon أن دوائس التبديل الخاصة به يمكن استخدامها لتبسيط ترتيب المرحلات الكهرومغناطيسية التي كانت تُستخدم حينها في مفاتيح توجيه المكالمات الهاتفية. بعد ذلك، وسع هذا المفهوم، مما أثبت أن هذه الدوائس يمكنها حل جميع المسائل التي يمكن لجبر Boole حلها. في الفصل الأخير، قدم رسوم بيانية لعدة دوائس، بما فيها ما يُسمى بمجمع 4 بت كامل.
استخدام هذه خاصية المفاتيح الكهربائية لتطبيق المنطق هو المفهوم الأساسي الذي يقوم عليه كل أجهزة الكمبيوتر الرقمية الإلكترونية. أصبح عمل Shannon أساس تصميم الدوائس الرقمية، حيث أصبح معروفاً على نطاق واسع في مجتمع الهندسة الكهربائية أثناء وبعد الحرب العالمية الثانية. تفوقت الصرامة النظرية لعمل Shannon على الطرق الخاصة التي كانت سائدة سابقاً. وصف Howard Gardner أطروحة Shannon بأنها "ربما الأطروحة الماجستيرية الأكثر أهمية والأكثر شهرة في القرن."
حصل Shannon على درجة الدكتوراه من MIT عام 1940. اقترح Vannevar Bush أن يعمل Shannon على أطروحته في Cold Spring Harbor Laboratory، من أجل تطوير صياغة رياضية لوراثة Mendelian. أسفرت هذه الأبحاث عن أطروحة الدكتوراه الخاصة به، والتي تُسمى "جبر لوراثيات نظرية".
في عام 1940، أصبح Shannon زميل بحوث وطني في معهد الدراسات المتقدمة في Princeton بولاية New Jersey. في Princeton، أتيحت لـ Shannon الفرصة لمناقشة أفكاره مع علماء ورياضيين مؤثرين مثل Hermann Weyl و John von Neumann، كما أتيحت له لقاءات عرضية مع Albert Einstein و Kurt Gödel. عمل Shannon بحرية عبر التخصصات المختلفة، وقد تكون هذه القدرة ساهمت في تطوره لاحقاً لنظرية المعلومات الرياضية.
أبحاث الحرب
انضم Shannon بعد ذلك إلى Bell Labs للعمل على أنظمة التحكم في النيران والتشفير خلال الحرب العالمية الثانية، بموجب عقد مع قسم التحكم في الأنظمة D-2 في لجنة أبحاث الدفاع الوطني NDRC.
يُنسب إلى Shannon اختراع رسوم بيانية تدفق الإشارة عام 1942. اكتشف صيغة الكسب الطوبولوجية أثناء التحقيق في التشغيل الوظيفي لجهاز كمبيوتر تناظري.
لمدة شهرين في أوائل عام 1943، دخل Shannon في اتصال مع عالم الرياضيات البريطاني الرائد Alan Turing. تم نشر Turing في Washington لمشاركة خدمة تحليل الأكواز البحرية الأمريكية الطرق التي استخدمتها حكومة المملكة المتحدة في مدرسة Bletchley Park لفك الأكواز التي استخدمتها غواصات Kriegsmarine في شمال المحيط الأطلسي. كان مهتماً أيضاً بتشفير الكلام ولهذا الغرض قضى وقتاً في Bell Labs. التقى Shannon و Turing وقت الشاي في الكافتيريا. أظهر Turing لـ Shannon ورقته عام 1936 التي عرّفت ما يُعرف الآن باسم "آلة Turing العامة". أثار هذا إعجاب Shannon، حيث أن العديد من أفكارها تكمل أفكاره الخاصة.
في عام 1945، مع اقتراب الحرب من نهايتها، كانت NDRC تصدر ملخصاً للتقارير الفنية كخطوة أخيرة قبل إغلاقها في النهاية. داخل المجلد عن التحكم في النيران، كانت هناك مقالة خاصة بعنوان "تمليس البيانات والتنبؤ في أنظمة التحكم في النيران"، من تأليف Shannon و Ralph Beebe Blackman و Hendrik Wade Bode، معالجت رسمياً مشكلة تمليس البيانات في التحكم في النيران بالقياس مع "مشكلة فصل الإشارة عن الضوضاء المتدخلة في أنظمة الاتصالات." بعبارة أخرى، لقد صيغت المشكلة من حيث معالجة البيانات والإشارات، وبالتالي بشرت بقدوم عصر المعلومات.
كان عمل Shannon على التشفير مرتبطاً بشكل أوثق بمنشوراته اللاحقة عن نظرية الاتصالات. في نهاية الحرب، أعد مذكرة سرية لـ Bell Telephone Labs بعنوان "نظرية رياضية للتشفير"، بتاريخ سبتمبر 1945. تم نشر نسخة غير سرية من هذه الورقة عام 1949 بعنوان "نظرية الاتصالات لأنظمة السرية" في Bell System Technical Journal. تضمنت هذه الورقة العديد من المفاهيم والصيغ الرياضية التي ظهرت أيضاً في ورقته "نظرية رياضية للاتصالات". قال Shannon أن رؤاه في زمن الحرب حول نظرية الاتصالات والتشفير تطورت بشكل متزامن وأن "كانا قريبين جداً بحيث لا يمكن فصلهما". في ملاحظة في أسفل الصفحة بالقرب من بداية التقرير السري، أعلن Shannon عن نيته "تطوير هذه النتائج ... في مذكرة قادمة عن نقل المعلومات."
بينما كان Shannon في Bell Labs، أثبت أن المفتاح التشفيري لمرة واحدة غير قابل للكسر في أبحاثه السرية التي تم نشرها لاحقاً في أكتوبر 1949. كما أثبت أن أي نظام غير قابل للكسر يجب أن يكون له بشكل أساسي نفس خصائص المفتاح لمرة واحدة: المفتاح يجب أن يكون عشوائياً تماماً، وكبيراً مثل النص العادي، ولا يتم إعادة استخدامه بالكلية أو جزئياً، ويجب الحفاظ على سريته.
نظرية المعلومات
في عام 1948، ظهرت المذكرة الموعود بها كـ "نظرية رياضية للاتصالات"، وهي مقالة من جزأين في أعداد يوليو وأكتوبر من Bell System Technical Journal. يركز هذا العمل على مشكلة كيفية ترميز المعلومات بأفضل طريقة التي يريد المرسل أن ينقلها. في هذا العمل الأساسي، استخدم أدوات في نظرية الاحتمالات، طورها Norbert Wiener، والتي كانت في مراحلها الأولى من التطبيق على نظرية الاتصالات في ذلك الوقت. طور Shannon إنتروبيا المعلومات كمقياس لمحتوى المعلومات في الرسالة، وهو مقياس لعدم اليقين الذي تقلله الرسالة، بينما اخترع بشكل أساسي مجال نظرية المعلومات. في عام 1949 ابتكر Claude Shannon و Robert Fano طريقة منهجية لتخصيص كلمات رمزية بناءً على احتمالات الكتل. تُعرف هذه التقنية باسم ترميز Shannon–Fano، وقد تم اقتراحها لأول مرة في المقالة عام 1948.
الكتاب، من تأليف Warren Weaver و Shannon، "النظرية الرياضية للاتصالات"، يعيد طبع مقالة Shannon عام 1948 وشرح Weaver الشعبي لها، وهي يسهل الوصول إليها للمتخصصين. أشار Warren Weaver إلى أن كلمة "معلومات" في نظرية الاتصالات لا ترتبط بما تقوله بالفعل، بل بما يمكنك أن تقول. أي أن المعلومات هي مقياس حريتك في الاختيار عندما تختار رسالة. تم أيضاً نشر مفاهيم Shannon على نطاق واسع، تخضع لتصحيحه الخاص، في كتاب "الرموز والإشارات والضوضاء" لـ John Robinson Pierce.
تم تعزيز الإسهام الأساسي لنظرية المعلومات في معالجة اللغة الطبيعية والعلوم اللغوية الحاسوبية بشكل أكبر في عام 1951، في مقالته "التنبؤ وإنتروبيا اللغة الإنجليزية المطبوعة"، تظهر الحدود العليا والدنيا لإنتروبيا إحصائيات اللغة الإنجليزية - مما يوفر أساساً إحصائياً لتحليل اللغة. بالإضافة إلى ذلك، أثبت أن التعامل مع المسافات البيضاء باعتبارها الحرف السابع والعشرين من الأبجدية يقلل بالفعل عدم اليقين في اللغة المكتوبة، مما يوفر رابطاً واضحاً وقابلاً للقياس بين الممارسة الثقافية والإدراك الاحتمالي.
ورقة بحثية أخرى ملحوظة نُشرت عام 1949 هي "نظرية الاتصالات لأنظمة السرية"، وهي نسخة غير سرية من عمله في زمن الحرب على النظرية الرياضية للتشفير، والذي أثبت أن جميع الأكواز النظرية غير القابلة للكسر يجب أن يكون لها نفس متطلبات المفتاح لمرة واحدة. يُنسب إليه أيضاً إدخال نظرية المعاينة، التي تتعلق بتمثيل إشارة مستمرة الوقت من مجموعة منفصلة موحدة من العينات. كانت هذه النظرية ضرورية في تمكين الاتصالات من الانتقال من أنظمة النقل التناظرية إلى الأنظمة الرقمية في الستينات وما بعدها.
عاد إلى MIT لشغل منصب رئاسة موهوبة عام 1956.
التدريس في MIT
في عام 1956 انضم Shannon إلى هيئة تدريس MIT للعمل في مختبر أبحاث الإلكترونيات RLE. استمر في الخدمة في هيئة تدريس MIT حتى عام 1978.
الحياة اللاحقة
أصيب Shannon بمرض الزهايمر وقضى السنوات القليلة الأخيرة من حياته في دار رعاية؛ توفي عام 2001، تاركاً وراءه زوجته وابناً وابنة وحفيدتين.
الهوايات والاختراعات
خارج متابعته الأكاديمية، كان Shannon مهتماً بالعبة الترجيح والدراجة أحادية العجلة والشطرنج. اخترع أيضاً العديد من الأجهزة، بما في ذلك جهاز كمبيوتر للأرقام الرومانية يُسمى THROBAC وآلات الترجيح وبوق يرمي النار. بنى جهازاً يمكنه حل اللغز Rubik's Cube.
صمم Shannon جهاز Minivac 601، وهو جهاز تدريب كمبيوتر رقمي لتعليم رجال الأعمال كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر. تم بيعه من قبل شركة Scientific Development Corp ابتداءً من عام 1961.
يُعتبر أيضاً المخترع المشارك لأول جهاز كمبيوتر قابل للارتداء جنباً إلى جنب مع Edward O. Thorp. تم استخدام الجهاز لتحسين احتمالات الفوز عند لعب لعبة الروليت.
الحياة الشخصية
تزوج Shannon من Norma Levor، امرأة ثرية وموهوبة وماركسية في يناير 1940. انتهت الزيجة بالطلاق بعد حوالي سنة. تزوجت Levor لاحقاً من Ben Barzman.
التقى Shannon بزوجته الثانية Betty Shannon المعروفة باسم Mary Elizabeth Moore عندما كانت محللة رقمية في Bell Labs. تزوجا عام 1949. ساعدت Betty على بناء بعض من أشهر اختراعاته. كان لديهما ثلاثة أطفال.
كان Shannon غير سياسي وملحداً.
الإشادات والتكريمات
هناك ستة تماث
