La información es la resolución de la incertidumbre.
Claude Elwood Shannon fue un matemático, ingeniero eléctrico y criptógrafo estadounidense conocido como "el padre de la teoría de la información". Shannon es reconocido por haber fundado la teoría de la información con un artículo histórico, "A Mathematical Theory of Communication", que publicó en 1948.
También es bien conocido por haber fundado la teoría del diseño de circuitos digitales en 1937, cuando, como estudiante de maestría de 21 años en el Instituto Tecnológico de Massachusetts MIT, escribió su tesis demostrando que las aplicaciones eléctricas del álgebra booleana podrían construir cualquier relación lógica numérica. Shannon contribuyó al campo del criptoanálisis para la defensa nacional durante la Segunda Guerra Mundial, incluyendo su trabajo fundamental en descifrado de códigos y telecomunicaciones seguras.
Biografía
Infancia
La familia Shannon vivía en Gaylord, Michigan, y Claude nació en un hospital en el cercano Petoskey. Su padre, Claude Sr. 1862–1934 era un empresario y por un tiempo, un juez de sucesiones y su madre, Mabel Wolf Shannon 1890–1945, era una maestra de idiomas, que también fue directora de la escuela secundaria Gaylord High School.
La mayor parte de los primeros 16 años de la vida de Shannon fueron pasados en Gaylord, donde asistió a la escuela pública, graduándose de Gaylord High School en 1932. Shannon mostró una inclinación hacia las cosas mecánicas y eléctricas. Sus mejores materias fueron ciencia y matemáticas. En casa construyó dispositivos como modelos de aviones, un barco modelo radiocontrolado y un sistema de telégrafo de alambre de púas hacia la casa de un amigo a media milla de distancia. Durante su infancia, también trabajó como mensajero para la compañía Western Union.
Su héroe de infancia fue Thomas Edison, de quien después se enteró que era un pariente distante. Tanto Shannon como Edison eran descendientes de John Ogden 1609–1682, un líder colonial y antepasado de muchas personas distinguidas.
Circuitos lógicos
En 1932, Shannon ingresó a la Universidad de Michigan, donde fue introducido al trabajo de George Boole. Se graduó en 1936 con dos títulos de licenciatura: uno en ingeniería eléctrica y otro en matemáticas.
En 1936, Shannon comenzó sus estudios de posgrado en ingeniería eléctrica en MIT, donde trabajó en el analizador diferencial de Vannevar Bush, una computadora analógica temprana. Mientras estudiaba los complicados circuitos ad hoc de este analizador, Shannon diseñó circuitos de conmutación basados en los conceptos de Boole. En 1937, escribió su tesis de maestría, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Un artículo de esta tesis fue publicado en 1938. En este trabajo, Shannon demostró que sus circuitos de conmutación podrían usarse para simplificar la disposición de los relés electromecánicos que se usaban en ese momento en los conmutadores de enrutamiento de llamadas telefónicas. Luego, expandió este concepto, demostrando que estos circuitos podían resolver todos los problemas que el álgebra booleana podía resolver. En el último capítulo, presentó diagramas de varios circuitos, incluyendo un sumador completo de 4 bits.
El uso de esta propiedad de los interruptores eléctricos para implementar la lógica es el concepto fundamental que subyace en todas las computadoras digitales electrónicas. El trabajo de Shannon se convirtió en la base del diseño de circuitos digitales, ya que se conoció ampliamente en la comunidad de ingeniería eléctrica durante y después de la Segunda Guerra Mundial. El rigor teórico del trabajo de Shannon superó los métodos ad hoc que habían prevalecido anteriormente. Howard Gardner llamó a la tesis de Shannon "posiblemente la tesis de maestría más importante y más notable del siglo".
Shannon recibió su doctorado del MIT en 1940. Vannevar Bush había sugerido que Shannon debería trabajar en su disertación en el Laboratorio de Cold Spring Harbor, para desarrollar una formulación matemática de la genética mendeliana. Esta investigación resultó en la tesis doctoral de Shannon, llamada An Algebra for Theoretical Genetics.
En 1940, Shannon se convirtió en un Becario de Investigación Nacional en el Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey. En Princeton, Shannon tuvo la oportunidad de discutir sus ideas con científicos y matemáticos influyentes como Hermann Weyl y John von Neumann, y también tuvo encuentros ocasionales con Albert Einstein y Kurt Gödel. Shannon trabajaba libremente entre disciplinas, y esta capacidad puede haber contribuido a su posterior desarrollo de la teoría matemática de la información.
Investigación durante la guerra
Shannon luego se unió a Bell Labs para trabajar en sistemas de control de fuego y criptografía durante la Segunda Guerra Mundial, bajo un contrato con la sección D-2 Control Systems del Comité Nacional de Investigación de Defensa NDRC.
Shannon es acreditado con la invención de gráficos de flujo de señal, en 1942. Descubrió la fórmula de ganancia topológica mientras investigaba el funcionamiento funcional de una computadora analógica.
Durante dos meses a principios de 1943, Shannon entró en contacto con el destacado matemático británico Alan Turing. Turing había sido enviado a Washington para compartir con el servicio criptanalítico de la Marina de los Estados Unidos los métodos utilizados por la Escuela Británica de Códigos y Cifras del Gobierno en Bletchley Park para romper los cifras utilizados por los U-boots de la Kriegsmarine en el Atlántico norte. También estaba interesado en el cifrado del habla y con este fin pasó tiempo en Bell Labs. Shannon y Turing se conocieron a la hora del té en la cafetería. Turing le mostró a Shannon su artículo de 1936 que definía lo que ahora se conoce como la "máquina de Turing universal". Esto impresionó a Shannon, ya que muchas de sus ideas complementaban las propias.
En 1945, cuando la guerra llegaba a su fin, el NDRC estaba emitiendo un resumen de informes técnicos como último paso antes de su eventual cierre. Dentro del volumen sobre control de fuego, un ensayo especial titulado Data Smoothing and Prediction in Fire-Control Systems, coautor de Shannon, Ralph Beebe Blackman y Hendrik Wade Bode, trató formalmente el problema de suavizar los datos en el control de fuego por analogía con "el problema de separar una señal del ruido interferente en sistemas de comunicaciones". En otras palabras, modeló el problema en términos de procesamiento de datos y señales y así anunció la llegada de la Era de la Información.
El trabajo de Shannon sobre criptografía estaba aún más estrechamente relacionado con sus posteriores publicaciones sobre teoría de la comunicación. Al cierre de la guerra, preparó un memorando clasificado para Bell Telephone Labs titulado "A Mathematical Theory of Cryptography", fechado en septiembre de 1945. Una versión desclasificada de este artículo fue publicada en 1949 como "Communication Theory of Secrecy Systems" en el Bell System Technical Journal. Este artículo incorporaba muchos de los conceptos y formulaciones matemáticas que también aparecieron en su A Mathematical Theory of Communication. Shannon dijo que sus perspectivas en tiempo de guerra sobre teoría de la comunicación y criptografía se desarrollaron simultáneamente y que "estaban tan juntas que no podías separarlas". En una nota a pie de página cerca del comienzo del informe clasificado, Shannon anunció su intención de "desarrollar estos resultados... en un futuro memorando sobre la transmisión de información".
Mientras estaba en Bell Labs, Shannon demostró que la libreta de un solo uso criptográfico es inquebrantable en su investigación clasificada que fue publicada posteriormente en octubre de 1949. También demostró que cualquier sistema inquebrantable debe tener esencialmente las mismas características que la libreta de un solo uso: la clave debe ser verdaderamente aleatoria, tan grande como el texto plano, nunca reutilizada en su totalidad o en parte, y mantenerse en secreto.
Teoría de la información
En 1948, el memorando prometido apareció como "A Mathematical Theory of Communication", un artículo en dos partes en los números de julio y octubre del Bell System Technical Journal. Este trabajo se centra en el problema de cómo codificar mejor la información que un remitente quiere transmitir. En este trabajo fundamental, utilizó herramientas de teoría de probabilidades, desarrolladas por Norbert Wiener, que estaban en sus etapas iniciales de ser aplicadas a la teoría de la comunicación en ese momento. Shannon desarrolló la entropía de la información como una medida del contenido de información en un mensaje, que es una medida de la incertidumbre reducida por el mensaje, mientras que esencialmente inventaba el campo de la teoría de la información. En 1949 Claude Shannon y Robert Fano idearon una forma sistemática de asignar palabras de código basadas en las probabilidades de bloques. Esta técnica, conocida como codificación Shannon–Fano, fue propuesta por primera vez en el artículo de 1948.
El libro, coautor con Warren Weaver, The Mathematical Theory of Communication, reimprime el artículo de 1948 de Shannon y la popularización de Weaver del mismo, que es accesible al no especialista. Warren Weaver señaló que la palabra "información" en la teoría de la comunicación no está relacionada con lo que dices, sino con lo que podrías decir. Es decir, la información es una medida de la libertad de elección de uno cuando uno selecciona un mensaje. Los conceptos de Shannon también fueron popularizados, sujetos a su propia corrección de pruebas, en Symbols, Signals, and Noise de John Robinson Pierce.
La contribución fundamental de la teoría de la información al procesamiento del lenguaje natural y la lingüística computacional fue establecida adicionalmente en 1951, en su artículo "Prediction and Entropy of Printed English", mostrando los límites superior e inferior de la entropía en las estadísticas del inglés, dando una base estadística al análisis del lenguaje. Además, demostró que tratar los espacios en blanco como la vigésima séptima letra del alfabeto en realidad disminuye la incertidumbre en el lenguaje escrito, proporcionando un vínculo cuantificable claro entre la práctica cultural y la cognición probabilística.
Otro artículo notable publicado en 1949 es "Communication Theory of Secrecy Systems", una versión desclasificada de su trabajo en tiempo de guerra sobre la teoría matemática de la criptografía, en el que demostró que todos los cifras teóricamente inquebrantables deben tener los mismos requisitos que la libreta de un solo uso. También se le acredita con la introducción de la teoría del muestreo, que se ocupa de representar una señal continua en el tiempo a partir de un conjunto discreto uniforme de muestras. Esta teoría fue esencial para permitir que las telecomunicaciones pasaran de sistemas de transmisión analógica a digital en los años sesenta y posteriores.
Regresó al MIT para ocupar una cátedra dotada en 1956.
Enseñanza en MIT
En 1956 Shannon se unió a la facultad del MIT para trabajar en el Laboratorio de Investigación de Electrónica RLE. Continuó sirviendo en la facultad del MIT hasta 1978.
Vida posterior
Shannon desarrolló la enfermedad de Alzheimer y pasó los últimos años de su vida en un hogar de ancianos; murió en 2001, sobrevivido por su esposa, un hijo y una hija, y dos nietas.
Pasatiempos e inventos
Fuera de sus actividades académicas, Shannon estaba interesado en hacer malabarismos, andar en monociclo y ajedrez. También inventó muchos dispositivos, incluyendo una computadora de números romanos llamada THROBAC, máquinas de malabarismo y una trompeta lanzallamas. Construyó un dispositivo que podía resolver el rompecabezas del Cubo de Rubik.
Shannon diseñó la Minivac 601, una computadora entrenadora digital para enseñar a los hombres de negocios cómo funcionaban las computadoras. Fue vendida por la Scientific Development Corp a partir de 1961.
También es considerado el coinventor de la primera computadora portátil junto con Edward O. Thorp. El dispositivo fue utilizado para mejorar las probabilidades al jugar a la ruleta.
Vida personal
Shannon se casó con Norma Levor, una intelectual de izquierda adinerada y judía en enero de 1940. El matrimonio terminó en divorcio después de aproximadamente un año. Levor más tarde se casó con Ben Barzman.
Shannon conoció a su segunda esposa Betty Shannon de soltera Mary Elizabeth Moore cuando era analista numérica en Bell Labs. Se casaron en 1949. Betty asistió a Claude en la construcción de algunos de sus inventos más famosos. Tuvieron tres hijos.
Shannon era apolítico y ateo.
Tributos
Hay seis estatuas de Shannon esculpidas por Eugene Daub: una en la Universidad de Michigan; una en MIT en el Laboratorio de Sistemas de Información y Decisión; una en Gaylord, Michigan; una en la Universidad de California, San Diego; una en Bell Labs; y otra en AT&T Shannon Labs. Después de la ruptura del Bell System, la parte de Bell Labs que permaneció con AT&T Corporation fue nombrada Shannon Labs en su honor.
Según Neil Sloane, un becario de AT&T que coeditor de la gran colección de artículos de Shannon en 1993, la perspectiva introducida por la teoría de la comunicación de Shannon ahora llamada teoría de la información es la base de la revolución digital, y cada dispositivo que contiene un microprocesador o microcontrolador es un descendiente conceptual de la publicación de Shannon en 1948: "Es uno de los grandes hombres del siglo. Sin él, nada de lo que conocemos hoy existiría. Toda la revolución digital comenzó con él". La unidad shannon lleva el nombre de Claude Shannon.
A Mind at Play, una biografía de Shannon escrita por Jimmy Soni y Rob Goodman, fue publicada en 2017.
El 30 de abril de 2016, Shannon fue honrado con un Google Doodle para celebrar su vida en lo que habría sido su centésimo cumpleaños.
The Bit Player, una película de larga duración sobre Shannon dirigida por Mark Levinson se estrenó en el Festival de Ciencia Mundial en 2019. Extraída de entrevistas realizadas con Shannon en su casa en los años ochenta, la película fue lanzada en Amazon Prime en agosto de 2020.
Otro trabajo
El ratón de Shannon
"Theseus", creado en 1950, fue un ratón mecánico controlado por un circuito de relé electromecánico que le permitía moverse alrededor de un laberinto de 25 cuadrados. La configuración del laberinto era flexible y podría ser modificada arbitrariamente reorganizando las particiones móviles. El ratón fue diseñado para buscar a través del corredor
