Informação é a resolução da incerteza.
Claude Elwood Shannon foi um matemático americano, engenheiro elétrico e criptógrafo conhecido como "o pai da teoria da informação". Shannon é reconhecido por ter fundado a teoria da informação com um artigo marcante, "A Mathematical Theory of Communication", que publicou em 1948.
Ele também é bem conhecido por ter fundado a teoria do projeto de circuitos digitais em 1937, quando—aos 21 anos, como aluno de mestrado no Massachusetts Institute of Technology MIT—escreveu sua tese demonstrando que aplicações elétricas da álgebra booleana poderiam construir qualquer relação lógica numérica. Shannon contribuiu para o campo da criptanálise para defesa nacional durante a Segunda Guerra Mundial, incluindo seu trabalho fundamental sobre quebra de códigos e telecomunicações seguras.
Biografia
Infância
A família Shannon vivia em Gaylord, Michigan, e Claude nasceu em um hospital na vizinha Petoskey. Seu pai, Claude Sr. 1862–1934 era empresário e por um tempo juiz de sucessões, e sua mãe, Mabel Wolf Shannon 1890–1945, era professora de idiomas, que também serviu como diretora da Gaylord High School.
A maior parte dos primeiros 16 anos de vida de Shannon foram gastos em Gaylord, onde frequentou a escola pública, formando-se na Gaylord High School em 1932. Shannon mostrou inclinação para coisas mecânicas e elétricas. Seus melhores assuntos eram ciências e matemática. Em casa, ele construiu dispositivos como modelos de aviões, um barco modelo controlado por rádio e um sistema de telégrafo de arame farpado para a casa de um amigo a meia milha de distância. Enquanto crescia, ele também trabalhou como mensageiro para a empresa Western Union.
Seu herói da infância era Thomas Edison, que mais tarde descobriu ser um parente distante. Tanto Shannon quanto Edison eram descendentes de John Ogden 1609–1682, um líder colonial e ancestral de muitas pessoas distintas.
Circuitos lógicos
Em 1932, Shannon entrou na Universidade de Michigan, onde foi introduzido ao trabalho de George Boole. Ele se formou em 1936 com dois bacharelados: um em engenharia elétrica e outro em matemática.
Em 1936, Shannon iniciou seus estudos de pós-graduação em engenharia elétrica no MIT, onde trabalhou no analisador diferencial de Vannevar Bush, um computador analógico primitivo. Enquanto estudava os complexos circuitos ad hoc deste analisador, Shannon projetou circuitos de comutação baseados nos conceitos de Boole. Em 1937, ele escreveu sua tese de mestrado, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Um artigo desta tese foi publicado em 1938. Neste trabalho, Shannon provou que seus circuitos de comutação poderiam ser usados para simplificar o arranjo dos relés eletromecânicos que eram usados então em comutadores de roteamento de chamadas telefônicas. Em seguida, ele expandiu esse conceito, provando que esses circuitos poderiam resolver todos os problemas que a álgebra booleana poderia resolver. No último capítulo, ele apresentou diagramas de vários circuitos, incluindo um somador completo de 4 bits.
Usar essa propriedade dos interruptores elétricos para implementar lógica é o conceito fundamental que está subjacente a todos os computadores digitais eletrônicos. O trabalho de Shannon tornou-se a base do projeto de circuitos digitais, conforme se tornou amplamente conhecido na comunidade de engenharia elétrica durante e após a Segunda Guerra Mundial. O rigor teórico do trabalho de Shannon superou os métodos ad hoc que haviam prevalecido anteriormente. Howard Gardner chamou a tese de Shannon de "possivelmente a tese de mestrado mais importante, e também a mais notável, do século."
Shannon recebeu seu PhD do MIT em 1940. Vannevar Bush havia sugerido que Shannon deveria trabalhar em sua dissertação no Cold Spring Harbor Laboratory, para desenvolver uma formulação matemática para genética mendeliana. Esta pesquisa resultou na tese de PhD de Shannon, chamada An Algebra for Theoretical Genetics.
Em 1940, Shannon tornou-se um Bolsista de Pesquisa Nacional no Institute for Advanced Study em Princeton, Nova Jersey. Em Princeton, Shannon teve a oportunidade de discutir suas ideias com cientistas e matemáticos influentes como Hermann Weyl e John von Neumann, e também teve encontros ocasionais com Albert Einstein e Kurt Gödel. Shannon trabalhou livremente em diferentes disciplinas, e essa habilidade pode ter contribuído para seu posterior desenvolvimento da teoria matemática da informação.
Pesquisa em tempo de guerra
Shannon então se juntou ao Bell Labs para trabalhar em sistemas de controle de fogo e criptografia durante a Segunda Guerra Mundial, sob contrato com a seção D-2 Control Systems section do National Defense Research Committee NDRC.
Shannon é creditado com a invenção de gráficos de fluxo de sinal, em 1942. Ele descobriu a fórmula de ganho topológico enquanto investigava o funcionamento de um computador analógico.
Por dois meses no início de 1943, Shannon entrou em contato com o matemático britânico líder Alan Turing. Turing havia sido enviado a Washington para compartilhar com o serviço de criptanálise da Marinha dos EUA os métodos usados pelo British Government Code and Cypher School em Bletchley Park para quebrar as cifras usadas pelos U-boots da Kriegsmarine no Atlântico Norte. Ele também estava interessado na encriptação de fala e para esse fim passou tempo no Bell Labs. Shannon e Turing se encontraram na hora do chá na cafeteria. Turing mostrou a Shannon seu artigo de 1936 que definiu o que agora é conhecido como "Máquina de Turing Universal". Isso impressionou Shannon, pois muitas de suas ideias complementavam a própria dele.
Em 1945, quando a guerra chegava ao fim, o NDRC estava emitindo um resumo de relatórios técnicos como último passo antes de seu eventual fechamento. Dentro do volume sobre controle de fogo, um ensaio especial intitulado Data Smoothing and Prediction in Fire-Control Systems, coautoria de Shannon, Ralph Beebe Blackman e Hendrik Wade Bode, tratava formalmente do problema de suavização de dados em controle de fogo por analogia com "o problema de separar um sinal do ruído interferente em sistemas de comunicação." Em outras palavras, modelou o problema em termos de processamento de dados e sinais e assim anunciou a chegada da Era da Informação.
O trabalho de Shannon em criptografia estava ainda mais intimamente relacionado às suas posteriores publicações sobre teoria da comunicação. No final da guerra, ele preparou um memorando classificado para Bell Telephone Labs intitulado "A Mathematical Theory of Cryptography", datado de setembro de 1945. Uma versão desclassificada deste artigo foi publicada em 1949 como "Communication Theory of Secrecy Systems" no Bell System Technical Journal. Este artigo incorporou muitos dos conceitos e formulações matemáticas que também apareceram em sua A Mathematical Theory of Communication. Shannon disse que seus insights em tempo de guerra sobre teoria da comunicação e criptografia se desenvolveram simultaneamente e que "eram tão próximos um do outro que você não conseguia separá-los". Em uma nota de rodapé perto do início do relatório classificado, Shannon anunciou sua intenção de "desenvolver esses resultados … em um memorando futuro sobre a transmissão de informação."
Enquanto estava no Bell Labs, Shannon provou que o one-time pad criptográfico é inquebrável em sua pesquisa classificada que foi publicada posteriormente em outubro de 1949. Ele também provou que qualquer sistema inquebrável deve ter essencialmente as mesmas características do one-time pad: a chave deve ser verdadeiramente aleatória, tão grande quanto o texto simples, nunca reutilizada no todo ou em parte, e ser mantida em segredo.
Teoria da informação
Em 1948, o memorando prometido apareceu como "A Mathematical Theory of Communication", um artigo em duas partes nas edições de julho e outubro do Bell System Technical Journal. Este trabalho se concentra no problema de como melhor codificar a informação que um remetente quer transmitir. Neste trabalho fundamental, ele usou ferramentas em teoria de probabilidade, desenvolvidas por Norbert Wiener, que estavam em seus estágios iniciais de aplicação à teoria da comunicação naquela época. Shannon desenvolveu entropia da informação como uma medida do conteúdo de informação em uma mensagem, que é uma medida de incerteza reduzida pela mensagem, enquanto essencialmente inventou o campo da teoria da informação. Em 1949, Claude Shannon e Robert Fano idealizaram uma forma sistemática de atribuir palavras de código baseadas em probabilidades de blocos. Esta técnica, conhecida como Shannon–Fano coding, foi proposta pela primeira vez no artigo de 1948.
O livro, coautor com Warren Weaver, The Mathematical Theory of Communication, reimprimir o artigo de Shannon de 1948 e a popularização de Weaver, que é acessível ao não-especialista. Warren Weaver apontou que a palavra "informação" na teoria da comunicação não está relacionada ao que você diz, mas ao que você poderia dizer. Ou seja, informação é uma medida da sua liberdade de escolha quando você seleciona uma mensagem. Os conceitos de Shannon também foram popularizados, sujeito à sua própria revisão de provas, no livro de John Robinson Pierce Symbols, Signals, and Noise.
A contribuição fundamental da teoria da informação para processamento de linguagem natural e linguística computacional foi ainda mais estabelecida em 1951, em seu artigo "Prediction and Entropy of Printed English", mostrando limites superiores e inferiores de entropia nas estatísticas do inglês – dando uma base estatística para análise de linguagem. Além disso, ele provou que tratar espaços em branco como a 27ª letra do alfabeto na verdade reduz a incerteza na linguagem escrita, fornecendo um vínculo quantificável claro entre prática cultural e cognição probabilística.
Outro artigo notável publicado em 1949 é "Communication Theory of Secrecy Systems", uma versão desclassificada de seu trabalho em tempo de guerra sobre a teoria matemática da criptografia, no qual ele provou que todas as cifras teoricamente inquebrávels devem ter os mesmos requisitos do one-time pad. Ele também é creditado com a introdução da teoria da amostragem, que se preocupa com a representação de um sinal de tempo contínuo a partir de um conjunto discreto uniforme de amostras. Esta teoria foi essencial para permitir que as telecomunicações passassem de sistemas analógicos para digitais na década de 1960 e depois.
Ele retornou ao MIT para ocupar uma cátedra dotada em 1956.
Ensino no MIT
Em 1956, Shannon se juntou à faculdade do MIT para trabalhar no Research Laboratory of Electronics RLE. Ele continuou a servir na faculdade do MIT até 1978.
Vida posterior
Shannon desenvolveu a doença de Alzheimer e passou os últimos anos de sua vida em uma casa de repouso; ele morreu em 2001, sobrevivido por sua esposa, um filho e uma filha, e duas netas.
Hobbies e invenções
Fora de seus empreendimentos acadêmicos, Shannon estava interessado em malabarismo, monociclo e xadrez. Ele também inventou muitos dispositivos, incluindo um computador de numerais romanos chamado THROBAC, máquinas de malabarismo e uma trombeta lança-chamas. Ele construiu um dispositivo que conseguia resolver o quebra-cabeça do Cubo de Rubik.
Shannon projetou o Minivac 601, um treinador de computador digital para ensinar aos empresários como os computadores funcionavam. Foi vendido pela Scientific Development Corp a partir de 1961.
Ele também é considerado o co-inventor do primeiro computador vestível junto com Edward O. Thorp. O dispositivo foi usado para melhorar as probabilidades ao jogar roleta.
Vida pessoal
Shannon se casou com Norma Levor, uma intelectual de esquerda, rica e judaica, em janeiro de 1940. O casamento terminou em divórcio após cerca de um ano. Levor posteriormente se casou com Ben Barzman.
Shannon conheceu sua segunda esposa Betty Shannon née Mary Elizabeth Moore quando ela era analista numérica no Bell Labs. Eles se casaram em 1949. Betty auxiliou Claude na construção de algumas de suas invenções mais famosas. Eles tiveram três filhos.
Shannon era apolítico e ateu.
Tributos
Existem seis estátuas de Shannon esculpidas por Eugene Daub: uma na Universidade de Michigan; uma no MIT no Laboratório de Sistemas de Informação e Decisão; uma em Gaylord, Michigan; uma na Universidade da Califórnia, San Diego; uma no Bell Labs; e outra no AT&T Shannon Labs. Após o colapso do Bell System, a parte do Bell Labs que permaneceu com a AT&T Corporation foi nomeada Shannon Labs em sua homenagem.
De acordo com Neil Sloane, um AT&T Fellow que co-editou a grande coleção de artigos de Shannon em 1993, a perspectiva introduzida pela teoria da comunicação de Shannon agora chamada de teoria da informação é a base da revolução digital, e cada dispositivo contendo um microprocessador ou microcontrolador é um descendente conceitual da publicação de Shannon em 1948: "Ele é um dos grandes homens do século. Sem ele, nenhuma das coisas que conhecemos hoje existiria. Toda a revolução digital começou com ele." A unidade shannon recebe o nome de Claude Shannon.
A Mind at Play, uma biografia de Shannon escrita por Jimmy Soni e Rob Goodman, foi publicada em 2017.
Em 30 de abril de 2016, Shannon foi homenageado com um Google Doodle para celebrar sua vida no que teria sido seu 100º aniversário.
The Bit Player, um filme de longa-metragem sobre Shannon dirigido por Mark Levinson, estreou no World Science Festival em 2019. Baseado em entrevistas conduzidas com Shannon em sua casa nos anos 1980, o filme foi lançado na Amazon Prime em agosto de 2020.
Outros trabalhos
O camundongo de Shannon
"Theseus", criado em 1950, era um camundongo mecânico controlado por um circuito de relé eletromecânico que o permitia se mover em torno de um labirinto de 25 quadrados. A configuração do labirinto era flexível e podia ser modificada arbitrariamente através do rearranjo de divisórias móveis. O camundongo foi projetado para buscar no corredor
