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骑独轮车的信息论之父——克劳德·香农 | 科学档案

2016-04-30 李思敏 知识分子



主播 | 阳燕

撰文 | 李思敏

责编 | 莫尼、陈娉莹


  


20世纪40年代,美国最大的电话公司里,一个帅气的无可挑剔的男人正一边骑着老式独轮车,一边同时抛接4个球,穿梭在不同的实验室和车间里。他的交流对象非常广泛,著名的冶金学家、工程师、物理学家,公司里的电话安装工、维修工。不管你是西装革履,还是指甲缝里满是黑乎乎的机油。如果你找他,他会非常耐心地帮助你。


没错,他就是今天科学档案的主人公:克劳德·香农,1916年4月30日出生在美国密西根州一个只有不到三千人的小镇里的信息论之父、数字通讯时代的奠基人。


香农一生的大部分时间都是在贝尔实验室和麻省理工学院度过的。同事对他印象最深的,除了“他是能立刻抓住问题本质的天才”之外,就是他骑着独轮车的身影。在双轮自行车普及的年代里,以老式独轮车代步,是香农的一种兴趣和习惯。甚至到了最后,他还成为了优秀的独轮车骑手,并在1973年秋天,与他人合作成立了美国独轮车手协会(Unicycling Society of America)。


不过这并不奇怪,和香农熟识的人都知道,他这个人,永远都不满足于浅尝辄止,而是要把任何自己喜欢的事情做到极致。香农的祖父酷爱发明,小香农的动手能力和他解决问题的能力都深受祖父的影响。当别的小朋友还沉浸于玩玩泥沙、荡荡秋千的时候,小香农就已经建造了多个飞机模型、一艘无线电控制的船、一个联通朋友家的电报系统。童年时,香农把发明家爱迪生当作偶像,并且尝试找出自己和爱迪生的关联,通过不断搜索资料,他终于证明自己与爱迪生确实存在远房亲戚的关系。


香农说,“实用性并不是我优先考虑的事,我更喜欢去解决一个有趣的问题,并且乐在其中”。


他发现电话通话的噪音问题急需解决,经过反复实验,香农提出所有信息都可以用0和1两个数字来表达,通过数字化编码,就能实现信息的无误传输。1948年,32岁的香农发表《通讯的数学理论》一文阐明了这些观点,并创立了信息论,这篇文章也被称为是“数字时代的蓝图”。我们今天能够清晰地打越洋电话或卫星电话,都与通信信道质量的改善密切相关。


信息论现已被广泛应用于传播学、统计、语言处理、加密、神经生物学、生态学、热物理、量子计算、网络通信等领域。即使在今天,我们通过调整带宽、增加输出频率、修改传输制式等多种方法来加快通讯速度,但是仍旧无法超越香农提出的传输速率上限,只能无限趋近,这让人不得不叹服香农的伟大。


晚年的香农,患上了老年痴呆症,在经受十几年的病痛折磨后,这位信息论创始人的生命定格在了2001年,享年84岁。但是,他创造的信息定律,仍将葆有最鲜活的生命力。2016年被命名为香农年,因为今年刚好是香农的100周岁诞辰。我们更应该学习他好奇心强、重视实践、追求完美、永不满足的科学精神,这是他获得成功的重要经验。


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