1916年,第一次世界大战激战正酣。在这一年的4月30日,远离战场的美国密歇根州佩托斯基(Petoskey),一个男婴呱呱坠地。这个男婴,就是我们这篇文章的主角——香农。香农的全名,叫做克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)。他是美国著名数学家、发明家、密码学家,也是信息论的创始人。换句话说,我们现在所有IT人和通信人的共同祖师爷,就是他。
香农从小就在一个名叫盖洛德(Gaylord)的小镇生活。他的父亲,是这个小镇的法官,名字叫克劳德·艾尔伍德·香农(没错,他老爹给儿子取了和自己一毛一样的名字)。香农的母亲,是小镇的中学校长,名叫梅布尔·沃尔夫·香农(Mabel Wolf Shannon)。父亲是法官,母亲是校长,这样的知识分子家庭,教育氛围当然不会差。
读书时候的香农,已经表现出惊人的数学天赋。在8岁的时候,他就辅导他姐姐做高等数学作业。后来,他姐姐大学毕业,成为了数学教授。除了数学之外,小香农特别喜欢搞发明创造,其中就包括电报机、电动船,以及各种机械动物。这个兴趣爱好,估计和他的爷爷有很大的关系。他爷爷是一位农场主兼发明家,发明过洗衣机和很多农用机械。值得提的是,香农还有一个远房亲戚,也很喜欢搞发明。这位亲戚的名字,叫爱迪生。
1936年,20岁的香农从密歇根大学本科毕业,顺利拿到了数学和电子工程双学位。随后,他进入麻省理工学院继续深造。两年后,香农完成了他的硕士论文——《继电器与开关电路的符号分析》。在论文中,他首次提出,可以用布尔代数来描述电路。他将布尔代数的“真”与“假”和电路系统的“开”与“关”对应起来,并用了数学中最简单的两个数字——“1”和“0”来表示。
香农的这篇论文,虽然仅仅是硕士论文,但具有划时代的意义。它奠定了数字电路的理论基础。后来出现的计算机等设备,都以此为设计思路。后来,著名计算机科学家赫尔曼·哥尔斯坦评价这篇论文是“有史以来最重要的硕士论文”,“从艺术到科学上改变了电路的设计。”
1941年,香农发表了新的论文——《微分分析器的数学理论》,通过机械式计算机来求解微分方程。同年,香农加入了著名的贝尔实验室(此后一直工作到1972年)。最开始进入贝尔实验室的时候,香农是去的数学部,从事和战争相关的工作——研究火力控制系统和密码学。他所在的密码破译团队,主要负责追踪纳粹德国的飞机和火箭。
1948年6月至10月,香农在《贝尔系统技术杂志》连载了那篇改变人类社会发展轨迹的论文——《通信的数学理论》。次年,香农又在该杂志发表了另一篇著名论文——《噪声下的通信》。在这两篇论文中,香农给出了通信系统的基本模型,提出了信息熵的概念以及数学表达式。
香农还推出了比特的概念(他将发明这个词的荣誉归功于自己的同事约翰·图基),将其称为“用于测量信息的单位”。bit比特(bit),其实就是二进制数(binary digit)的缩写。
除了信息熵之外,香农还在论文中提出了大名鼎鼎的香农公式。简单来说,信息熵讨论的是信息量及数据压缩的临界值。而香农公式,则是讨论通信速率的极限值。
1949年,香农在备忘录《密码学的一个数学理论》的基础上,又发表一篇重要论文——《保密系统的通信理论》。这篇论文再次震惊学术界。波士顿环球报称:“这一发现将密码从艺术变成为科学”。
1952年,香农夫妇共同推出了著名的“会走迷宫的老鼠”——忒修斯。这是木制的、带有铜须的玩具老鼠。它能通过不停地随机试错,穿过一座由金属墙组成的迷宫,直到在出口处找到一块金属的“奶酪”。
1956年,香农成为麻省理工学院(MIT)的客座教授。1958年,成为终生教授。1961年,香农和同事索普做出一个香烟盒大小的小型计算机,用来预测赌场的轮盘结果,计算小球落在轮盘不同位置的概率。
1973年,在以色列阿什凯隆召开的信息论国际研讨会上,IEEE命名了香农奖,并把这一奖项授于香农本人。这种自己领自己名字命名的奖的做法,后来被人戏称为“香农套路”。
1985年,在英格兰布莱顿举行的“国际信息理论研讨会”上,香农突然现身,引起了全场轰动。参加会议的年轻学者简直不敢相信自己的眼睛,竟然亲眼看见了信息理论的祖师爷!更让人瞠目结舌的是,香农竟然在会场上表演起了抛物杂耍,让整个会场更加沸腾。
香农当年还是投资大师、炒股高手,善于采用套利的手法,迅速赚取财富。1986年8月11日,著名的《巴伦周刊》曾汇总了1026家共同基金的近期表现,香农排名第一。
到了晚年时期,香农对杂耍的热爱简直到了痴迷的地步。他花了很多时间刻苦练习,不断提高杂耍水平。他甚至还拥有一张杂耍学博士证书,视为至宝。
香农还热衷于制造玩具。他建造了火焰喷射喇叭、火箭驱动飞盘、自动下棋机器人等各种奇怪的玩具。在后来人工智能先驱马文·闵斯基的启发下,他设计了一个被称为“终极机器”的机器人。
遗憾的是,这篇作品还没有完成,香农就因阿尔兹海默症于2001年2月26日去世了,享年85岁。
著名学者理查德·布拉胡特(Richard Blahut)教授在香农雕像(位于香农老家盖洛德镇)的落成典礼上,是这么评价香农的:“在我看来,两三百年之后,当人们回过头来看我们的时候,他们可能不会记得谁曾是美国的总统。他们也不会记得谁曾是影星或摇滚歌星。但是仍然会知晓香农的名字。学校里仍然会教授信息论。”