نتيجة تطور نظرية شانون في الاتصال. نظرية المعلومات لكلود شانون
يتم عرض السيرة الذاتية المختصرة لكلود شانون والحقائق المثيرة للاهتمام من حياة المهندس الأمريكي ومحلل الشفرات وعالم الرياضيات، أبو عصر المعلومات، في هذه المقالة.
كلود شانون سيرة ذاتية قصيرة
ولد كلود إلوود شانون في 30 أبريل 1916 في مدينة بيتوكي بولاية ميشيغان. كان والده محامياً، وكانت والدته تدرس اللغات الأجنبية. في عام 1932، تخرج الشاب من المدرسة الثانوية وتلقى تعليمه في المنزل في نفس الوقت. كان والد كلود يشتري لابنه باستمرار أجهزة راديو للهواة ومجموعات بناء، مما يعزز إبداعه الفني. وقامت أخته الكبرى بتدريسه دروسًا متعمقة في الرياضيات. لذلك كان حب التكنولوجيا والرياضيات واضحًا.
في عام 1932، دخل عالم المستقبل جامعة ميشيغان. تخرج من المؤسسة التعليمية عام 1936 بدرجة البكالوريوس في الرياضيات والهندسة الكهربائية. في الجامعة، قرأ أعمال "حساب التفاضل والتكامل المنطقي" و"التحليل الرياضي للمنطق" للمؤلف جورج بول، والتي حددت إلى حد كبير اهتماماته العلمية المستقبلية.
وسرعان ما تمت دعوته للعمل في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كمساعد باحث في مختبر الهندسة الكهربائية. عمل شانون على ترقية جهاز الكمبيوتر التناظري، وهو محلل التفاضلي الخاص بفانيفار بوش.
في عام 1936، قرر كلود الالتحاق ببرنامج الماجستير، وبعد عام كتب أطروحته. وعلى أساسه كتب مقالاً بعنوان "التحليل الرمزي للمرحلات ودوائر التبديل" نشر عام 1938 في مجلة المعهد الأمريكي لمهندسي الكهرباء. جذبت مقالته اهتمام مجتمع الهندسة الكهربائية العلمي وفي عام 1939 حصل على الجائزة. ألفريد نوبل. دون الانتهاء من أطروحة الماجستير الخاصة به، بدأ شانون العمل على درجة الدكتوراه في الرياضيات، وتطرق إلى مشاكل في علم الوراثة. وكان يطلق عليه "الجبر لعلم الوراثة النظري".
في عام 1941، عندما كان عمره 25 عامًا، بدأ العمل في قسم الرياضيات في مركز أبحاث مختبرات بيل. في هذا الوقت، بدأت الأعمال العدائية في أوروبا. قامت أمريكا بتمويل أبحاث شانون في مجال التشفير. وكان مؤلف تحليل النصوص المشفرة باستخدام الأساليب النظرية للمعلومات. وفي عام 1945، أكمل العالم تقريرًا سريًا كبيرًا بعنوان "النظرية الرياضية للتشفير".
ما هي المساهمات التي قدمها كلود شانون لعلوم الكمبيوتر؟
قام العالم في بحثه بإعداد مفاهيم حول نظرية المعلومات. وفي عام 1948، نشر شانون كتاب “النظرية الرياضية للاتصالات”، والذي ظهرت فيه النظرية الرياضية كمستقبل للمعلومات وقناة اتصال لنقلها. كل ما تبقى هو ترجمة كل شيء إلى لغة أبسط ونقل إنجازاتنا إلى الإنسانية. قدم كلود شانون مفهوم إنتروبيا المعلومات،الذي يدل على كمية، وحدة من المعلومات. وقال العالم إن أحد علماء الرياضيات نصحه باستخدام هذا المصطلح. ابتكر كلود شانون 6 نظريات مفاهيمية تشكل أساس نظرية المعلومات الخاصة به:
- نظرية التقييم الكمي للمعلومات.
- نظرية التعبئة العقلانية للرموز أثناء التشفير الأولي.
- نظرية مطابقة تدفق المعلومات مع سعة قناة الاتصال دون تدخل.
- نظرية مطابقة تدفق المعلومات مع سعة قناة الاتصال الثنائية مع الضوضاء.
- نظرية لتقدير قدرة قناة الاتصال المستمر.
- نظرية إعادة البناء الخالية من الأخطاء للإشارة المستمرة.
في عام 1956، توقف العالم عن العمل في مختبرات بيل وتولى منصب أستاذ في كليتين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: الهندسة الكهربائية والرياضيات.
وعندما بلغ الخمسين من عمره، توقف عن التدريس وكرس نفسه بالكامل لهواياته المفضلة. لقد ابتكر دراجة أحادية بسرجين، وروبوتات تحل مكعب روبيك وتلعب الكرات، وسكينًا قابلًا للطي مع العديد من الشفرات. في عام 1965 زار اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. ومؤخرًا، كان كلود شانون مريضًا جدًا وتوفي في فبراير 2001 بسبب مرض الزهايمر في دار رعاية المسنين في ماساتشوستس.
كلود شانون حقائق مثيرة للاهتمام
لقد غرس جده شانون حب العلم. كان جد شانون مخترعًا ومزارعًا. اخترع الغسالة إلى جانب العديد من المعدات الزراعية المفيدة الأخرى
عندما كان مراهقا عمل رسولافي ويسترن يونيون.
هو كان مولعا بالعزف على الكلارينيتواستمع إلى الموسيقى وقراءة الشعر.
تزوج شانون في 27 مارس 1949 من ماري إليزابيث مور شانون، التي التقى بها في مختبرات بيل. عملت هناك كمحللة. كان للزوجين ثلاثة أطفال: أندرو مور وروبرت جيمس ومارجريتا كاترينا.
أحب كلود شانون الذهاب إلى لاس فيغاس في عطلات نهاية الأسبوع مع زوجته بيتي وزميله للعب البلاك جاك. حتى أن شانون وصديقه صمما أول كمبيوتر يمكن ارتداؤه في العالم "لعد البطاقات".
شارك في تطوير الأجهزة التي اكتشفت طائرات العدو ووجهت المدافع المضادة للطائرات نحوها. كما أنشأ نظام تشفير للحكومة الأمريكية، مما يضمن سرية المفاوضات بين روزفلت وتشرشل.
كان يحب لعب الشطرنج والتلاعب. يتذكر شهود شبابه في مختبرات بيل كيف كان يتجول في ممرات الشركة على دراجة أحادية، بينما كان يتلاعب بالكرات.
لقد ابتكر دراجة أحادية بسرجين، وسكينًا قابلًا للطي بمائة شفرة، وروبوتات تحل مكعب روبيك، وروبوتًا يتلاعب بالكرات.
كان شانون، على حد تعبيره، شخصًا غير سياسي وملحدًا.
- جائزة تحمل اسم أ. نوبل AIEE (1940);
- جائزة في ذكرى السيد ليبمان (إنجليزي)الروسية غضب (1949);
- وسام الشرف من IEEE (1966);
- الوسام الوطني للعلوم (1966);
- جائزة هارفي (1972);
- جائزة كيوتو (1985).
سيرة
في عام 1985، حضر كلود شانون وزوجته بيتي الندوة الدولية حول نظرية المعلومات في برايتون. لم يحضر شانون المؤتمرات الدولية لفترة طويلة، وفي البداية لم يتعرفوا عليه حتى. في المأدبة، ألقى كلود شانون خطابًا قصيرًا، وتلاعب بثلاث كرات فقط، ثم وزع مئات ومئات من التوقيعات للعلماء والمهندسين المذهولين الذين وقفوا في طابور طويل، ويشعرون بمشاعر التبجيل تجاه العالم العظيم، ومقارنته بالسيد شانون. إسحاق نيوتن.
لقد كان مطور أول لعبة صناعية يتم التحكم فيها عن طريق الراديو، والتي تم إنتاجها في الخمسينيات في اليابان (الصورة). كما قام بتطوير جهاز يمكنه طي مكعب روبيك (الصورة)، وهو كمبيوتر صغير للعبة اللوحة Hex، التي تهزم الخصم دائمًا (الصورة)، وفأرة ميكانيكية يمكنها إيجاد طريقة للخروج من المتاهة (الصورة). كما أدرك فكرة الآلة الكوميدية "Ultimate Machine" (الصورة).
نظرية الاتصال في الأنظمة السرية
عمل شانون "نظرية الاتصال في الأنظمة السرية" (1945)، المصنف على أنه "سري"، والذي تم رفع السرية عنه ونشره فقط في عام 1949، كان بمثابة بداية بحث مكثف في نظرية التشفير ونقل المعلومات، وفي الرأي العام، أعطى التشفير مكانة العلم. كان كلود شانون هو أول من بدأ دراسة التشفير باستخدام منهج علمي. في هذه المقالة، حدد شانون المفاهيم الأساسية لنظرية التشفير، والتي بدونها لم يعد من الممكن تصور التشفير. الميزة المهمة لشانون هي البحث عن أنظمة آمنة تمامًا وإثبات وجودها، فضلاً عن وجود شفرات قوية من الناحية التشفيرية، والشروط المطلوبة لذلك. صاغ شانون أيضًا المتطلبات الأساسية للشفرات القوية. لقد قدم المفاهيم المألوفة الآن مثل التشتت والخلط، بالإضافة إلى طرق إنشاء أنظمة تشفير قوية تعتمد على عمليات بسيطة. هذه المقالة هي نقطة البداية لدراسة علم التشفير.
مقال "النظرية الرياضية للاتصال"
- تدور نظرية نيكويست-شانون (في الأدب الروسي - نظرية كوتيلنيكوف) حول إعادة بناء إشارة لا لبس فيها من عيناتها المنفصلة.
- (أو نظرية التشفير الصامت) تحدد الحد الأقصى لضغط البيانات وقيمة عددية لأنتروبيا شانون.
- نظرية شانون-هارتلي
أنظر أيضا
- صيغة الاستيفاء ويتاكر-شانون
ملحوظات
الأدب
- شانون سي.إي.نظرية رياضية للاتصال // المجلة الفنية لنظام الجرس. - 1948. - ت 27. - ص 379-423، 623-656.
- شانون سي.إي.التواصل في وجود الضوضاء // بروك. معهد مهندسي الراديو. - يناير. 1949. - ت 37. - رقم 1. - ص 10-21.
- شانون ك.يعمل على نظرية المعلومات وعلم التحكم الآلي. - م: دار نشر الأدب الأجنبي 1963. - 830 ص.
روابط
- قائمة المراجع (الإنجليزية)
فئات:
- الشخصيات حسب الترتيب الأبجدي
- العلماء حسب الأبجدية
- ولد في 30 أبريل
- ولد عام 1916
- مواليد ميشيغان
- توفي في 24 فبراير
- توفي في عام 2001
- وفيات في ماساتشوستس
- علماء الرياضيات في الولايات المتحدة
- نظرية المعلومات
- علماء التشفير
- علم التحكم الآلي
- رواد تكنولوجيا الكمبيوتر
- الباحثون في مجال الذكاء الاصطناعي
- العلماء في مجال علم النظم
- خريجي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
- خريجو جامعة ميشيغان
- أعضاء هيئة التدريس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
- الأعضاء والأعضاء المراسلون في الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم
- الزملاء الأجانب للجمعية الملكية في لندن
- علماء الرياضيات في القرن العشرين
- الفائزون بجائزة هارفي
- الحاصلون على الميدالية الوطنية الأمريكية للعلوم
- الحائزون على وسام الشرف من IEEE
- الأشخاص: شطرنج الكمبيوتر
- المهندسين الكهربائيين في الولايات المتحدة
مؤسسة ويكيميديا.
2010. كلود إلوود شانون -عالم أمريكي بارز
في مجال الرياضيات والهندسة وتحليل الشفرات. اكتسب شهرة عالمية بفضل اكتشافاته في مجال تكنولوجيا المعلومات واختراع "البت" (1948)
باعتبارها أصغر وحدة معلومات. ويعتبر مؤسس نظرية المعلومات، التي لا تزال أحكامها الرئيسية ذات صلة بقسم الاتصالات عالية التقنية والاتصالات الحديثة. وكان شانون أيضاتم تقديم مفهوم "الإنتروبيا" لأول مرة
، مما يشير إلى كمية غير محددة من المعلومات المرسلة.
كان هذا العالم أول من طبق منهجًا علميًا لأفكار المعلومات وقوانين التشفير، وأثبت أفكاره في أعمال حول النظرية الرياضية للاتصالات، وكذلك نظرية الاتصال في الأنظمة السرية.
لقد قدم أيضًا مساهمة كبيرة في تطوير علم التحكم الآلي، حيث أثبت نقاطًا رئيسية مثل المخطط الاحتمالي، والمفهوم العلمي للعبة، بالإضافة إلى الأفكار حول إنشاء أنظمة التشغيل الآلي والإدارة.
الطفولة والمراهقة ولد كلود شانون في بيتوسكي، ميشيغان، الولايات المتحدة الأمريكية. حدث هذا الحدث البهيج
30/04/1916.
كان والد عالم المستقبل يعمل في مجال الدعوة، ثم تم تعيينه قاضيا. قامت الأم بتدريس اللغة الأجنبية وحصلت في النهاية على منصب مديرة المدرسة في جايلورد.
كان لشانون الأب ميول رياضية. وقد لعب جده، وهو مزارع ومخترع، دورًا رئيسيًا في تشكيل ميل حفيده نحو النشاط العلمي. في ترسانتهإنشاء غسالة
وبعض أنواع الآلات الزراعية التطبيقية. يشار إلى أن إديسون تربطه روابط عائلية بهذه العائلة. في سن ال 16، تخرج كلود من المدرسة الثانوية، حيث كانت والدته تدرس. تمكنت من العملساعي إلى ويسترن يونيون،
تشارك في تصميم الأجهزة المختلفة.
كان مهتمًا بنمذجة الطائرات وأجهزة الراديو وإصلاح محطات الراديو الصغيرة. لقد صنع بيديه قاربًا يتم التحكم فيه عن طريق الراديو وتلغرافًا للتواصل مع صديق.
كما يؤكد كلود نفسه، لم يكن مهتما تماما بالسياسة والإيمان بالله فقط.
سنوات الطالب
وكانت وظيفته الأولى كمساعد باحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. أجرى كلود أنشطته العلمية كمشغل لجهاز كمبيوتر ميكانيكي ابتكره معلمه ف. بوش.
وبعد أن تعمق في التطورات العلمية المفاهيمية لبول، أدرك شانون إمكانية تطبيقها عمليًا. حماية رسالة الماجستير عام 1937،الذي أشرف عليه فرانك ل. هيتشكوك، انتقل إلى مختبرات بيل للهاتف الشهيرة، حيث أنتج مادة عن التحليل الرمزي في تبديل الدوائر واستخدام المرحلات.
تم نشره على صفحات مجلة خاصة صادرة عن معهد مهندسي الكهرباء في الولايات المتحدة الأمريكية (1938).
تم الكشف عن الأحكام الرئيسية للمادة تحسين توجيه المكالمات الهاتفية،بفضل استبدال المرحلات الكهروميكانيكية بدائرة تبديل. أثبت العالم الشاب مفهوم إمكانية حل جميع مشاكل الجبر البولي باستخدام المخططات.
تلقى هذا العمل من قبل شانون جائزة نوبل في الهندسة الكهربائية (1940)وأصبح الأساس لإنشاء دوائر رقمية منطقية في الدوائر الكهربائية. أصبح عمل هذا الماجستير طفرة علمية حقيقية في القرن العشرين، ووضع الأساس لإنشاء تكنولوجيا الكمبيوتر الإلكترونية للجيل الحديث.
أوصى بوش شانون بمتابعة أطروحة الدكتوراه في الرياضيات. لقد أولىوا اهتمامًا جادًا بالبحث الرياضي المرتبط ارتباطًا وثيقًا بالقوانين الوراثية للميراث لمندل الشهير. لكن هذا العمل لم يحظ بالاعتراف الواجب ولم يُنشر لأول مرة إلا في عام 1993.
لقد بذل العلماء الكثير من الجهد لبناء الأساس الرياضي لمختلف التخصصات، وخاصة تكنولوجيا المعلومات. وقد تم تسهيل ذلك من خلال تواصله مع عالم رياضيات بارز G. Weyl، وكذلك J. von Neumann، Einstein، Gödel.
فترة الحرب
من ربيع 1941 إلى 1956 كلود شانون يعمل لدى الدفاع الامريكيتطوير التحكم في الحرائق وكشف العدو أثناء الدفاع الجوي. لقد أنشأ علاقة حكومية دولية مستقرة بين الرئيس الأمريكي ورئيس الوزراء البريطاني.
حصل على جائزة البحث الوطنية عن ورقته حول تصميم دوائر التبديل ثنائية القطب (1942).
أصبح العالم مهتمًا بأفكار الإنجليزي تورينج حول تشفير الكلام (1943)، وفي عام 1945 نشر بالفعل عملاً حول متوسط البيانات والتنبؤ بها لأنظمة مكافحة الحرائق. المؤلفان المشاركان هما رالف بي بلاكمان وإتش بودي. بعد أن قاموا بتصميم نظام خاص يعالج المعلومات والإشارات الخاصة، قاموا دخلت عصر المعلومات.
مذكرة سرية لك. شانون في الميدان النظرية الرياضية للتشفير(1945) أثبت أن التشفير ونظرية الاتصالات لا ينفصلان.
فترة ما بعد الحرب
تميزت هذه المرة بمذكرته حول نظرية الاتصال من وجهة نظر رياضية (1948) فيما يتعلق بتشفير النصوص المنقولة.
كان عمل شانون اللاحق مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بنظرية المعلومات في مجال تطوير اللعبة، ولا سيما عجلة الروليت، وآلة قراءة الأفكار، وآلة قراءة الأفكار. في حل مكعب روبيك.
لقد نفذ العالم فكرة تجعل من الممكن ضغط المعلومات، مما يتجنب فقدانها أثناء التفريغ.
أنشأ العالم مدرسة، حيث أجرى بشكل دوري ندوات، حيث قام بتدريس الطلاب لإيجاد أساليب جديدة لحل بعض المهام.
وأبحاثه العلمية مشهورة في الرياضيات المالية.من بينها الدائرة الكهربائية لتدفق الأموال في صناديق التقاعد الأمريكية والأساس المنطقي لاختيار محفظة استثمارية عند تخصيص الأصول النقدية.
يقارن الكثيرون شعبية كلود شانون مع إسحاق نيوتن.
بعد تقاعده عام 1978، تناول نظرية ألعاب الخفة وصمم آلة خاصة.
نشر كلود شانون مجموعة من مقالاته عام 1993، حيث ضمت 127 من مؤلفاته العلمية.
المرحلة الأخيرة من الحياة
قضى سنواته الأخيرة في منزل ماساتشوستس الداخلي بسبب مرض الزهايمر. وهنا، بحسب زوجته ماري إليزابيث، شارك كلود في بحث لدراسة طرق علاجها.
كانت الأسرة بأكملها معه باستمرار. حدثت الوفاة في 24 فبراير 2001.
لقد نجا شانون من زوجته الوحيدة التي استمر زواجه بها منذ مارس 1949. وأنجبا أطفالًا ثلاثة أطفالروبرت، أندرو، مارجريتا.
كلود إلوود شانون(الإنجليزية: كلود إلوود شانون؛ 30 أبريل 1916، بيتوكي، ميشيغان، الولايات المتحدة الأمريكية - 24 فبراير 2001، ميدفورد، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية) - مهندس ومحلل تشفير وعالم رياضيات أمريكي. يعتبر "أبو عصر المعلومات".
وهو مؤسس نظرية المعلومات، التي وجدت تطبيقًا في أنظمة الاتصالات الحديثة ذات التقنية العالية. قدم المفاهيم والأفكار الأساسية وصياغاتها الرياضية التي تشكل حاليًا الأساس لتقنيات الاتصال الحديثة. وفي عام 1948، اقترح استخدام كلمة "بت" للدلالة على أصغر وحدة من المعلومات (في مقال "النظرية الرياضية للاتصالات"). بالإضافة إلى ذلك، كان مفهوم الإنتروبيا سمة مهمة لنظرية شانون. لقد أثبت أن الإنتروبيا التي قدمها تعادل مقياس عدم اليقين بشأن المعلومات الموجودة في الرسالة المرسلة. تعتبر أوراق شانون "النظرية الرياضية للاتصالات" و"نظرية الاتصالات في الأنظمة السرية" أساسية لنظرية المعلومات والتشفير. كان كلود شانون من أوائل الذين تناولوا التشفير من وجهة نظر علمية، وكان أول من صاغ أسسه النظرية وقدم العديد من المفاهيم الأساسية. قدم شانون مساهمات رئيسية في نظرية الدوائر الاحتمالية. نظرية اللعبة؛ تعتبر نظرية التشغيل الآلي ونظرية أنظمة التحكم من مجالات العلوم المدرجة في مفهوم “علم التحكم الآلي”.
سيرة
الطفولة والشباب
ولد كلود شانون في 30 أبريل 1916 في بيتوكي، ميشيغان، الولايات المتحدة الأمريكية. كان والده كلود الأب (1862-1934) رجل أعمال عصاميًا ومحاميًا وقاضيًا لبعض الوقت. كانت والدة شانون، مايبيل وولف شانون (1890-1945)، معلمة لغة أجنبية وأصبحت فيما بعد مديرة مدرسة جايلورد الثانوية. كان لدى والد شانون عقل رياضي وكان على علم بكلماته. لقد غرس جده شانون حب العلم. كان جد شانون مخترعًا ومزارعًا. اخترع الغسالة إلى جانب العديد من المعدات الأخرى المفيدة في الزراعة. كان توماس إديسون أحد أقارب شانون البعيدين.
أمضى كلود السنوات الستة عشر الأولى من حياته في جايلورد، ميشيغان، حيث تخرج من مدرسة جايلورد الثانوية الشاملة في عام 1932. عمل في شبابه ساعيًا لشركة Western Union. كان يونغ كلود مهتمًا بتصميم الأجهزة الميكانيكية والآلية. قام بجمع نماذج الطائرات ودوائر الراديو، وأنشأ قاربًا يتم التحكم فيه عن طريق الراديو ونظام تلغراف بين منزل أحد الأصدقاء ومنزله. في بعض الأحيان كان عليه إصلاح أجهزة الراديو لمتجر محلي.
كان شانون، على حد تعبيره، شخصًا غير سياسي وملحدًا.
سنوات الجامعة
في عام 1932، التحق شانون بجامعة ميشيغان، حيث تعرف في إحدى دوراته على أعمال جورج بول. في عام 1936، تخرج كلود من جامعة ميشيغان بتخصص مزدوج في الرياضيات والهندسة الكهربائية، والتحق بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، حيث عمل كمساعد باحث. كان يؤدي واجبات المشغل على جهاز حوسبة ميكانيكي، وهو كمبيوتر تناظري يسمى "المحلل التفاضلي"، الذي طوره مشرفه فانيفار بوش. من خلال دراسة الدوائر الكهربائية المعقدة والمتخصصة للغاية للمحلل التفاضلي، رأى شانون أنه يمكن استخدام مفاهيم بول بشكل جيد. بعد العمل في صيف عام 1937 في مختبرات بيل للهاتف، كتب بحثًا يستند إلى أطروحة الماجستير الخاصة به في ذلك العام، بعنوان "التحليل الرمزي لدوائر التتابع والتحويل". وتجدر الإشارة إلى أن فرانك لورين هيتشكوك أشرف على رسالة الماجستير وقدم النقد والنصائح المفيدة. تم نشر المقال نفسه في عام 1938 في منشورات المعهد الأمريكي لمهندسي الكهرباء (AIEE). في هذا العمل، أظهر أنه يمكن استخدام دوائر التبديل لتحل محل دوائر الترحيل الكهروميكانيكية المستخدمة لتوجيه المكالمات الهاتفية. ثم قام بتوسيع هذا المفهوم من خلال إظهار أن هذه الدوائر يمكن أن تحل جميع المشاكل التي يمكن أن يحلها الجبر البوليني. أيضًا، في الفصل الأخير، يعرض نماذج أولية للعديد من الدوائر، على سبيل المثال، جهاز جمع 4 بت. لهذا المقال، حصل شانون على جائزة ألفريد نوبل من المعهد الأمريكي للمهندسين الكهربائيين في عام 1940. وشكلت القدرة المؤكدة على تنفيذ أي حسابات منطقية في الدوائر الكهربائية الأساس لتصميم الدوائر الرقمية. والدوائر الرقمية هي، كما نعلم، أساس تكنولوجيا الحوسبة الحديثة، وبالتالي فإن نتائج أعماله تعد من أهم النتائج العلمية في القرن العشرين. وصف هوارد جاردنر من جامعة هارفارد عمل شانون بأنه "ربما يكون الأهم والأكثر شهرة في أطروحة الماجستير في القرن".
يتتبع الكتاب تاريخ وتطور عالم الكمبيوتر، والذي يمكن تقسيمه إلى عدة فترات: الفترة التي سبقت عصر الكمبيوتر؛ فترة إنشاء أجهزة الكمبيوتر الأولى وظهور لغات البرمجة الأولى؛ فترة تشكيل وتطوير صناعة الكمبيوتر، وظهور أنظمة الكمبيوتر والشبكات؛ فترة إنشاء لغات البرمجة الشيئية وتقنيات الكمبيوتر الجديدة. تم تخصيص كل فصل من فصول الكتاب لفترة منفصلة من المخترعين والمصممين والمبرمجين - مهندسي عالم الكمبيوتر.
لمجموعة واسعة من القراء
كتاب:
في الوقت الحاضر، تلعب أفكار شانون دورًا مهمًا في جميع الأنظمة تقريبًا التي تقوم بتخزين المعلومات أو معالجتها أو نقلها في شكل رقمي، بدءًا من أقراص الليزر إلى أجهزة الكمبيوتر، ومن السيارات إلى المحطات الفضائية الآلية...
جيه هورغان
كلود شانون
في أواخر ثلاثينيات القرن العشرين، كان شانون أول من ربط الجبر البولياني بدوائر التبديل التي تشكل جزءًا من أجهزة الكمبيوتر الحديثة. بفضل هذا الاكتشاف، يمكن استخدام الجبر البوليني كوسيلة لتنظيم العمليات الداخلية للكمبيوتر، وطريقة لتنظيم البنية المنطقية للكمبيوتر. وهكذا فإن صناعة الكمبيوتر تدين بالكثير لهذا الرجل، رغم أن اهتماماته كانت في بعض الأحيان بعيدة عن الكمبيوتر.
كان والده محامياً وقاضياً لبعض الوقت. قامت والدته بتدريس اللغات الأجنبية وأصبحت مديرة مدرسة إيلورد الثانوية. كان يونغ كلود مغرمًا جدًا بتصميم الأجهزة الأوتوماتيكية. قام بتجميع نماذج الطائرات ودوائر الراديو، كما أنشأ قاربًا يتم التحكم فيه عن طريق الراديو ونظام تلغراف بين منزله ومنزل أحد الأصدقاء. قام بإصلاح محطات الراديو لمتجر محلي. كان توماس إديسون بطل طفولته وابن عمه البعيد، على الرغم من أنهما لم يلتقيا قط. أضاف شانون لاحقًا إسحاق نيوتن وتشارلز داروين وألبرت أينشتاين وجون فون نيومان إلى قائمة أبطاله. في عام 1932، التحق شانون بجامعة ميشيغان. تخصص كلود شانون في الهندسة الكهربائية. لكن الرياضيات أذهلته أيضًا، وحاول أن يأخذ أكبر عدد ممكن من الدورات التدريبية. لعبت إحدى دورات الرياضيات تلك، في المنطق الرمزي، دورًا كبيرًا في حياته المهنية. حصل على درجة البكالوريوس في الهندسة الكهربائية والرياضيات. يقول شانون: "هذه هي قصة حياتي، التفاعل بين الرياضيات والهندسة الكهربائية".
في عام 1936، أصبح كلود شانون طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT). اقترح مشرفه فانيفار بوش، مبتكر المحلل التفاضلي (الكمبيوتر التناظري)، وصف التنظيم المنطقي للمحلل كموضوع لأطروحته.
أثناء العمل على أطروحته، توصل شانون إلى استنتاج مفاده أنه يمكن استخدام الجبر البولي بنجاح لتحليل وتوليف المفاتيح والمرحلات في الدوائر الكهربائية. كتب شانون: "يمكن إجراء عمليات رياضية معقدة باستخدام دوائر المرحلات. ويمكن تمثيل الأرقام بواسطة مواضع المرحلات ومفاتيح السائر. ومن خلال ربط مجموعات من المرحلات بطريقة معينة، يمكن إجراء عمليات رياضية مختلفة." وأوضح شانون أنه بهذه الطريقة، من الممكن بناء دائرة ترحيل تقوم بتنفيذ العمليات المنطقية AND وOR وNOT. يمكنك أيضًا إجراء المقارنات. بمساعدة مثل هذه الدوائر، من السهل تنفيذ بناء "إذا... إذن...".
في عام 1937، كتب شانون أطروحته بعنوان "التحليل الرمزي لدوائر التتابع والتحويل". لقد كانت أطروحة غير عادية، واعتبرت واحدة من أهم الأطروحات العلمية في ذلك الوقت: ما فعله شانون مهد الطريق لتطوير أجهزة الكمبيوتر الرقمية.
كان عمل شانون مهما للغاية: الآن يستخدم المهندسون الجبر البوليني باستمرار في ممارساتهم اليومية، وإنشاء أجهزة وبرامج لأجهزة الكمبيوتر وشبكات الهاتف والأنظمة الأخرى. وقلل شانون من أهمية مساهمته في هذا الاكتشاف. "لقد حدث أنه لم يكن أي شخص آخر على دراية بهذين المجالين (الرياضيات والهندسة الكهربائية). - أ. الفصل)قال: "في نفس الوقت"، ثم أعلن: "لطالما أحببت هذه الكلمة - منطقية".
لكي نكون منصفين، تجدر الإشارة إلى أنه قبل شانون، تم إنشاء اتصال بين الجبر البوليني ودوائر التبديل في أمريكا بواسطة C. Pierce، في روسيا بواسطة P. S. Ehrenfest، V. I. Shestakov وآخرين.
وبناءً على نصيحة بوش، قرر شانون الحصول على درجة الدكتوراه في الرياضيات من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. خطرت له فكرة أطروحته المستقبلية في صيف عام 1939، بينما كان يعمل في كولد سبرينج هابور في نيويورك. تم تعيين بوش رئيسًا لمعهد كارنيجي في مقاطعة واشنطن واقترح أن يقضي شانون بعض الوقت هناك: العمل الذي كانت تقوم به باربرا بيركس في علم الوراثة يمكن أن يكون بمثابة موضوع يطبق عليه شانون نظريته الجبرية. إذا كان بإمكان شانون القيام بتبديل الدوائر، فلماذا لم يتمكن من فعل الشيء نفسه في علم الوراثة؟ اكتملت رسالة الدكتوراه لشانون بعنوان "الجبر لعلم الوراثة النظري" في ربيع عام 1940. يسعى شانون للحصول على درجة الدكتوراه في الرياضيات ودرجة الماجستير في الهندسة الكهربائية. تي فراي، مدير الرياضيات في مختبرات بيل، أعجب بعمل شانون في المنطق الرمزي وتفكيره الرياضي. وفي صيف عام 1940، دعا شانون للعمل في شركة بيل. هناك، اكتشف شانون، أثناء بحثه في دوائر التبديل، طريقة جديدة لتنظيمها يمكن أن تقلل من عدد اتصالات الترحيل اللازمة لتنفيذ أي وظيفة منطقية معقدة. قام بنشر بحث بعنوان "تنظيم دوائر التبديل ثنائية القطب". وفي نهاية عام 1940، حصل شانون على الجائزة الوطنية للبحوث. وفي ربيع عام 1941، عاد إلى مختبرات بيل. مع اندلاع الحرب، قاد تي فراي العمل على برنامج لأنظمة مكافحة الحرائق للدفاع الجوي. انضم شانون إلى هذه المجموعة وعمل على أجهزة ترصد طائرات العدو وتستهدف المدافع المضادة للطائرات.
كانت شركة AT&T، المالكة لمختبرات Bell، شركة الاتصالات الرائدة في العالم، ومن الطبيعي أن تقوم مختبرات Bell أيضًا بالعمل على أنظمة الاتصالات. هذه المرة أصبح شانون مهتمًا بالرسائل الإلكترونية. ولم يكن يفهم سوى القليل في هذا المجال، لكنه كان يعتقد أن الرياضيات لديها الإجابات على معظم الأسئلة.
في البداية، وضع شانون لنفسه هدفًا بسيطًا: تحسين عملية نقل المعلومات عبر قناة التلغراف أو الهاتف تحت تأثير الاضطرابات الكهربائية أو الضوضاء. وخلص إلى أن الحل الأفضل لا يكمن في إدخال تحسينات تقنية على خطوط الاتصال، بل في تعبئة المعلومات بشكل أكثر كفاءة.
ما هي المعلومات؟ وبغض النظر عن مسألة محتوى هذا المفهوم، أظهر شانون أنه كمية قابلة للقياس: إن كمية المعلومات الواردة في رسالة معينة هي دالة لاحتمال اختيار هذه الرسالة من بين جميع الرسائل الممكنة. أطلق على الإمكانات الإجمالية للمعلومات في نظام الرسائل اسم "الإنتروبيا". في الديناميكا الحرارية، يعني هذا المفهوم درجة العشوائية (أو، إذا كنت تفضل، "الاختلاط") للنظام. (قال شانون ذات مرة إن عالم الرياضيات جون فون نيومان نصحه باستخدام مفهوم الإنتروبيا، الذي أشار إلى أنه بما أنه لا أحد يعرف ما هو، فإن شانون سيكون له دائمًا الأفضلية في النزاعات المتعلقة بنظريته).
عرّف شانون الوحدة الأساسية للمعلومات، التي سميت فيما بعد بالبت، كرسالة تمثل أحد خيارين: على سبيل المثال، "الرؤوس" - "الذيول"، أو "نعم" - "لا". يمكن تمثيل البت على أنه 1 أو 0، أو على أنه وجود أو عدم وجود تيار في الدائرة.
وعلى هذا الأساس الرياضي، أظهر شانون بعد ذلك أن أي قناة اتصال لديها القدرة القصوى لنقل المعلومات بشكل موثوق. في الواقع، أثبت أنه على الرغم من أنه من الممكن الوصول إلى هذا الحد الأقصى من خلال البرمجة الماهرة، إلا أنه من المستحيل تحقيقه. أصبح هذا الحد الأقصى معروفًا باسم حد شانون.
كيف يمكن للمرء أن يقترب من حد شانون؟ الخطوة الأولى هي الاستفادة من تكرار التعليمات البرمجية. وكما قد يكتب الحبيب بإيجاز "أنا أحبك" في رسالة حبه، فمن خلال الترميز الفعال يمكن للمرء ضغط المعلومات في أصغر شكل ممكن. باستخدام تقنيات ترميز خاصة تسمح بتصحيح الأخطاء، يمكنك التأكد من عدم تشويه الرسالة بسبب الضوضاء.
كانت أفكار شانون ذات رؤية بعيدة المنال بحيث لم يكن لها تأثير عملي فوري. ببساطة، لم تتمكن دوائر الأنابيب المفرغة من حساب الرموز المعقدة المطلوبة للاقتراب من حد شانون. في الواقع، لم يبدأ المهندسون في الاستفادة الكاملة من نظرية المعلومات إلا في أوائل السبعينيات، مع ظهور الدوائر المتكاملة عالية السرعة.
أوجز كلود شانون جميع أفكاره وأفكاره المتعلقة بعلم نظرية المعلومات الجديد في دراسة "النظرية الرياضية للاتصالات" التي نُشرت عام 1948.
وقد توغلت نظرية المعلومات، بالإضافة إلى الاتصالات، في مجالات أخرى، بما في ذلك اللغويات وعلم النفس والاقتصاد والبيولوجيا وحتى الفن. لتأكيد ذلك، دعونا نستشهد، على سبيل المثال، بحقيقة: في أوائل السبعينيات، تم نشر مقال افتتاحي بعنوان "نظرية المعلومات والتمثيل الضوئي والدين" في مجلة "معاملات IEEE حول نظرية المعلومات". من وجهة نظر شانون الخاصة، فإن تطبيق نظرية المعلومات على الأنظمة البيولوجية ليس أمرًا غير مناسب على الإطلاق، لأنه في رأيه، تعتمد الأنظمة الميكانيكية والحية على مبادئ مشتركة. وعندما سئل عما إذا كانت الآلة تستطيع التفكير، أجاب: "بالطبع، نعم. أنا آلة وأنت آلة، وكلانا يفكر، أليس كذلك؟"
في الواقع، كان شانون من أوائل المهندسين الذين اقترحوا إمكانية برمجة الآلات للعب الورق وحل المشكلات المعقدة الأخرى.
وفي عام 1948، نشر كتاب "برمجة جهاز كمبيوتر للعب الشطرنج". في السابق، لم تكن هناك منشورات مماثلة حول هذا الموضوع، وكان برنامج الشطرنج الذي أنشأه شانون هو الأساس للتطورات اللاحقة والإنجاز الأول في مجال الذكاء الاصطناعي. وفي عام 1950، اخترع الفأر الميكانيكي، ثيسيوس، والذي، عندما يتم التحكم فيه بواسطة مغناطيس ودائرة كهربائية معقدة مخبأة تحت الأرض، يمكن أن يجد طريقه للخروج من المتاهة.
لقد قام ببناء آلة "تقرأ العقول" وتلعب "العملة المعدنية"، وهي لعبة يحاول فيها أحد اللاعبين تخمين ما إذا كان اللاعب الآخر قد اختار "الصورة" أو "الصورة". قام زميل شانون، الذي يعمل أيضًا في مختبرات بيل، ديفيد دبليو هاجيلبارجر، ببناء نموذج أولي؛ تذكرت الآلة وحللت تسلسل الاختيارات السابقة للخصم، وحاولت العثور على نمط فيها، وبناءً عليه، توقع الاختيار التالي.
كان كلود شانون أحد منظمي المؤتمر الأول للذكاء الاصطناعي، الذي عقد عام 1956 في دارتموث. وفي عام 1965، زار الاتحاد السوفييتي بدعوة، حيث ألقى سلسلة من المحاضرات حول الذكاء الاصطناعي.
في عام 1958، ترك شانون مختبرات بيل ليصبح أستاذًا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. بعد تقاعده رسميًا في عام 1978، أصبحت هوايته الكبرى هي ألعاب الخفة. قام ببناء العديد من آلات ألعاب الخفة وطور ما يمكن تسميته بنظرية المجال الموحد للعبة.
منذ أواخر الخمسينيات، نشر شانون القليل جدًا من الأعمال حول نظرية المعلومات. قال بعض زملائه السابقين إن شانون كان "منهكًا" ومتعبًا من نظريته، لكن شانون نفى ذلك. قال: "معظم علماء الرياضيات العظماء كتبوا أفضل أعمالهم عندما كانوا صغارًا".
وفي عام 1985، قرر شانون وزوجته فجأة حضور الندوة الدولية حول نظرية المعلومات، التي عقدت في مدينة برايتون الإنجليزية. لسنوات عديدة لم يشارك في المؤتمرات، وفي البداية لم يلاحظه أحد. ثم بدأ المشاركون في الندوة يهمسون فيما بينهم: الرجل المتواضع ذو الشعر الرمادي الذي يأتي ويخرج من القاعات التي سُمعت فيها التقارير هو كلود شانون. في المأدبة، قال شانون بضع كلمات، وقام ببعض التلاعب بثلاث كرات، ووقع العديد من التوقيعات للمهندسين الذين اصطفوا في طابور طويل. وكما ذكر أحد المشاركين، "كان يُنظر إلى الأمر كما لو أن نيوتن قد ظهر في مؤتمر مخصص لمشاكل الفيزياء".
في أوائل مارس 2001، عن عمر يناهز 84 عامًا، بعد صراع طويل مع المرض، توفي كلود شانون. وكما كتب الصحفيون في كل مكان، مات الرجل الذي اخترع الإيقاع.