Claude Shannon II

Claude Shannon

• 

  (30. dubna 1916 - 24. února 2001)

Claude Shannon byl americký matematik, kybernetik, zakladatel informatiky a digitální komunikace a přezdívalo se mu „otec teorie informace“. Narodil se 30. dubna 1916 v Petoskey, Michigan. V dětství bydlel s rodiči v Gaylordu. Jeho otec Claude Elwood Shannon byl soudce a matka ředitelkou místní střední školy. Pocházel tedy z intelektuálně založené rodiny. Jeho dědeček byl vášnivý vynálezce a za své práce získal i několik patentů. Claude byl už v dětství nadšeným radioamatérem. Byl fascinovaný mechanickými a elektrickými přístroji. Jeho velkým vzorem byl Thomas Alva Edison. Později se dokonce prokázalo, že byli vzdálení příbuzní.

Vzdělání

Jeho vášeň pro mechaniku a elektrické přístroje značně ovlivnila jeho směr vzdělání. Studoval elektrické inženýrství na michiganské univerzitě. Protože ho ovšem poutala i matematika, přidal si ještě druhý obor a v roce 1936 získal tituly bakaláře za obory elektrické inženýrství a matematika. Další volba studia byla čistě náhodná. Mladý Claude narazil na inzerát, kde Elektrotechnická fakulta Massachusettského technologického institutu hledala technika pro tým konstruktérů diferenciálního analyzátoru. Jeho vášeň ovlivnila velice rychlé rozhodnutí a od poloviny roku Shannon působil ve skupině Vannevara Bushe a pracoval na sestrojení analogového počítače. Massachusettský technologický institut byl ve třicátých letech minulého století kolébkou technologických výzkumů. Přednášely zde kapacity jako Norbert Weiner, nebo Vannevar Bush. K nejvýznamnějším studentům patřili William Hewlett, který později založil vlastní počítačovou společnost Hewlett-Packard, William Shockey, jenž se podílel na vynálezu tranzistoru, anebo Richard Feynman, který hrál významnou roli v oblasti kvantové teorie.

Převratná diplomová práce

Kromě konstrukčních prací v Massachusettském technologickém institutu se věnoval i studiu ve stejné instituci. Déle se zajímal o elektromechanickou a přemýšlel o matematické formalizaci funkčnosti obvodů. Toto téma ho nadchlo natolik, že mu zasvětil i svou diplomovou práci a nazval ji A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits, 1938, neboli Symbolická analýza reléových a spínacích obvodů. Shannonovi se prostřednictvím této práce podařil průlom k nové vědní disciplíně, což bývá velice neobvyklé. Jeho diplomová práce pojednávala jen o návrzích reléových sítí v telefonních ústřednách, ale tato metodika popisu položila základy teorie konečných automatů. Bez této teorie by byl pozdější vývoj informatiky nepředstavitelný. Shannon se dříve zabýval Booleovou algebrou a uvědomil si, že funkčnost relé je podmíněna dvěma stavy. AND značilo zapnuto a NOT značilo vypnuto. Tyto stavy byly identické s logickými výroky PRAVDA a NEPRAVDA. Z toho vyplývá, že propojení elektronických relé můžeme vyjádřit pomocí Booleovy logiky. Claude nevyužil konkrétní logiku ke zpracování jeho postupů. Nebyl prvním matematikem, kterého tato myšlenka napadla, ale jako první ji zpracoval do matematické teorie. Jeho práce ovšem vytvořila i základy pro digitální počítač pomocí dvou prvků: jedničky a nuly. Tyto dva prvky měly znamenat zapnuto a vypnuto. Shannonova teorie spínacích obvodů nadchla nemálo vědců. Odborníci z Bell Labs ve státě New Jersey se nechali Shannonem inspirovat a vytvořili návrh telefonní ústředny. Ihned poté ho oslovili, zda by neměl zájem podílet se na práci v jejich ústavu. Shannon neváhal a v roce 1941 se přestěhoval do Murray Hills, kde tento institut sídlil.

Teorie informace

Shannon po druhé světové válce sepsal studii A Mathematical Theory of Communication, 1948, neboli Matematická teorie komunikace. Všechny poznatky k této práci sbíral a shromažďoval v období válečných let. Jeho práce se dnes považuje za základní stavební kámen informatiky. Teorie informace není samostatná disciplína. Jedná se o průnik a propojení mnoha. V největší zastoupení matematická statistika, kryptografie, termodynamika, elektrotechnika a teorie pravděpodobnosti. K této práci ho vedl zájem o problematiku přenosu zpráv. Zabýval se šumem, frekvenčním pásmem a množstvím přenesených informací. Shannon se ve své práci snažil zodpovědět jednoduché otázky. Co je to vůbec informace? Lze a jakým způsobem můžeme informaci měřit? Shannonovi předchůdci se v této problematice pokoušeli rozluštit zašifrované znaky, ale bohužel bez zdařilých konců. Shannonův úspěch spočíval ve vyjádření zpráv na základě matematické statistiky. Základním krokem bylo určit jednotku informace, bit. Jeden bit odpovídá jedné získané odpovědi na jednu otázku typu ano/ne, u které je pravděpodobnost obou odpovědí stejná. Tuto odpověď lze vyjádřit pomocí jednou z číslic 0 a 1. Na základě toho určení Shannon rozvinul teorii přenosu dat a teorii datové komprese. Obě tyto teorie pak vzájemně propojil a definoval pojem informační entropie.

Zdrojem a příjemcem informace může být člověk, nebo technické zařízení. Podstatou přenosu informací je zajistit přenos informace od zdroje k příjemci spolehlivou cestou. Pokud během přenosu dojde k poruše, může od zdroje místo původní zprávy přijít její zkreslená varianta. Informace je abstraktní pojem vyjadřující obsah sdělení. Informace může mít formu verbální, textovou, obrazovou, nebo jejich kombinace.

Později se Claude Shannon opět vrátil do Massachusettského technologického institutu, kde byl členem týmu ve výzkumné laboratoři (Research Laboratory of Electronics). Zaujala ho umělá inteligence a učící se stroje. Ostatní to považovali jen za teoretické uvažování. Aby toto tvrzení Claude svým spolupracovníkům vyvrátil, sestavil zařízení zvané Shannonova myš neboli Theseum, tedy první učící se stroj. Shannonova myš byl mechanismus napojený na ocelový vozíček, který projížděl bludištěm. Toto zařízení si dokázalo zapamatovat správné a nesprávné varianty cest. První cesta zabrala vozíčku 60 sekund, ovšem při druhém pokusu už mechanismus dokázal vyhodnotit správnou cestu a projel labyrintem k cíli za pouhých 15 sekund. Tímto způsobem vznikla první umělá inteligence. Při sestrojování tohoto učícího se mechanismu se věnoval vedlejší činnosti. Psal studii Programming a Computer for Playing Chess neboli Programování počítače pro šachovou hru. V této publikaci uvedl pravidla pro tvorbu šachových počítačových programů. Ne velmi často se stává, že je někdo v tak nízkém věku, třicet tři let, považován za vůdčí osobnost dvou oborů. Claude Shannon hrál jednu z nejvýznamnějších rolí při vývoji informatiky a kybernetiky. Tím větší byl šok nejen pro kolegy v institutu, ale i pro veřejnost, když Claude oznámil svůj odchod do důchodu. Tehdy mu bylo jen třicet pět let. Svoje rozhodnutí odůvodnil tím, že se chce věnovat svým koníčkům, k nimž patřilo především cestování, hudba a vymyšlení prapodivných přístrojů, čemuž se věnoval do konce svého života. Claude Shannon zemřel 24. února 2001 v Bostonu ve státě Massachusetts.

ZDROJE

VYSOKÝ, Petr. C. E. Shannon – průkopník informačního věku. Vesmír. 2004, roč. 83, č. 8. ISSN 1214-4029. Dostupný též z: http://casopis.vesmir.cz/clanky/clanek/id/5988

KAPOUN, Jan. Průkopníci informačního věku (10.): Claude Shannon. CIO Business World [online magazín]. 2010, č. 11. Dostupný též z: http://businessworld.cz/cio-bw-special/prukopnici-informacniho-veku-10-claude-shannon-6969