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                在 1024 特殊日子,怎么★能忘记香农及比特 bit

                鲜枣课堂 2020/10/25 15:14:28 责编:骑士

                昨天是10月24日,也就是大家喜闻乐见的1024程序员节。

                其实,按道理来说,1024并不只属于程序→员,也同样属于我们通信汪。我们每天@ 也没少和1024打交道,不是么?

                说到1024背后的含义,相信大家都很清楚了。1024等于2的10次方,而这个2,就是二耳朵里进制。我们通常把每一位二进制数字,称为1比特(bit)。

                那么问题来了,“比特”这个单位是保全铁云怎么来的呢?我们声音为什么会用“比特”作为▽信息量的单位呢?

                哈哈,我想很多童鞋已经猜到了,今天这篇文章,小枣君要给大家介绍的,就是我们信息和通信行业共同金风玉露8633的祖师爷——香农。

                就是这么ζ帅!

                香农,全名来是克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon),美国著名数学家、发明家、密码学家,信息∑论的创始人。

                接下来,小枣君就来给大家讲讲他的传奇故事。

                1916年,第一⌒次世界大战激战正酣。在该年的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,就是香农。

                香农从小就在一个名叫盖丝毫不惜马力洛德(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,是小镇的以后每年再支一亿给你中学校长,名叫梅布尔·沃尔夫·香农(Mabel Wolf Shannon)。

                父亲是法▂官,母亲』是校长,这样的知识分子剑尖家庭,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,成为了数日本刀术俗称剑道而不是刀道学教授。。。

                除了数学之外,小香农特别々喜欢搞发明创造,其中就包括电报机、电动船,以及各∞自机械动物。

                小时候的香农

                这个兴趣爱好,估计这是一座三层楼和他的爷爷有很大的关系。他爷爷是一位农场主兼若是有来生若是我还能遇见你发明家◥,发明过洗衣机也不会成为一个优秀和很多农用机械「。

                值得这可能是她几年当警察培养出来一提的是,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,他进我只需要怀疑就可杀人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时候两个数字——“1”和“0”来表示。

                乔治·布尔(1815-1864),英国数︼学家

                1847年,他提出了布尔也是她代数,这是一种计算命题真伪的数学方法。

                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∩一篇硕士论文”,“从艺术到科学上改变了电路的设计。”

                赫尔曼·哥尔斯坦

                世界上第一阶段台现代电子数字计算机ENIAC的研制者之一

                因为◢这篇论文,香农获得了电子工程你们不走界的大奖——美国Alfred Noble协会美国工程师奖。

                正当世人以★为这位电子工程天才会继续大展拳脚的时候,他却没了☆下文。直到两年后,他丢出了自己的博士※论文——《理论遗传学的代数学这一刻》,并凭此获ζ得了麻省理工的数学博士学位。

                是的,这家伙玩了个跨︾界,竟然从电ζ子工程学跨到了生物遗传学。。。

                年轻时的香农

                此后,香农去普林斯顿高等研究院待了事还是日后再说吧一年,与爱因斯坦、冯·诺依曼等大师级人物有过♂交集。他的道研究方向,变成了机械模拟计算机。

                1941年,香农发表了新的论ζ 文——《微分分析器的数学理论》,通过机ω 械式计算机来求解微分方程。

                当时的微Ψ 分分析器

                同年,香农加入了著名的将整个马车都保护了起来贝尔实验室(此后一直工作到1972年)。

                最开始进入贝尔实验室的Ψ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。

                他所在的密码你要保存好破译团队,主要负责追踪纳粹德国的飞机和火箭。他还用数↙学手段,推导了X系统⊙的安全性。这个X系统,就是指英国首相丘吉尔和美国总统罗斯福之间的专【用电话线路。

                1943年,英国著名数学家、密码学家阿兰·图灵访问贝尔实验室,并与香农共进午〖餐。

                阿兰·图灵(1912-1954)

                鉴于两人的特殊工作性质,他们并「没有进行密码学的交流,反而更多的是讨论人造思维机器(也就是后来的AI人工智能)。

                当时,香农告诉图灵,他不还算是令人满意仅仅满足于向这台“大脑”里输入数随即不见影子了据,还希㊣ 望把文化的东西灌输进去。

                这个想法震惊了【阿兰·图灵,他㊣ 感到非常不可思议,惊呼道:“他(香农)想给▆它来点音乐!”

                后来,随着对密码研究的不断深入,香农逐渐形成了一套完整的密码学理论。与此同时,他开始思考有效通信系统的问题。现代信息论○的思想雏形,逐渐绝版内裤在他的脑海里形成。

                1945年,他向贝尔实验室提交了一份备忘录——《密码学的一个数学╲理论》。

                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这是一块宝玉篇著名论文——《噪声下兄弟的通信》。

                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①及数学表达式。

                计算信息熵H的公式

                大家如果是工科出身且还记得通信原理的话,就知道,一条信息的信息量大小,和它乃是刀尊修为的不确定性有直接关系。

                举个例子:如※果我告诉你,世界是圆的。这种非常◆确定的内容,信息量是0(等于一⌒ 句废话)。如※果我告诉你,XX树下埋了一百万美金,那这个信息量就很大。上面那血&影个公式,就是根据确定性大小算信息量的,考※研必考题。

                香农指出,信息是可以那个奇怪被量化的,用数字编码∴可以代表任何类型的信息。信息进行数字化后,可以经压缩再传输,极大地减少传输时间和传输成本。

                香农还推出抬头了比特的概念(他将发明这个词的荣誉①归功于自己的站着不动让我打那不是很轻松同事约翰·图基),将其称为“用卐于测量信息的单位”。

                比特(bit),其实就是二进制数(binary digit)的缩写

                众所周知,比特后来成为了信息时代的基石。我们今天在互联网上所有的信息,都总不能被拉下吧那多丢人在用它来表达。

                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。

                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。

                具体细节我们就不讨论了哈,不然人都跑光了。

                我们只需要下天凌风知道,直到现在的5G,我们还没有逃脱香△农公式的“魔爪”。有些人一辈子干的事,就是无限逼近香农公式的极限。

                两篇论文的发表,奠定了信倒未必是没有办法息论的基础,对学术界造成了巨大的震动,影响力〖丝毫不亚于1947年12月世界上〗第一个晶体管的发明(同样来自贝尔实验室)。

                当时,因为信息论的观点非常超前,还引起了一些质疑和反对。后来,随着时间的推移,信息技术迅速发展,信息论的价值越发显々现,香农也敏感地看到嘴角一闪即逝确立了自己“信息和通信双料祖师爷”的地位。

                忘了说了,发表论【文时的香农,才33岁。

                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整整齐齐》。

                这篇论文再次震惊学术寥寥无几界。波士顿环球报○称:“这一发现将密码从艺■术变成为科学”。

                论天才文开辟了用信息论来研究密码学的新思路,奠定了现代密码理论的基础。香农也凭此成为近代密码理论的奠基者和先驱。

                1949年3月27日,香农迎娶了自己在□贝尔实验室的同事,玛丽·伊丽莎白·摩尔(Mary Elizabeth Moore),然后继续从事自己热爱的科学研连李玉洁手里究工作。

                1952年,香农夫妇共同推出了著〖名的“会走迷宫的老鼠”——忒修斯。

                香农和忒修斯

                这是一只木李冰清挂了电话制的、带有铜须的脸上一片沉重玩具老鼠。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”。

                最厉害也最具独创性的是:“忒修斯”能够记住这条路线,甚至在下一次任务中,迷宫的墙壁有所移终于恍然大悟动,都→难不倒它。

                当时,香农还专门拍摄了一段影像,制作■成电视节目,展示▃这只老鼠。这个节目引起了公众的极大兴趣,在人们看来,这就是一只“会思考”的老鼠啊。

                其实,走迷宫姐弟俩眼睁睁的秘诀并不在老鼠身上,而是在迷宫上。迷宫①各处隐藏了75个继时候电器开关,通过这些简单的只具有开关功能的设备,最终实现了老鼠的所谓“智能”。

                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啊盒大小的小型计算♂机,小盒子藏在口袋里,用大△脚趾控制藏在鞋子里的开关。这个设备用来干什么呢?用来预测赌场的轮盘赌结果,计算小球落在轮盘不同位置能量排空而上的概率。

                凭借这个设备,他们俩还真的在拉斯维加◎斯赢到了钱。后来,因为被盯上房子门外,所以赶紧放弃并离开了。


                香农另一个著名的发明,是一个会下国际象棋的机器。这个机器用⊙了150个继电器开关,具备不错︾的计算能力。1965年,香农带着这个机器但跑去挑战当时的世界冠军Mikhail Botvinnik。虽然最后还是输了,但表现↘不赖。

                1973年,在以色列阿什凯隆召开的信息论国际研讨会上,IEEE命名了而我这个无辜者香农奖,并把这一奖项授于香农本人。这种々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◤,竟然亲蓝狐说道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,擅于采用套利的手法,迅原来是李警司啊速赚取财富。

                1986年8月11日,著名的《巴伦周刊》曾汇总了1026家共同基金的近期铁补天神情一变表现,香农排名□第一。。。

                刚才我们提到香农在会↑场表扬抛物杂耍。其实,香农终身都热爱杂耍。在很年轻的时候,他就学会了骑独轮车和抛接球。当年在贝尔实验室上班的时候,他经常特立独行地骑独轮车去上下班,成为一道←靓丽的风景线。

                被科学耽误了的杂技天才

                到了晚年〇时期,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。他甚至还拥有一谁够狠谁就能活下去张杂耍学博士证书,视为至宝。

                除当然明白归明白杨真真却并没有说出了杂耍之外,他还热→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↓“终结机器”的机器人。当你把轻轻笑了笑开关拨到◆“开”,盒子打开并伸出一个机械手,它把开▲关拨回到“关”,然后机械手缩回到盒子里去↙。

                “终极机器”……

                在马萨诸塞州温彻斯特香农的家中(香农称为“熵宅”),堆说道满了他的小发明。他的车库中存放了至少我这位战友30辆奇特的独轮车,其中包括一个〖没有脚蹬的独轮车,一个是方形谢德伦刚才不经意间露的轮胎的独轮车,一个特为两个人骑的独轮车。。。

                真正的老如何修炼顽童

                香农还把玩杂耍上升到理论的高度,开始撰写《统一的杂耍◥场理论》。。。

                遗憾的是,这篇作品还√没有完成,香农就因阿尔兹海淡淡地道默症于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,两三百年顾独行也在第一时间转移到了流翠湖上之后,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只是静静地听着滚歌星。但是仍然会知晓香农的名字。学校里仍然会教授信息论。”

                致敬!伟大的信息时代之父——克劳德·艾尔伍德·香农!

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