【信息伦之父】香农:喜欢杂耍的天才,如何量化了信息呢?
Part 01:香农:天才的童年很平凡
Part 02:香农的双学位:数学与机械
Part 03:机器可以拥有逻辑吗?
Part 04:香农与布尔代数
Part 05:香农在贝尔实验室
Part 06:二战中的香农
Part 07:香农开创信息论
Part 08:而立之年后的香农
Part 09:香农的归宿
Part 01
香农:天才的童年很平凡
20世纪是一个天才扎堆的年代,比如我们今天要讲的信息论的创始人香农,他的全名叫克劳德·艾尔伍德·香农,于1916年4月30日出生于美国的密歇根州。
香农的童年是十分平凡的,他有一个姐姐,是学校里的佼佼者,读书成绩不错,经常与弟弟一起玩猜谜游戏,这可能启发了香农对数学的兴趣。而且,他的姐姐也是一位具有数学天赋的小姑娘。
除了在数学上的兴趣,香农的作文也写的不错,比如在1923年,他7岁那年写了《可怜的男孩》,赢得了“感恩节故事大赛”三等奖。
▲ 少年香农
一条消息可能会扎了我们众人的心,香农在事后反思自己的教育时,他说到了对数学的兴趣,除了源自于姐姐玩的数字游戏,还有另一个原因,数学对他来讲太容易了。
香农喜欢科学,但他讨厌事实,或者换句话讲,他讨厌那些没有规则,不能抽象出方法的事实。如此来看,他是一个对事特别认真的人。
香农早期的天赋除了体现在对机械的敏感上,也体现在智力层面,比如在1930年,14岁的他报名参加了一个童子军集会,并赢得了终极摇摆通信比赛的第一名。奇葩的是,比赛的终极目标是利用身体传递摩尔斯电码,而香农对此是游刃有余。
下次蹦迪,我去尝试跳一个摩尔斯电码舞。
在当时的美国,爱迪生是一个全社会都关注的伟大发明家,而爱迪生与香农也有着共同的祖先:约翰·奥格登。
Part 02
香农的双学位:数学与机械
1932年,香农申请了密歇根大学,同年,他的姐姐从这所大学毕业。在大学里面,他修了双学位,数学和机械,双学位使得他在两个领域都得到了学术训练。
数学是一个偏理论的学科,有些工程师指责数学家们是在盲目追寻抽象的理论,而有些数学家则吐槽工程师们只讲求使用,心里没追求,而香农很好的中和了两学科之间的特点,为他日后的成就打下了基础。
与图灵不同的是,香农虽然也是一个内向腼腆的人,但他的兴趣十分广泛,他不仅加入了无线电俱乐部、数学俱乐部,甚至还跑到体操队里去了。据香农的一位女同学日后回忆:“他会突然笑起来,就好像在咳嗽一样,他从没学会如何表现快乐。”
在香农大二那年,他的父亲因为中风而去世了。香农随后与母亲发生了冲突,母子关系变得很糟糕。自那之后,香农的寒暑假都是在叔叔家里度过的,他和母亲在日后的岁月中也极少联系。
Part 03
机器可以拥有逻辑吗?
本科毕业后,香农同时被美国大学优等生荣誉学会和美国自然科学荣誉学会双双录取,得到了继续深造的机会。
当时,由于早期心理学以及生物学的发展,人们开始思考自己的大脑,在一种乐观的情绪下,人们似乎想要创造出一种类似人大脑的机器,也就是计算机,来解决一些算术问题。一个叫范内瓦·布什的教授和他的学生们试图解决一个古老的问题,即如何预测海洋潮汐。这看似是一个很简单的问题,但实际上相当复杂。对于上帝来讲,潮汐有自己的运行法则,而对于人类来说,每个地方都有不同的规则。
自牛顿之后的半个多世纪,数学家发现看起来最混乱的波动都可能失灵,比如股票价格和潮汐变化,这表现为更加简单的函数总和——波型模式。它看起来就像是在不断地重复着自身,无序中隐藏着秩序,或者说,无序正是无数即将发生的秩序事件的总和。
在追寻潮汐背后的规则时,出现了一些天才们的发明,比如汤姆森的谐波分析仪、福特的积分器以及布什的地形追踪器,它们相互独立,都是为了解决某类专门问题而被设计出来的单一目标类机器。
▲ 微分分析仪
当时人们能够制造出来的机器就是这种类型的机械机器,它们是由电力控制的电器开关,而后日复一日地工作。
香农本身就对机械很感兴趣,他为此陷入了思考。他想到了另一种办法,而且这种方式最终证明了,新一代计算机远比之前的更有影响力。
首先,逻辑如何像机器一样?
之前,一名逻辑学家这样说道:“正如材料机器是为了节省力气,符号演算机器则是为了节省智力。”
这也就是说,逻辑和机器一样,是一种使力量大众化的工具,甭管是智商卓越的人还是位于平均数的人,它都能使他们的能力倍增。
在当时,世界上只有极个别的人能够既精通符号演算严格的数学逻辑,同时又擅长电路设计,而香农,正是这屈指可数中的一个。在他之前,似乎还没有一个人能将两者联系起来。将逻辑比喻成机器是一回事,而让机器拥有逻辑又是另一回事。
随后,香农在哲学课上学到了任何逻辑陈述都可以通过符号和方程式来表达,而这些方程式呢,又能够通过一系列简单的、数学式的规则解决。哪怕你对一句话不了解,你也能判断它的对错。
数学就是这么一门学科,比如很多人都说数学在很大程度上是与现实脱钩的,除了一些简单的小学应用题和算算术,一个人一辈子也几乎用不到其他的数学知识。虽然这句话有失公允,因为数学常常与金融联系在一起,如果一个人不懂数学,可能会被坑。
相比于其他学科,数学是最特立独行的一门学科,它不是经验的科学,而是逻辑的科学。一个人若是没有生活常识,可能物理题就看不懂,不会做,化学也一脸懵逼,但是,只要他逻辑好,哪怕他不知道地球围着太阳转,甚至不知道黄金的价格比白菜贵,他也能一个人在一个封闭的屋子里走进数学的世界。
比如一些高等函数,我们可能都不知道其背后的含义是什么,为什么会这样,但只要我们逻辑好,就可以机械式地推算下去,难道,你不觉得数学是一门很神奇的学科吗?在推算数学的时候,只要逻辑不出错,就算结果再怎么荒谬,我们也只能接受,没准又能开创一个新的领域呢。比如欧拉当年的调和级数,得出了一个无比荒谬的结论。欧拉证明,若这个级数是收敛的,则1+2+3+4+…最终等于负的十二分之一。这样的zeta函数催生了黎曼猜想。
数学和物理化学都不一样,物理化学是经验的科学,而数学,则是一门逻辑的科学。也难怪有人说,数学是上帝的语言,是宇宙的通行证。
Part 04
香农与布尔代数
将变化莫测的语言以精确明晰的数学方式表述出来,起到关键作用的人是19世纪的天才乔治·布尔。话说各位程序员们耳熟吧,这个布尔就是“布尔运算”的源头。
布尔是一个自学成才的英国数学家,他揭示的定理都建立在基本运算的基础之上,比如,和(And)、或(Or)、非(Not)和如果(If)。
举个例子,我们假设余襄子是一个帅哥,还是一个富豪,我们将帅哥的固有属性定义为x,将富豪的固有属性定义为y。除此之外,我们用乘号代表“和”,加号代表“或”,撇号代表“非”。这一切的目的都是证明“真”或“假”,因此,我们用1代表“真”,并用0代表“假”。这些就是把逻辑学转化为数学的基础。
“余襄子是一个帅哥且是一个富豪”,用数学来表示就是xy;“余襄子是一个帅哥或一个富豪”就用“x+y”表示。问题来了,如果我们要判定“余襄子是一个帅哥且是一个富豪”这一命题的真实性,它就取决于x和y的真实性。并且,布尔根据我们对x和y的理解设定了1或0的规则:
0·0=0
0·1=0
1·0=0
1·1=1
如果我们要判定“余襄子是一个帅哥或一个富豪”这一命题,我们可以得出:
0+0=0
0+1=1
1+0=1
1+1=1
从这些简单的元素里,我们就能构建自己的方法,逐步得出更复杂的结果。
▲ 注意,在布尔运算中,“+”不表示“和”,而是“或”
香农随即被布尔运算吸引了。1937年夏天,香农到贝尔实验室实习了一个暑假,在那里,他与同事的交谈中,对逻辑与电路更了解了一些。秋天,香农在美国华盛顿哥伦比亚特区向评委会演示了自己的硕士论文《继电器和开关电路的符号分析》,并于第二年被发表,赢了了业内的掌声。
▲ 20世纪30年代的贝尔实验室
这篇对计算机和信息时代如此重要的论文,竟然是香农的硕士毕业论文。写下这篇神作的香农,当时只有22岁。
在香农的新体系中,他写下了如下这段话:
任何电路都是由一组方程式表示的,方程式的每个部分刚好对应了不同的继电器和电路的开关。微积分学的发明使得我们可以用简单的数学方法操纵这些方程式,这些方法中的大部分都类似于普通的代数方法。这种微积分学被证实是,完全可以类比于逻辑符号研究中命题的推导方式的……然后,我们可以立刻根据这些方程式画出电路图。
可能一些人不懂里面的意思,我试着翻译一下,这也就是说,在这以后,人们设计电路就不用仅凭直觉了,而是有了一套可以直观体现的方程式和编写规则构成的科学。
香农随后对布尔运算进行了一番演算和改进,自此之后,电路设计有史以来第一次成为了一门科学。将技术变为科学,是香农取得的第一个高峰,将计算机从简单的运算工具,变成了有自己逻辑的电脑,奠定了现代计算机的发展方向。
同一时期,英国的计算机之父图灵发表了一篇著名的文章,他证明了任何能被解决的数学问题原则上都可以通过机器解决。
这两位划时代的天才人物,都各自向前迈进了一大步。
40年代,图灵在前往美国的时候与香农相遇了,当时是二战期间,两人各自负责的项目都属于国家安全机密,因此他们交谈的内容也是很隐晦的。虽然二战期间美国和英国是盟友,但这种盟友之间的竞争也是无处不在的,尤其是在密码学和信息领域。作为昔日霸主的英国,对于美国的崛起,也是十分警惕的,就像现在的美国警惕中国的芯片一样。
在香农发表那篇论文的十年之内,刚出来没多久的微分分析仪就已经被淘汰了,被数字计算机所取代。数字计算机的运行速度要比微分分析仪快了千倍,而且其媒介是真空管,而不是开关。
香农在30年代末期还进入了遗传学领域,并完成了他的遗传学论文。但他并没有在里面专研太久,在完成论文后就离开了该领域,回到了计算机世界。
当香农回忆起这几年的经历时,他说:“我做遗传学者的那几年过得不错。”
仅此而已。
Part 05
香农在贝尔实验室
1939年10月,香农恋爱了,与一个叫诺尔玛·莱沃尔,到了来年1月10日,两人结婚了。结婚之后的喜悦似乎冲昏了这位年轻天才的头脑,他在给布什的信中说道:“我没有像你所预料的那样娶了一位女科学家,而是娶了一位作家,她教我法语。”
不过,两人的婚姻生活很快就进入了矛盾期,如果说莱沃尔是张扬且夸张,那么香农就是沉默与自我克制。结婚一年后,俩人除了对爵士乐的热爱外,似乎就没有任何共同点了。
不过在新婚之余,香农又在布什的帮助下获得了国家研究奖学金,并再一次受邀进入了贝尔实验室。
贝尔实验室是一个“设想与设计未来的地方,这里曾经期许的未来就是我们的现在”,创始人是贝尔,他是一个鼓捣发明的家伙,后来创立了公司。直到1925年,贝尔实验室才从美国电话电报公司独立出来。在20世纪,贝尔实验室的科学家们先后6次获得了诺贝尔奖。
▲ 贝尔实验室的香农
不过没多久,香农就又离开了贝尔实验室,去了普林斯顿高等研究院。在这里,香农认识了另一位伟大的天才冯·诺依曼,还有从纳粹德国逃出来的爱因斯坦和赫尔曼·韦尔。
关于香农和爱因斯坦之间的故事,有些是道听途说,不足为信,因为他俩研究的领域都不一样,虽然当时爱因斯坦已经成为了科学界的一个大咖,但香农也实在没有必要让一个理论物理学家来了解自己的电路与计算机,爱因斯坦也没有必要让香农来了解引力波。他们虽然在一个地方,平时见个面打个招呼是完全有可能的,但若是说他们有啥过多的交流和灵魂的探讨,那就显得捕风捉影了。
不过,其中有一条故事是由香农的朋友记载的,可信度更高一点。话说有一次,香农在普林斯顿高等研究院给一群数学家上课。突然,教室的后门打开了,爱因斯坦走进来了,站着听了几分钟的课,而后与后座的一人偷偷说了几句话,就离开了。
课程结束后,香农找到了那个与爱因斯坦说话的人,因为香农对此也很好奇,他想知道这位伟大的科学家是不是点评了一下自己的工作,于是就问那人,老爱究竟说了什么,是对我的讲课内容点赞了呢还是踩了一脚。结果那人说:“爱因斯坦问了洗手间怎么走。”
香农在普林斯顿的时期,另一位伟大的物理学家费曼正在攻克他的博士学位。
普林斯顿似乎不太符合香农的气质,这里聚集了很多从纳粹手中逃出来的人,看上去像是自由的圣地,但实际上也是一种停滞不前的懒散。而且,香农的婚姻也走到了尽头,莱沃尔在结束这段婚姻后,回到了曼哈顿,一路向西,去了美国的加利福利亚州,开始了从小就梦想的剧本创作事业,积极入世,参与政治党派的会议,并与好莱坞的同行结了婚。
对于图灵与香农这样的天才来说,他们似乎总是与这个世界保持着一定的距离,不关心政治,也对此没兴趣。在普通人看来,他们好像是没心没肺,甚至“何不食肉糜”的人。
Part 06
二战中的香农
1940年9月16日,美国总统罗斯福签署了《选征兵制与训练法》,要求所有26-35岁的美国男性公民都登记征兵。虽然当时美国还未正式参加二战,但很多人都已经预料到了,战争已经不远了。
对于香农来讲,这条法案可能会终结他的研究工作,因为他很可能被派到海外战场,要是有个三长两短,他可能也就埋骨他乡了。
1940年是香农的低谷年,他十分反感这种由上而下的压迫,就仿佛是整个人都快要窒息,他写道:“事态发展得很快,我能够嗅到战争正在逼近。于我而言,为了战争全身心投入工作更加安全,反对选征兵制更加安全,我压根不明白为什么要征兵。我过去是一名意志脆弱的人,现在也一样……我一直在试图尽全力玩好游戏,但不仅如此,我想我很可能还能做出更大的贡献。”
香农并不是一个坐以待毙的人,他求助于贝尔实验室的导师,从而避免了被当作普通士兵,被拉上战场的可能性,而是作为一名研究员,留在了后方国防研究委员会。香农和其他许多那一代的数学家一样,更愿意用自己的头脑而不是身体为国奉献。
▲ 香农
虽然二战是残酷的,但也间接推动了人类防御体系和通信体系的完善与发展,战争不仅是前线的战争,更是后方科学家们的智力比拼。范内瓦·布什说:“这并不是科学家的战争,而是一场全民参与的战争。科学家们对共同目标的追求使他们抛弃了往日的专业竞赛,最大限度地共享成果、相互借鉴。”
香农再一次来到了贝尔实验室,随着战争的持续,世界各地的科学家都聚在了一起,在洛斯阿拉莫斯、布莱切利园、德克斯多公园、兰德公司以及贝尔实验室。
二战的工作,让香农更深入地了解密码学,他后来意识到密码学是一门“非常实际的学科”。据说,二战中丘吉尔与罗斯福电话之间的加密,就是香农的功劳。同时,香农认识了另一位伟大的天才,图灵。
1942年,图灵跟随英国政府发起的军事密码项目访问团来到了美国,俩人的见面与相处并不轻松,因为涉及到背后的国家机密,因此谈话也总是隐晦的。
没有人知道他俩说了什么,因为没有被记录下来,但俩人之间的惺惺相惜是可以确认无疑的。香农如此称赞图灵:“我认为图灵有伟大的思想,他非常了不起!”
▲ 图灵(左) 香农(右)
由于俩人的国别身份,再加上英国与美国之间的信息保密与较量,香农与图灵并没有发生过多的紧密联系。二战结束后,1950年,香农拜访了英国,与图灵再一次相见,这一次,也是他俩的最后一次见面。仅仅四年后,图灵就告别了这个人世。
离开密码学的香农,将精力用在了信息论上。
Part 07
香农开创信息论
信息无处不在,当时人们的需求就是如何准确地将一个信息从一个点传到另一个点,在这之前,有必要将信息定义清楚,或者说,量化出来。
那么,信息也可以符号化吗?
或者再问,信息的度量单位是什么?比如质量的单位有千克、电流的单位有安培、电压的单位有伏特,新生的科学也需要属于它自己的计量单位,或者至少要证明人们谈论的概念最终能否被数字捕捉。
香农作为信息论的开创者,认为,信息衡量了我们所克服的不确定性。它衡量了我们学习新事物的可能性,或者更具体地说,当一件事情承载了关于其他事物信息,它所涵盖的信息数量反应了未知情况的减少。当一切都充满确定性的时候,并不能产生信息,因为没有什么可以传达。
实际上,我们的语言就是信息的一种,但是其中夹杂了很多冗余。什么是冗余呢?
简单来理解,冗余就是“啰嗦”,就是“重复”,根据密码史学家戴维·卡恩的解释:“大体上,冗余是指在信息传递的过程中,实际传递的信号会超出实际需要的信号。”
比如英语单词中的“the”在意义上是完全多余的,换一句话说,有没有这个词,并不影响我们的理解,“the”的出现几乎永远是出于语法的需要。(英语中的“the”特指某个东西,比如“the book is on the desk”那本特定的书在那个特定的桌子上,其实这句话可以压缩一下“book on desk”,虽然语法上不太准确,但并不影响人们的理解,甚至,再压缩一下“bok on dsk”)
那么,这和信息有什么关系呢?
香农认为,最高效的消息实际上就像是一串随机的文本,每个新符号都尽可能多地提供信息,比如下面三句话:
明天太阳从东方升起。
明天会有流星落地球。
不正而能那奥样面商。
上面三句话,字的字数都是一样,请问,哪一句话的冗余度最多?
实际上是第一句话的冗余度最多,因为这就是一句废话!你说不说都一样,带来不了更多的信息。
第二句话的冗余度比第一句话要少,因为流星落到地球上,是一个少见的事情,但这种事是有可能出现的,它带来的信息量就比第一句话多。因为我一旦听到这句话,知道了这个消息,可能就会改变行为,本来我可能会在家打王者,但是得到这个消息后,我可能就带妹纸去看流星雨落在她肩膀上、去看眼泪落在地球上。(假设这句话的前提是真实的,而不是骗人的)
而第三句话,虽然是我瞎打的,我是从手边的一本书中随意翻到一页,选择其中的一个字敲打出来的。这句话没有什么意义,在语法上是一句病句,但其蕴涵的信息量最多,其冗余度也是最小的,因为里面的每一个字都可能带来新信息。它所带来的不确定性,是最大的。
可是,这样的理解还是把握不住信息的本质,不同信息之间,是否有一个可以嫁接的桥梁呢?比如不同的商品之间可以通过金钱作为桥梁,信息之间呢?
这就轮到香农出场了,他抓住了信息的本质,信息的本质就是消除不确定性。比如一条消息,里面究竟有多大的信息量,在于它能帮你消除多少不确定性。
▲ 香农
如何给信息定量呢?
香农找到了二进制数字,众所周知,二进制数字要么是1,要么是0,传送一个二进制数字,就相当于完成了一次二选一,实现了一次最基本的不确定性消除过程。
这样一个包含两种可能的二进制数字,也就成了度量信息的基本单位,香农把它叫做比特,也就是BIT。关于比特的定义是这样的:如果一个黑盒子中又A和B两种可能性它们出现的概率相同,那么要搞清楚到底是A还是B,所需要的信息量就是一比特。
香农接着定义,我们将这样充满不确定性的黑盒子叫做“信息源”,它里面的不确定性叫“信息熵”,信息就是用来消除这些不确定性的。因此换句话讲,信息熵就是信息量。
那么问题来了,如何计算信息熵呢?公式如下:
H=-p1log1-p2logp2-p3logp3-…-pnlogpn,其中,log的底数是2。
搞不懂上面那个公式也无所谓,不影响阅读。
那么,发送一条信息可以有多快呢?香农表示,这取决于我们可以从中挤出多少冗余。香农第一定理证明,每个信息源都有最大密度。也就是说,任何编码的长度都不会小于信息熵。写成公式就是,编码长度≥信息熵(信息量)/每一个码的信息量。当然,最理想的状态就是大于等于号变成等于号。
然而,在真实的世界中,信息是有噪音的,就比如如今的互联网上到处充斥着各种假新闻,这些就是信息的噪音。虽然香农的第一定理只是暂时将噪音从方程式中消除了,但还是不够。于是有了香农第二定理,假设了一个逼真的噪音世界。
香农的论文先定义了信道容量的概念,即信道每秒所能精确传输的比特数,他证明了信道容量及其他两种特性,也就是频宽、或者信道所能容纳的频率范围和信息噪之间的精确关系。公式如下:
C=B·log(1+S/N),其中,log的底数是2,且B为信道容量;S/N为信噪比,通常用分贝(dB)表示。(当然,香农还有第三大定理,这里就不说了)
这是香农最伟大的发现。之前,人们似乎是进了一个死胡同,认为传递信息就像传输电力一样,为了应对静电干扰而提高输入的声音,就像是为了减少电流在传输过程的损耗而增加电压一样。
正是因为香农第二定理的发现,彻底革新了我们对世界的认识。打个比方,对于噪音的解决方案,并不是我们要更大声地说话,而在于我们怎样说出想表达的内容。
接下来的问题,就是代码问题了。香农表示,我们必须要编写出一种代码,在这种代码中,冗余就像是保护盾。
实际上,通信可以分成两个层面,电气层面(物理层面)和编码层面。电气层面的任务是,在信道中准确地传输更多的电气比特;而编码层面的任务就是最大化利用比特,降低冗余,使得每一个电气比特都填充了一个信息比特。
到了抗噪音的候时,电气面层所要做的是尽量不使0和1出现转偏,但种这度难是很大的,也是有的极限。而编码层面是则,就算气电面层出现了偏转,但我收接息信的时候是还能读出中其的思意。
对,就像我上面的这段话,我故意反转了几个词,但各位还是能理解其中的思意,对不对?
香农牛逼的地方就在于,他跳过了电气层面,直接在编码层面解决问题,当然,凡事是有代价的,这种代价就是牺牲了密度,增加了冗余。
之前说了冗余,好像大家以为,冗余这东西是负面的,因为过多的冗余就会成为信息噪,然而,冗余还是有着对信息积极的一面。
举个例子,比如我们可以用二进制来表示ABCD四个字母,那么就会是这样:
A=00
B=01
C=10
D=11
这是最简便的,也是最懒的,冗余度是最低的,但也是最不安全的,为啥?因为如果我们在传输的过程中,其中一个比特稍微传错了,那么整个信息就会变味。比如,传递A的时候,突然一个0因为一些不可控因素变成了1,那接收者接收到的就不是00,而是01,就变成了B。A变成B,那可不是信息噪的问题,而是信息的意义都可能被改变了。
因此,我们可以增加信息的冗余,也就是通过增加比特来解决这个问题,比如我们可以这样编码:
A=00000
B=00111
C=11100
D=11011
现在,任何字母即便对任意比特造成了损伤,也可以被识别而不至于被理解成其他的字母。
只有出现了三个比特的错误,一个字母才会变成另一个字母,这比之前简单的00更能抵抗噪音,也要比简单的重复更有效率,虽然其冗余度增加了。
Part 08
而立之年后的香农
香农是幸运的,他并没有像其他天才那样英年早逝,而是在活着的时候就看到了自己一手创造的“信息”从一个名词变成了一个时代的称呼。1948年,香农最重要的论文《通信的数学理论》在《贝尔科技系统期刊》上发表,后来这本书印刷成册,第一部分是香农的论文,第二部分和第三部分是对香农这份论文的解读。这本书自1949年首次推出后,在头4年里卖出了6000册,到1990年为止,它已经被卖出了超过51000册,堪称最畅销的学术书之一。
1948年,香农32岁,对于一个数学家来讲,30岁之后就是灰暗的了,如果一个数学家在30岁之前都未曾有过重大的贡献,那他30岁之后有重大贡献的可能性也几乎为零。对于香农来讲,他又是幸运的。
现在全世界每个通信工程的从业者,都在跟随者香农当年的理论。
在这之后的香农,遇见了第二任妻子,她是贝尔实验室的一名年轻的分析员,叫贝蒂·穆尔,早年跟着母亲从匈牙利移民到了美国。
▲ 贝蒂·穆尔
香农似乎是一个想到就去做的人,俩人在1948年相识,于1949年初,香农就向美丽的穆尔求婚了。穆尔答应了,于是他们在3月22日结了婚。这是一段佳话,香农后来的很多成就,离不开穆尔的帮助,穆尔曾说:“他的一些初稿甚至成稿,都是由我执笔写下来的,而非他自己的笔迹,这起初引起了人们的疑惑。”
▲ 香农与穆尔
随着人们对计算机需求的暴涨,香农也成了当时的一位科学巨星,在聚光灯下,他很谦虚,甚至提醒人们不要把自己神话。
▲ 香农接受采访
香农的生活发生了一些变化,除了痴迷于棋类游戏和16进制游戏,他竟然玩起了杂耍。如果贝尔实验室里没有人陪他下棋,他就在狭窄的过道里骑独轮车。
▲ 骑独轮车的香农
人们进入计算机时代后信心暴涨,不过也有部分人担心,未来的计算机要是比人类还强大该怎么办,香农对此半开玩笑地说:“一旦机器打败了我们的大师,写出了我们的诗歌,完成了我们的数学证明,管理了我们的财产,我们就需要做好‘灭绝’的准备。这可能意味着上帝将逐步淘汰愚蠢的、熵增加的、好战的人类,转而支持更合乎逻辑的、节约能源的、友善的物种,即计算机。”
▲ 捣鼓发明的香农
有所成就后的香农,乐观地认为计算机终有一天会超过人类,而且他的兴趣都落在了下棋上,并写了论文《计算机下棋程序》。他相信,至少在国际象棋的领域里,电脑是具有内在优势的。不过他强调,计算机下棋有一大问题,它不能在匆忙之中进行学习。人类可以在紧急时刻,突然灵感爆发,获得像“上帝摸了一下我的头”的启发,从而进行漂亮的一击,但这对于计算机来讲,是不可能的。
或者可以说,玄学是人类最后的领域,这里是靠逻辑吃饭的计算机怎么也进不来的。你可以说一个人具有悟性,在某一时刻成为大神,但你不能说计算机具有悟性。人类可以跳大绳,计算机不会。
香农的一生中获得了诸多奖项,但他对此毫不在意,他曾在公开场合多次表明,自己的动力源于兴趣。在所有奖项与荣誉中,他最珍视的是引他发笑的“杂技博士”奖。是的,他非常喜欢杂耍,甚至自己也研究过不少。
▲ 玩杂耍的香农
▲ 香农甚至还制作了一个会抛三个球的杂耍机器人
1985年,香农接到了一个电话,被选为第一位京都基础科学奖的得主,这是由亿万富翁稻盛和夫赞助的奖项。京都奖的范围被特意扩展到诺贝尔奖所不涵盖的领域,包括数学与工程学。对于香农而言,京都奖是最重要的成就,代表他职业生涯的巅峰。
▲ 图为1967年2月6日,美国总统约翰逊向香农颁发美国国家科学奖奖章
颁奖仪式上,当他被要求发表获奖感言时,他在演讲开始时论述了历史本身:
不知道日本如何教授历史,但是我在美国读大学的时候,大部分时间被花在学习政治领袖和战争上,包括恺撒、拿破仑和希特勒。我认为这是非常错误的。历史上重要的人物与事件应当是思想家与发明家,像达尔文、牛顿、贝多芬这样的人,他们的成就持续产生着积极的影响。
当我看到香农的这一段话,才突然发现,这几年自己对历史的兴趣,从之前的王侯将相逐步转移到了各类科学家和艺术家身上。我发现,当你聚焦于历史上的伟大领袖时,你会越来越狭隘,遇到人容易争吵,不是谁比谁牛逼就是谁比谁手段高明,而且容易激发你内心的对立情绪。但是当你转移到科学家与艺术家,甚至哲学家身上后,你对历史的看法会更平淡,毕竟,他们属于全人类呀。
Part 09
香农的归宿
80年代,香农出现了病情的征兆,记忆力衰退,是阿尔兹海默症。一开始,他的朋友并没有注意,因为他的成就在于直觉和分析的成果,而不在于记忆力。可是,很快的,他竟然忘记了从杂货店回家的路,记不住电话号码,以及别人的姓名和长相。
▲ 香农与朋友制作了第一套可穿戴设备
疾病给香农带来了很大的伤害,他丧失了大部分的认知能力,照顾他的重任就自然落到了他的妻子穆尔身上。
2001年2月24日,香农去世,享年84岁,他的大脑捐给了阿尔兹海默症病研究中心。
▲ 晚年时期的香农
《纽约时报》刊登了他的讣告,他的半身像和雕像被委托雕刻。贝尔实验室的一座大楼重新以他的名字命名。渐渐的,香农从大众的视野中消失了。
有人说,如果没有香农,可能也会有臭农或者其他什么农开创信息论,可是,这种言论未免有些想当然。我们不否认,在那个群星璀璨的年代,时代的发展自然会催生出那个时代所需要的的发明与发现。计算机在当时已经是呼之欲出的玩意儿。无论是数学界还是物理学界,以及化学界、生物学界都在20世纪迎来了一个蓬勃发展的时代,这也是18世纪、19世纪就打下的基础,但像香农这样在年轻的时候就取得重大成就的,在计算机领域和电路领域都有所突破的,也不是一般人能做得出来的。
香农经常将一句话挂在嘴边“我的动力就是兴趣”,他本科和研究生都获得了双学位,数学和机械,在当时,都精通这两门学科的人是凤毛麟角,而如果没有对这两门学科扎实的基础,香农是不可能在计算机领域有所突破的。
香农有着孩童般的好奇,以及美国小镇青年的务实,这两个特性也是一个优秀的科学家所不可或缺的。如今看下美国,啊,务虚风气盛行,几乎每个人都在一阵喧嚣与浮躁的环境中捞钱。踏踏实实,实事求是的人就像精通数学与机械的人才一样凤毛麟角。
这可能是我回顾香农,最深刻的感受。