クロード・シャノン

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クロード・シャノン
クロードシャノンMFO3807.jpg
生まれ1916-04-301916年4月30日
死亡しました2001年2月24日(2001-02-24)(84歳)
市民権アメリカ
母校
で知られている
配偶者たち)Norma Levor(1940-41)
Betty Shannon(1949-2001)
科学的キャリア
田畑数学電子工学
機関
論文
指導教官フランク・ローレン・ヒッチコック
博士課程の学生

クロード・エルウッド・シャノン(1916年4月30日– 2001年2月24日)は、「情報理論の父」として知られるアメリカの数学者電気技師、および暗号学者でした。[1] [2]

マサチューセッツ工科大学(MIT)の21歳の修士課程の学生として、彼はブール代数の電気的応用が論理的な数値関係を構築できることを実証する論文を書きました。[3]シャノンは、第二次世界大戦中の米国の国防のための暗号解読の分野に貢献しました。これには、暗号解読と安全な電気通信に関する彼の基本的な仕事が含まれます。

伝記

子供の頃

シャノン家はミシガン州ゲイロードに住んでおり、クロードは近くのペトスキーの病院で生まれました[1]彼の父、クロードSr.(1862–1934)はビジネスマンであり、しばらくの間、ゲイロードの検認の裁判官でした。彼の母親、メイベル・ウルフ・シャノン(1890–1945)は語学教師であり、ゲイロード高校の校長も務めていました[4]クロード・シニアはニュージャージーの入植者の子孫であり、メイベルはドイツ人移民の子供でした。[1]

シャノンの人生の最初の16年間のほとんどはゲイロードで過ごし、そこで彼は公立学校に通い、1932年にゲイロード高校を卒業しました。シャノンは機械的および電気的なものに傾倒していました。彼の最高の科目は科学と数学でした。自宅では、飛行機の模型、ラジコンの模型船、有刺鉄線の電信システムなどの機器を、半マイル離れた友人の家に建設しました。[5]成長している間、彼はウエスタンユニオンの会社 のメッセンジャーとしても働いていました。

シャノンの子供の頃のヒーローはトーマス・エジソンでした。彼は後に彼が遠い従兄弟であることを知りました。シャノンとエジソンはどちらも、植民地時代の指導者であり、多くの著名人の祖先であるジョン・オグデン(1609–1682)の子孫でした。[6] [7]

論理回路

1932年、シャノンはミシガン大学に入学し、ジョージブールの作品を紹介されました彼は1936年に2つの学士号を取得して卒業しました。1つは電気工学、もう1つは数学です。

1936年、シャノンはMITで電気工学の大学院研究を開始し初期アナログコンピューターであるVannevarBush微分解析機に取り組みました[8]このアナライザーの複雑なアドホック回路を研究している間、シャノンはブールの概念に基づいてスイッチング回路を設計しました。1937年に、彼は修士論文「リレーとスイッチング回路のシンボリック分析」を執筆しました。[9]この論文の論文は1938年に発表されました。[10]この作業で、シャノンは、彼のスイッチング回路を使用して、当時の電話ルーティングスイッチで使用されていた電気機械式 リレーの配置を簡素化できることを証明しました。次に、彼はこの概念を拡張し、これらの回路がブール代数が解決できるすべての問題を解決できることを証明しました。最後の章では、4ビット全加算器を含むいくつかの回路の図を示しました。[9]

電気スイッチのこの特性を使用してロジックを実装することは、すべての電子デジタルコンピュータの根底にある基本的な概念ですシャノンの作品は、第二次世界大戦中および戦後の電気工学コミュニティで広く知られるようになったため、デジタル回路設計の基礎となりましたシャノンの研究の理論的厳密さは、以前に普及していたアドホックな方法に取って代わりました。ハワードガードナーは、シャノンの論文を「おそらく最も重要で、最も有名な、世紀の修士論文」と呼んだ。[11]

シャノンは1940年にMITから博士号を取得しました。ヴァネヴァーブッシュは、メンデルの法則の数学的定式化を開発するために、シャノンがコールドスプリングハーバーラボラトリー論文に取り組むべきだと提案しましたこの研究の結果、理論遺伝学の代数と呼ばれるシャノンの博士論文が生まれました[12]

1940年、シャノンはニュージャージー州プリンストンにある高等研究所の国立研究員になりましたプリンストンでは、シャノンは彼の考えをヘルマン・ワイルジョン・フォン・ノイマンなどの影響力のある科学者や数学者と話し合う機会があり、アルバート・アインシュタインクルト・ゲーデルとも時折出会いましたシャノンは分野を超えて自由に働きました、そしてこの能力は彼の後の数学的情報理論の発展に貢献したかもしれません[13]

戦時中の研究

その後、シャノンはベル研究所に加わり、第二次世界大戦中国防研究委員会(NDRC) のセクションD-2(制御システムセクション)との契約に基づいて、火災制御システム暗号化に取り組みました。

シャノンは、1942年にシグナルフローグラフを発明したとされています。彼は、アナログコンピュータの機能動作を調査しているときに、トポロジカルゲインの公式を発見しました。[14]

1943年の初めの2か月間、シャノンは英国の主要な数学者アランチューリングと接触しましたチューリングは、北大西洋のドイツ海軍のUボート使用されている暗号を解読するために、英国政府通信本部とブレッチリーパークのサイファースクール使用されている方法を米国海軍の暗号解読サービスと共有するためにワシントンに派遣されました[15]彼はスピーチの暗号化にも興味があり、この目的のためにベル研究所で時間を過ごしました。シャノンとチューリングはカフェテリアでティータイムに会いました。[15]チューリングは、シャノンに1936年の論文を示し、現在「 万能チューリング機械"。[16] [17]シャノンのアイデアの多くが彼自身のアイデアを補完したので、これはシャノンに感銘を与えました。

1945年、戦争が終結するにつれ、NDRCは、最終的な閉鎖に先立つ最後のステップとして、テクニカルレポートの要約を発行していました。射撃統制に関する巻の中で、シャノン、ラルフ・ビーベ・ブラックマンヘンドリック・ウェイド・ボードが共著した「射撃統制システムにおけるデータの平滑化と予測」というタイトルの特別なエッセイは、「通信システムの干渉ノイズから信号を分離する問題。」[18]言い換えれば、それはデータ信号処理の観点から問題をモデル化し、したがって情報化時代の到来を告げた

シャノンの暗号に関する研究は、彼の後の通信理論に関する出版物とさらに密接に関連していた[19]戦争の終わりに、彼はベル研究所のために1945年9月付けの「暗号の数学的理論」と題する分類された覚書を作成した。この論文の分類解除されたバージョンは1949年に「秘密システムの通信理論」として出版されベルシステムテクニカルジャーナルこの論文は、彼のコミュニケーションの数学的理論にも登場した概念と数学的定式化の多くを取り入れました。シャノンは、通信理論と暗号化に対する彼の戦時中の洞察は同時に発展し、「それらは非常に接近していて、それらを分離することはできなかった」と述べました。[20]分類された報告書の冒頭近くの脚注で、シャノンは「これらの結果を…情報の伝達に関する今後の覚書で発展させる」という彼の意図を発表した。[21]

シャノンはベル研究所にいる間、1949年に公開された彼の分類された研究で、暗号化された ワンタイムパッドが壊れないことを証明しました。同じ記事は、壊れないシステムは本質的にワンタイムパッドと同じ特性を持たなければならないことも証明しました。キーは、プレーンテキストと同じ大きさの真にランダムであり、全体または一部が再利用されることはなく、秘密にされている必要があります。[22]

情報理論

1948年、約束された覚書は「通信の数学的理論」として登場しました。これは、ベルシステムテクニカルジャーナルの7月号と10月号の2部構成の記事です。この作業は、送信者が送信したいメッセージをどのようにエンコードするのが最善かという問題に焦点を当てています。この基本的な仕事では、彼は、当時通信理論に適用された初期段階にあった、ノーバート・ウィーナーによって開発された確率論のツールを使用しました。シャノンは、メッセージ内の情報コンテンツの尺度として情報エントロピーを開発しました。これは、メッセージによって削減される不確実性の尺度です。そうすることで、彼は本質的に情報理論の分野を発明しました。

通信の数学的理論』は、シャノンの1948年の記事と、ウォーレン・ウィーバーによるその普及を再版したもので、専門家ではない人も利用できます。ウィーバーは、コミュニケーション理論における「情報」という言葉は、あなたが言うこととは関係がなく、あなたが言うことができることと関係があると指摘しました。つまり、情報は、メッセージを選択するときの選択の自由の尺度です。シャノンの概念は、ジョン・ロビンソン・ピアスシンボル、シグナル、およびノイズで、彼自身の校正を条件として普及しました

自然言語処理計算言語学への情報理論の基本的な貢献は、1951年に彼の記事「印刷された英語の予測とエントロピー」でさらに確立され、英語の統計におけるエントロピーの上限と下限を示し、言語分析の統計的基盤を提供します。さらに、彼は、空白をアルファベットの27番目の文字として扱うと、実際に書記言語の不確実性が低下し、文化的慣習と確率的認知との間に明確な定量化可能なリンクが提供されることを証明しました。

1949年に発表されたもう1つの注目すべき論文は、「暗号システムの通信理論」です。これは、暗号の数学的理論に関する戦時中の研究の機密解除されたバージョンであり、理論的に破られない暗号はすべてワンタイムパッドと同じ要件を持つ必要があることを証明しました。彼はまた、サンプリング理論の導入も認められています。これは、(均一な)離散サンプルセットからの連続時間信号の表現に関係しています。この理論は、1960年代以降に電気通信をアナログからデジタルの伝送システムに移行できるようにするために不可欠でした。

彼は1956年に寄贈された椅子を保持するためにMITに戻りました。

MITで教える

1956年、シャノンはMITの教員に加わり、電子工学研究所(RLE)で働きました。彼は1978年までMITの教員を務め続けました。

後世

シャノンはアルツハイマー病を発症し、彼の人生の最後の数年間をナーシングホームで過ごしまし彼は2001年に亡くなり、妻、息子と娘、そして2人の孫娘が生き残った。[23] [24]

趣味と発明

シャノンによって設計されたデジタルコンピュータトレーナーであるMinivac601

シャノンの学業以外では、彼はジャグリング一輪車チェスに興味を持っていました。彼はまた、THROBACと呼ばれるローマ数字のコンピューター、ジャグリングマシン、炎を投げるトランペットなど、多くのデバイスを発明しました[25]彼はルービックキューブのパズルを解くことができる装置を作った。[6]

シャノンは、コンピューターの機能についてビジネスマンに教えるためのデジタルコンピュータートレーナーであるMinivac601を設計しました。1961年からScientificDevelopmentCorpによって販売されました。 [26]

彼はまた、エドワードO.ソープとともに最初のウェアラブルコンピューターの共同発明者と見なされています。[27]このデバイスは、ルーレットをプレイするときのオッズを改善するために使用されました

個人的な生活

シャノンは1940年1月に裕福なユダヤ人の左翼知識人であるノーマ・レヴァーと結婚しました。結婚は約1年後に離婚で終わりました。レヴァーは後にベン・バーズマンと結婚した。[28]

シャノンは、ベル研究所の数値アナリストであったときに、2番目の妻であるベティシャノン(旧姓メアリーエリザベスムーア)に会いました。彼らは1949年に結婚した。[23]ベティは、クロードが彼の最も有名な発明のいくつかを構築するのを手伝った。[29] 彼らには3人の子供がいた。[30]

シャノンは自分自身を非政治的無神論者として表現しました。[31]

トリビュート

ユージン・ダーブによって彫刻されたシャノンの彫像は6つあります。1つはミシガン大学にあります。1つは情報および意思決定システム研究所のMITにあります。ミシガン州ゲイロードに1つ。1つはカリフォルニア大学サンディエゴ校にあります。1つはベル研究所。もう1つはAT&T ShannonLabsにあります。[32]ベルシステムの解散後、AT&Tコーポレーションに残っていたベル研究所の一部は彼に敬意を表してシャノン研究所と名付けられた。

1993年にシャノンの膨大な論文コレクションを共同編集しAT&Tフェローのニールスローンによると、シャノンの通信理論(現在は情報理論と呼ばれています)によって導入された視点はデジタル革命の基盤であり、マイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータを含むすべてのデバイスは1948年のシャノンの出版物の概念的な子孫:[33]「彼は世紀の偉大な人物の一人です。彼がいなければ、今日私たちが知っていることは何も存在しません。デジタル革命全体は彼から始まりました。」[ 34]暗号通貨ユニットシャノン(gweiの同義語)は彼にちなんで名付けられました。[35]

ジミー・ソニとロブ・グッドマンによって書かれたシャノンの伝記であるマインド・アット・プレイは、2017年に出版されました。[36]

2016年4月30日、シャノンは100歳の誕生日を祝うためにGoogleDoodleを受賞しました。[37] [38] [39] [40] [41] [42]

マーク・レヴィンソン監督のシャノンに関する長編映画であるビットプレーヤーは、2019年のワールドサイエンスフェスティバルで初演されました。 [43] 1980年代にシャノンが自宅で行ったインタビューから引用したこの映画は、2020年8月にアマゾンプライムで公開されました。

その他の作品

シャノンと彼の電気機械式マウステセウス(ギリシャ神話のテセウスにちなんで名付けられました)は、人工知能の最初の実験の1つで迷路を解こうとしました

シャノンのマウス

1950年に作成された「テセウス」は、25平方の迷路の周りを移動できるようにする、電気機械式リレー回路によって制御される機械式マウスでした。[2]迷路の構成は柔軟で、可動パーティションを再配置することで任意に変更できました。[2]マウスは、ターゲットが見つかるまで廊下を検索するように設計されています。迷路を通り抜けた後、マウスは以前のどこにでも置くことができ、以前の経験から、ターゲットに直接移動することができました。なじみのない領域に配置された場合、既知の場所に到達するまで検索するようにプログラムされ、その後、ターゲットに進み、新しい知識を記憶に追加し、新しい行動を学習します。[2]シャノンのマウスは、この種の最初の人工学習装置であったようです。[2]

チェスの複雑さに関するシャノンの見積もり

1949年、シャノンはチェスのゲームツリーの複雑さを推定する論文(1950年3月に発行)を完成させました。これは約10120です。この数は現在「シャノン数」と呼ばれることが多く、今日でもゲームの複雑さの正確な見積もりと見なされています。この数は、徹底的な分析(つまり、強引な分析)を使用してチェスのゲームを解決する際の障壁の1つとしてよく引用されます。[44] [45]

シャノンのコンピューターチェスプログラム

1949年3月9日、シャノンは「チェスをするためのコンピューターのプログラミング」という論文を発表しました。この論文は、ニューヨークで開催された国立無線技術者会議で発表されました。彼は、位置スコアリングと移動選択に基づいてチェスをプレイするようにコンピューターをプログラムする方法を説明しました。彼は、チェスのゲームで考慮される可能性の数を制限するための基本的な戦略を提案しました。1950年3月にPhilosophicalMagazineに掲載され、チェスをプレイするためのコンピューターのプログラミングと、コンピューターを使用したゲームの解決に関するトピックで公開された最初の記事の1つと見なされています[44] [46]

与えられたチェスの位置の評価関数に基づいて、コンピューターにどの動きをするかを決定させるための彼のプロセスは、ミニマックス手順でした。シャノンは、白の位置の値から黒の位置の値を差し引いた評価関数の大まかな例を示しました。材料は、通常のチェスの駒の相対値(ポーンの場合は1ポイント、ナイトまたはビショップの場合は3ポイント、ルークの場合は5ポイント、クイーンの場合は9ポイント)に従ってカウントされました。[47]彼はいくつかの位置的要因を考慮し、 2倍のポーン後方のポーン、および孤立したポーンごとに½ポイントを差し引きました可動性利用可能な合法的な動きごとに0.1ポイントを追加することによって組み込まれました。

シャノンの格言

シャノンは、「敵はシステムを知っている」としてケルクホフスの原則のバージョンを策定しました。この形式では、「シャノンの格言」として知られています。

記念

シャノン100周年

クロードシャノン100周年

2016年のシャノン100周年は、1916年4月30日の生誕100周年に、クロードエルウッドシャノンの生涯と影響力を示しました。これは、アランチューリングの年に一部影響を受けました。Christina Fragouli、RüdigerUrbanke、Michelle Effros、Lav Varshney、SergioVerdúを含むIEEE情報理論協会の臨時委員会[48]は、世界中のイベントを調整しました。このイニシアチブは、2015 IEEE Information Theory Workshop Jerusalem [49] [50]のHistoryPanelおよびIEEEInformation Theory SocietyNewsletterで発表されました[51]

確認されたイベントの詳細なリストは、IEEE Information TheorySocietyのWebサイトで入手できました。[52]

計画された活動のいくつかは次のとおりです。

  • ベル研究所は、2016年4月28〜29日にニュージャージー州マレーヒルで、情報化時代の未来に関する第1回シャノン会議を主催し、クロードシャノンと彼の遺産が社会に与え続けている影響を祝いました。このイベントには、情報理論が社会と私たちのデジタルの未来に与える影響を探求する、情報化時代の世界的な著名人と先見者による基調講演、非公式の回想、およびバイオインフォマティクス、経済システムなどの他の分野でのその後の関連作業に関する主要な技術プレゼンテーションが含まれます。とソーシャルネットワーク。学生コンテストもあります
  • ベル研究所は2016年4月30日にWeb展示を開始し、ベル研究所でのシャノンの雇用(米国政府とのNDRC契約に基づく)、1942年から1957年までのその後の仕事、および数学科の詳細を記録しました。展示には、在職中の同僚やマネージャーの経歴や、その後公開された形でよく知られるようになったいくつかの技術メモのオリジナルバージョンも表示されました。
  • マケドニア共和国は記念切手を計画しています。USPS記念切手が提案されており、活発な請願が行われています。[53]
  • クロード・シャノンと情報理論の影響に関するドキュメンタリー、ビットプレーヤーは、セルヒオベルドゥマークレヴィンソンによって制作されています。
  • ジョージブールの生誕200周年とクロードシャノンの100周年を祝う大西洋横断の祝賀会で、コーク大学とマサチューセッツ工科大学が主導しています。最初のイベントはコークでのワークショップで、Boole Meets Shannon [54]であり、ボストン科学博物館とMIT博物館で展示が続けられます[55]
  • ボストン科学博物館、ハインツ・ニックスドルフ博物館、高等研究所、ベルリン工科大学、南オーストラリア大学(UniSA)、ユニキャンプ(Universidade Estadual de Campinas)、大学など、世界中の多くの組織が遵守イベントを開催しています。トロント、香港中国大学、カイロ大学、テレコムパリテック、アテネ国立工科大学、インド科学研究所、インド工科大学ボンベイ校、インド工科大学カンプール校、南陽工科大学シンガポール、メリーランド大学、イリノイ大学シカゴ校、エコールポリテクニックフェデラルデローザンヌ、ペンシルバニア州立大学(ペンシルベニア州立大学)、カリフォルニア大学ロサンゼルス校、マサチューセッツ工科大学、重慶郵電大学、イリノイ大学アーバナシャンペーンで。
  • このページに表示されるロゴは、Crowdspringでクラウドソーシングされています。[56]
  • 2016年5月4日、ニューヨークの国立数学博物館で開催された「 Saving Face:Information Tricks for Love and Life 」というタイトルの数学の出会いのプレゼンテーションでは、情報理論におけるシャノンの研究に焦点が当てられましたビデオ録画やその他の資料が利用可能です。[57]

賞と栄誉のリスト

クロードE.シャノン賞彼に敬意を表して設立されました。彼は1972年に最初の受領者でもありました。[58] [59]

厳選された作品

  • クロードE.シャノン:リレーとスイッチング回路のシンボリック分析修士論文、MIT、1937年。
  • クロードE.シャノン:「通信の数学的理論」、ベルシステムテクニカルジャーナル、Vol。27、pp。379–423、623–656、1948(要約)。
  • クロードE.シャノンとウォーレンウィーバー:通信の数学的理論。イリノイ大学出版局、アーバナ、イリノイ、1949。ISBN0-252-72548-4 

も参照してください

参考文献

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