1916年，第一次世界大戰激戰正酣。

在這一年的4月30日，遠離戰場的美國密歇根州佩托斯基（Petoskey），一個男嬰呱呱墜地。這個男嬰，就是我們這篇文章的主角——香農。

香農的全名，叫做克勞德·艾爾伍德·香農（ClaudeElwoodShannon）。他是美國著名數學家、發明家、密碼學家，也是信息論的創始人。

換句話說，我們現在所有IT人和通信人的共同祖師爺，就是他。

帥哥香農

香農從小就在一個名叫蓋洛德（Gaylord）的小鎮生活。他的父親，是這個小鎮的法官，名字叫克勞德·艾爾伍德·香農（沒錯，他老爹給兒子取了和自己一毛一樣的名字）。

香農的母親，是小鎮的中學校長，名叫梅布爾·沃爾夫·香農（Mabel Wolf Shannon）。

父親是法官，母親是校長，這樣的知識分子家庭，教育氛圍當然不會差。

讀書時候的香農，已經表現出驚人的數學天賦。在8歲的時候，他就輔導他姐姐做高等數學作業。後來，他姐姐大學畢業，成為了數學教授。

除了數學之外，小香農特别喜歡搞發明創造，其中就包括電報機、電動船，以及各種機械動物。

小時候的香農，看上去就很叛逆

這個興趣愛好，估計和他的爺爺有很大的關系。他爺爺是一位農場主兼發明家，發明過洗衣機和很多農用機械。

值得一提的是，香農還有一個遠房親戚，也很喜歡搞發明。這位親戚的名字，叫愛迪生。

1936年，20歲的香農從密歇根大學本科畢業，順利拿到了數學和電子工程雙學位。随後，他進入麻省理工學院繼續深造。

兩年後，香農完成了他的碩士論文——《繼電器與開關電路的符号分析》。

在論文中，他首次提出，可以用布爾代數來描述電路。他将布爾代數的"真"與"假"和電路系統的"開"與"關"對應起來，并用了數學中最簡單的兩個數字——“1”和“0”來表示。

喬治·布爾（1815-1864），英國數學家

1847年，他提出了布爾代數，這是一種計算命題真僞的數學方法。

香農的這篇論文，雖然僅僅是碩士論文，但具有劃時代的意義。它奠定了數字電路的理論基礎。後來出現的計算機等設備，都以此為設計思路。

後來，著名計算機科學家赫爾曼·哥爾斯坦評價這篇論文是“有史以來最重要的一篇碩士論文”，“從藝術到科學上改變了電路的設計。”

赫爾曼·哥爾斯坦

世界上第一台現代電子數字計算機ENIAC的研制者之一

因為這篇論文，香農獲得了電子工程界的大獎——美國Alfred Noble協會美國工程師獎。

正當世人以為這位電子工程天才會繼續大展拳腳的時候，他卻沒了下文。直到兩年後，他發出了自己的博士論文——《理論遺傳學的代數學》，并憑此獲得了麻省理工的數學博士學位。

是的，這家夥玩了個跨界，竟然從電子工程學跨到了生物遺傳學。

年輕時的香農（有點像福爾摩斯）

此後，香農去普林斯頓高等研究院待了一年，與愛因斯坦、馮·諾依曼等大師級人物有過交集。他的研究方向，變成了機械模拟計算機。

1941年，香農發表了新的論文——《微分分析器的數學理論》，通過機械式計算機來求解微分方程。

當時的微分分析器

同年，香農加入了著名的貝爾實驗室（此後一直工作到1972年）。

最開始進入貝爾實驗室的時候，香農是去的數學部，從事和戰争相關的工作——研究火力控制系統和密碼學。

他所在的密碼破譯團隊，主要負責追蹤納粹德國的飛機和火箭。他還用數學手段，推導了X系統的安全性。這個X系統，就是指英國首相丘吉爾和美國總統羅斯福之間的專用電話線路。

1943年，英國著名數學家、密碼學家阿蘭·圖靈訪問貝爾實驗室，并與香農共進午餐。

阿蘭·圖靈（1912-1954）

鑒于兩人的特殊工作性質，他們并沒有進行密碼學的交流，反而更多的是讨論人造思維機器（也就是後來的AI人工智能）。

當時，香農告訴圖靈，他不僅僅滿足于向這台“大腦”裡輸入數據，還希望把文化的東西灌輸進去。

這個想法震驚了阿蘭·圖靈，他感到非常不可思議，驚呼道：“他（香農）想給它來點音樂！”

後來，随着對密碼研究的不斷深入，香農逐漸形成了一套完整的密碼學理論。與此同時，他開始思考有效通信系統的問題。現代信息論的思想雛形，逐漸在他的腦海裡形成。

1945年，他向貝爾實驗室提交了一份備忘錄——《密碼學的一個數學理論》。

1948年6月至10月，香農在《貝爾系統技術雜志》連載了那篇改變人類社會發展軌迹的論文——《通信的數學理論》。次年，香農又在該雜志發表了另一篇著名論文——《噪聲下的通信》。

在這兩篇論文中，香農給出了通信系統的基本模型，提出了信息熵的概念以及數學表達式。

計算信息熵H的公式

大家如果是工科出身且還記得通信原理的話，就知道，一條信息的信息量大小，和它的不确定性有直接關系。

舉個例子：如果我告訴你，世界是圓的（準确地說，地球近似是橢球形）。這種非常确定的内容，信息量是0（等于一句廢話）。如果我告訴你，XX樹下埋了一百萬美金，那這個信息量就很大。上面那個公式，就是根據确定性大小算信息量的。

香農指出，信息是可以被量化的，用數字編碼可以代表任何類型的信息。信息進行數字化後，可以經壓縮再傳輸，極大地減少傳輸時間和傳輸成本。

香農還推出了比特的概念（他将發明這個詞的榮譽歸功于自己的同事約翰·圖基），将其稱為“用于測量信息的單位”。

bit

比特（bit），其實就是二進制數（binary digit）的縮寫。

衆所周知，比特後來成為了信息時代的基石。我們今天在互聯網上所有的信息，都在用它來表達。

除了信息熵之外，香農還在論文中提出了大名鼎鼎的香農公式。

香農公式

簡單來說，信息熵讨論的是信息量及數據壓縮的臨界值。而香農公式，則是讨論通信速率的極限值。

具體細節我們就不讨論了哈，不然人都跑光了。

我們隻需要知道，直到現在的5G，我們還沒有逃脫香農公式的“魔爪”。有些人一輩子幹的事，就是無限逼近香農公式的極限。

兩篇論文的發表，奠定了信息論的基礎，對學術界造成了巨大的震動，影響力絲毫不亞于1947年12月世界上第一個晶體管的發明（同樣來自貝爾實驗室）。

當時，因為信息論的觀點非常超前，還引起了一些質疑和反對。後來，随着時間的推移，信息技術迅速發展，信息論的價值越發顯現，香農也确立了自己“信息和通信雙料祖師爺”的地位。

忘了說了，發表論文時的香農，才33歲。

1949年，香農在備忘錄《密碼學的一個數學理論》的基礎上，又發表一篇重要論文——《保密系統的通信理論》。

這篇論文再次震驚學術界。波士頓環球報稱：“這一發現将密碼從藝術變成為科學”。

論文開辟了用信息論來研究密碼學的新思路，奠定了現代密碼理論的基礎。香農也憑此成為近代密碼理論的奠基者和先驅。

1949年3月27日，香農迎娶了自己在貝爾實驗室的同事，瑪麗·伊麗莎白·摩爾（Mary Elizabeth Moore），然後繼續從事自己熱愛的科學研究工作。

1952年，香農夫婦共同推出了著名的“會走迷宮的老鼠”——忒修斯。

香農和忒修斯

這是一隻木制的、帶有銅須的玩具老鼠。它能通過不停地随機試錯，穿過一座由金屬牆組成的迷宮，直到在出口處找到一塊金屬的“奶酪”。

最厲害也最具獨創性的是：“忒修斯”能夠記住這條路線，甚至在下一次任務中，迷宮的牆壁有所移動，都難不倒它。

當時，香農還專門拍攝了一段影像，制作成電視節目，展示這隻老鼠。這個節目引起了公衆的極大興趣，在人們看來，這就是一隻“會思考”的老鼠啊。

其實，走迷宮的秘訣并不在老鼠身上，而是在迷宮上。迷宮各處隐藏了75個繼電器開關，通過這些簡單的隻具有開關功能的設備，最終實現了老鼠的所謂“智能”。

1956年，香農成為麻省理工學院（MIT）的客座教授。1958年，成為終生教授。

1961年，香農和同事索普做出一個香煙盒大小的小型計算機，小盒子藏在口袋裡，用大腳趾控制藏在鞋子裡的開關。這個設備用來幹什麼呢？用來預測賭場的輪盤結果，計算小球落在輪盤不同位置的概率。

憑借這個設備，他們倆還真的在拉斯維加斯赢到了錢。後來，因為被盯上，所以趕緊放棄并離開了。

香農另一個著名的發明，是一個會下國際象棋的機器。這個機器用了150個繼電器開關，具備不錯的計算能力。1965年，香農帶着這個機器跑去挑戰當時的世界冠軍Mikhail Botvinnik。雖然最後還是輸了，但表現不賴。

1973年，在以色列阿什凱隆召開的信息論國際研讨會上，IEEE命名了香農獎，并把這一獎項授于香農本人。這種自己領自己名字命名的獎的做法，後來被人戲稱為“香農套路”。

1985年，在英格蘭布萊頓舉行的“國際信息理論研讨會”上，香農突然現身，引起了全場轟動。參加會議的年輕學者簡直不敢相信自己的眼睛，竟然親眼看見了信息理論的祖師爺！更讓人瞠目結舌的是，香農竟然在會場上表演起了抛物雜耍，讓整個會場更加沸騰。

香農當年還是投資大師、炒股高手，擅于采用套利的手法，迅速賺取财富。

1986年8月11日，著名的《巴倫周刊》曾彙總了1026家共同基金的近期表現，香農排名第一。

剛才我們提到香農在會場表演抛物雜耍。其實，香農終身都熱愛雜耍。在很年輕的時候，他就學會了騎獨輪車和抛接球。當年在貝爾實驗室上班的時候，他經常特立獨行地騎獨輪車去上下班，成為一道靓麗的風景線。

被科學耽誤了的雜技天才

到了晚年時期，香農對雜耍的熱愛簡直到了癡迷的地步。他花了很多時間刻苦練習，不斷提高雜耍水平。他甚至還擁有一張雜耍學博士證書，視為至寶。

除了雜耍之外，他還熱衷于制造玩具。他建造了火焰噴射喇叭、火箭驅動飛盤、自動下棋機器人等各種奇怪的玩具。

在後來人工智能先驅馬文·闵斯基的啟發下，他設計了一個被稱為“終極機器”的機器人。當你把開關撥到“開”，盒子打開并伸出一個機械手，它把開關撥回到“關”，然後機械手縮回到盒子裡去。

“終極機器”……

在馬薩諸塞州溫徹斯特香農的家中（香農稱為“熵宅”），堆滿了他的小發明。他的車庫中存放了至少30輛奇特的獨輪車，其中包括一個沒有腳蹬的獨輪車，一個是方形的輪胎的獨輪車，一個特為兩個人騎的獨輪車。

真正的老頑童

香農還把玩雜耍上升到理論的高度，開始撰寫《統一的雜耍場理論》。

遺憾的是，這篇作品還沒有完成，香農就因阿爾茲海默症于2001年2月26日去世了，享年85歲。

著名學者理查德·布拉胡特（Richard Blahut）教授在香農雕像（位于香農老家蓋洛德鎮）的落成典禮上，是這麼評價香農的：

“在我看來，兩三百年之後，當人們回過頭來看我們的時候，他們可能不會記得誰曾是美國的總統。他們也不會記得誰曾是影星或搖滾歌星。但是仍然會知曉香農的名字。學校裡仍然會教授信息論。”

緻敬！偉大的信息論之父——克勞德·艾爾伍德·香農！

—— The End ——

參考文獻：

1、香農的信息論究竟牛在哪裡，知乎，科言君

2、“信息時代之父”香農：用一隻木老鼠奠定人工智能的基礎，大科技雜志社

3、香農傳：從0到1開創信息時代，中信出版社，吉米·索尼，羅博·古德曼

4、信息論，一個撬動地球的支點，坤鵬論

5、香農 Claude Shannon 有哪些奇聞轶事，知乎

6、信息論之父香農，丁玖

7、克勞德·艾爾伍德·香農，百度百科詞條

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來源：鮮棗課堂

編輯：利有攸往

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