【原】比肩愛因斯坦，神似特斯拉，賽過牛頓的天才“斜杠朋克”

陸老師的后院 2020-01-16

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從前這樣有一位不相信神存在的人。

因為他很牛逼，而且更像個“神”。

在學校工作的時候，從不考慮這個問題有無實際價值，只考慮這個問題好不好玩；

從不考慮問題有無學術(shù)價值，只考慮這個問題好不好玩。

給學生上課的時候，不考慮學生能否畢業(yè)，只考慮課題好不好玩。但他提供問題的思考的角度和深度，是一般常人根本無法企及的。

在公司上班的時候，他從不考慮做的事情對公司有無貢獻，只考慮這個問題好不好玩。

在他開創(chuàng)了一個領(lǐng)域之后，“搞膩歪”就主動退出該領(lǐng)域，原因是剩下的問題不如以前好玩。

在功成名就之后，從不考慮以他的身份和地位應該做什么樣的事情，只考慮這件事情好不好玩。

他不追求名譽，不追求地位，不追求權(quán)力，即使唾手可得。有主動掉在他身上的，他也不會完全拒絕。他也不追求財富，但投資市場實在太好玩，所以研究過，并獲得了經(jīng)濟自由。

他有幸遇到了過去幾百年人類最聰明的一批頭腦，但因為性格內(nèi)向，也和他們沒有什么深入的合作。

他愛過，卻不曾恨過。

他不曾刻意追求任何事情，卻不放過任何一個感興趣的事情。

他也如希臘神話英雄般，躲不過命運的繩索。人類歷史上最聰明之一的頭腦在晚年被剝奪了思考的權(quán)力。當智慧，思維和意識消退之后，剩下的他仍然熱情，誠懇待人。

他就是，Claude Elwood Shannon ，工程信息和數(shù)學界是一位響當當?shù)娜宋?/span>。

要了解，這樣一位比肩愛因斯坦，神似特斯拉，賽過牛頓，擅長雜耍、獨輪單車、下國際象棋，專業(yè)級的選股人、業(yè)余詩人，開飛機，玩爵士單簧管，登上過 Vogue 雜志“斜杠玩家”。

還得從年輕的時候說起，因為他年輕的時候，不僅帥出了一片天，還玩出了一片。

1916年4月30日，在晴空萬里沒有任何異樣的情況下，香農(nóng)在密歇根州的Petoskey出生了，傳說他和燈泡發(fā)明家愛迪生是遠房親戚。當然，愛迪生好像并木有談及過，有這么個天才親戚，當然就憑他擠兌特斯拉的行為，咱也不敢問。

在當時那個年代，香農(nóng)出生的小鎮(zhèn)，也就3000個人民群眾，當然把他們一家老小也算上了，香農(nóng)他爸是鎮(zhèn)里的法官，他媽是中學的校長。法律和教育為主的家庭氛圍里，出生的人，按一般常理思維多數(shù)比較呆板和嚴謹，但是香農(nóng)并沒有任何父母的影響。

香農(nóng)，從小學習不算拔尖，喜歡搗鼓機器，研究各種機械發(fā)明。這種愛好，當然是從小受了他爺爺?shù)挠绊?，他爺爺是農(nóng)場主，但是十分喜歡搞發(fā)明，是一個兼職的蒸汽朋克，發(fā)明過洗衣機和許多農(nóng)用機械。

這種一老一小和瑞克和莫蒂的故事十分類似。

就這樣，鼓搗著機器，研究著發(fā)明，他搗鼓出了升降機，模型飛機，電動船，還有自制電報機。

香農(nóng)的人生軌跡看上去有點四平八穩(wěn)，貌似沒啥奇跡。在密歇根大學念完本科，然后到麻省理工念研究生。但在每個階段，他都能同時獲得兩個學位，一個數(shù)學，一個工程學。“同時”，在學霸的人生里簡直易如反掌。

畢業(yè)之后，正是二戰(zhàn)期間，香農(nóng)找了份喜歡的工作就加入了貝爾實驗室，研究火力控制系統(tǒng)和密碼學。在那，他認識了當時是數(shù)值分析員的瑪麗（Mary Elizabeth Betty Moore），后來成了他的妻子，以及，計算機之父阿蘭圖靈。

他們當時都在各自研究自己的專題，圖靈研究如何破解德國的密碼，香農(nóng)研究如何對華盛頓到倫敦的通信線路進行加密。他們各自的項目都是絕密的，所以大家都不知道對方在搞啥名堂。

人工智能的起點圖靈測試

不過一次貝爾實驗室餐廳的午餐將他們拉到了一起，他們都相信機器可以被賦予思考的力量。雙方的討論會很激烈，香農(nóng)提議將有“文化的東西”灌入電子的大腦中，圖靈則說“不，我對建造一顆強大的大腦不感興趣，我只想要一顆普通的大腦?！币?，那時他們的討論完全是基于數(shù)學和邏輯的，1943年還沒人知道計算機是個什么鬼！

知識點：

電子數(shù)字積分計算機 Electronic Numerical Integrator And Compute 1946 年誕生。

據(jù)了解，香農(nóng)的辦公室經(jīng)常大門緊閉，但他的同事們并不認為他難以相處，因為他們知道香農(nóng)非常注重自己的隱私和安靜思考的時間。

香農(nóng)的一位同事說：“你可以敲開他的門，他也會回應你的話，但除此以外，他只會跟自己說話”。

另一方面，如果有同事帶著新的想法或問題來拜訪香農(nóng)的話，香農(nóng)通常會與對方進行幾個小時的高效對話，并作出正確的決定。

在數(shù)學工作中，香農(nóng)可以直接抓住問題的核心并把細節(jié)放在后面考慮。他曾解釋道：“我覺得自己更喜歡具象化而不是符號化。我會試圖先感受問題本身，然后再談方程式”。這就好像是先看到了答案，再來解釋為什么這個是正確的。（想象一下你現(xiàn)在有500W這是結(jié)果，你能倒推這500W具體怎么來的嗎？想的明白，想的科學合法，可操作，那么你也很牛逼）

香農(nóng)的學生 Bob Gallager 回憶道：“他有一種神奇的洞察力，仿佛能看穿事物本身。他會說‘ Something like this should be true ’，而且往往事后證明他是對的。如果你沒有超凡的直覺，你不可能憑空開辟出一片全新的領(lǐng)域。”

不過這偶爾也會給香農(nóng)帶來麻煩 —— 學術(shù)界的數(shù)學家們有時會指責他工作不夠嚴謹。但他們的批評通常是錯誤的。數(shù)學家 Solomon Golomb 說：“事實上香農(nóng)對于真相的直覺幾乎從未失敗過?！奔词辜毠?jié)還需要完善，但結(jié)論幾乎總是正確的。

他是電子信息時代之父，他是bit單位的爸爸

在科學史上，香農(nóng)是足以和牛頓、愛因斯坦相提并論的天才人物。

而且，按照有些美國學者的說法，愛因斯坦開創(chuàng)了相對論，卻沒有把我們帶入相對論的時代。而香農(nóng)開創(chuàng)了信息論，并且把人類帶入了信息時代，所以，香農(nóng)的影響比愛因斯坦更大。

雖說這個說法看上去有點夸張，但是，如果你能用今天的思維想清楚21世紀，你最不能離開的兩個東西：電腦和互聯(lián)網(wǎng)。你就能明白，這個斜杠玩家，在這個領(lǐng)域里做出了多么卓越的貢獻。

要知道在計算機誕生的早期，它的功能局限于數(shù)學運算，就是臺運算工具。那么，誰讓它變成了無所不能的多面手呢？正是香農(nóng)。

香農(nóng)干了啥呢？

他寫了篇論文，找到了用機器模擬人類思考的正確方法。請作為讀者你，深度思考一下這個問題，是不是有點像人工智能初期？這個非常關(guān)鍵。

我們來梳理一下這個過程：

首先，把你的思考整理成邏輯判斷，然后依據(jù)一種叫作布爾代數(shù)的理論，這個理論比較復雜，我們就不詳細解釋了。

依據(jù)這個理論，我們就可以把邏輯判斷變成由1和0構(gòu)成的數(shù)學運算，判斷為真就用1來表示，判斷為假就用0來表示。這個時候，香農(nóng)告訴你，可以用電路開關(guān)的兩種狀態(tài)，也就是通電和斷開，來表示1和0，通電表示1，斷開表示0。這樣就可以用電路來模擬你的邏輯判斷和思考過程。

這意味著什么呢？意味著秦始皇建國那會嫌麻煩，“統(tǒng)一”一下度量衡，而香農(nóng)嫌麻煩，嫌累，那我就發(fā)明個公式定理吧。其實，本質(zhì)上不能說發(fā)明，是他第一個窺探到了這個宇宙間信息傳遞的編碼公式。

這也意味著人類可以設計出一臺機器，用電路開關(guān)來進行判斷和思考，幫助人類解決各種問題。問題變復雜了怎么辦？只需要增加電路里的開關(guān)數(shù)量就可以了。這就是現(xiàn)代計算機幫人類解決各種問題的基本原理。我靠，這么簡單嗎？

香農(nóng)不是計算機的發(fā)明者，但他這篇天才的論文，讓計算機從簡單的運算工具，變成了無所不能的電腦，奠定了現(xiàn)代計算機的發(fā)展方向。

隨著技術(shù)的不斷深入發(fā)展，計算機電路里的各種開關(guān)原件，從電子管進化成了如今廣泛使用的晶體管，開關(guān)的數(shù)量也越來越多，越來越密集。

像目前最先進的手機處理器，只有你的手指甲大小，卻容納了幾十億個晶體管，相當于幾十億個開關(guān)，能夠完成各種復雜的任務；但它們?nèi)f變不離其宗，仍然離不開香農(nóng)在這篇論文中描述的基本原理。

特別神奇的是，這篇對計算機和信息時代如此重要的論文，竟然是香農(nóng)在麻省理工念電子工程的碩士畢業(yè)論文。難怪，有科學家會說，這是歷史上最牛的碩士論文。

寫下這篇神作的香農(nóng)，當年也只有22歲而已.....

我們凡人22歲的時候，在干嘛呢..

當你認為，香農(nóng)是不是要在這個領(lǐng)域，繼續(xù)發(fā)展的時候，他轉(zhuǎn)頭開始玩“信息”了,No problem 學霸的跨界，和平常人走路一樣easy.

寫完那篇碩士論文十年之后，香農(nóng)在貝爾實驗室寫了另外一篇神作《通信的數(shù)學原理》，正是這篇“20世紀最重要的碩士論文”，標志著信息論的誕生，直接炸出了一個新的學科：信息學：這個世界所有的信息都可以用0和1來表示，香農(nóng)帶領(lǐng)人類從工業(yè)時代進入了信息時代。

說實話，放眼全世界，上帝無非最痛恨的那幾個人，萊布尼茨，笛卡爾，伽利略，哥白尼，牛頓，愛因斯坦，特斯拉，圖靈、只有香農(nóng)，讓這個上帝又愛又恨...

他發(fā)現(xiàn)了信息的本質(zhì)，找到了度量信息的方式，提高信息傳輸質(zhì)量的方法。沒錯，是他發(fā)明的公式，讓我們能從1G、2G、3G、4G走了今天5G。

要知道，在19那幾年的時候，各種通訊方式的陸續(xù)發(fā)明，貝爾證了電話，神馬無線電，電報之類，慢慢的人們已經(jīng)開始關(guān)注信息這個概念。

從面對面交談使用的語言，到電話線傳遞的聲音信號，再到電視線路傳遞的圖像，這些好像都是信息，但信息到底是什么呢？

舉個例子，你就明白了，假設，有這樣兩句話，放在你面前：

1.明天傍晚太陽會日落。

2.明天傍晚有月食。

如果按照語言分析的路數(shù)，這兩句話都是五個字，而且都沒有進一步簡化的余地，所以，兩句話的信息容量應該是一樣的。不過，這個判斷似乎和你的直覺并不一致。

直覺上看，第一句話沒什么信息量，因為只要你活著，天天都得吃飯。而第二句話，好像還有點信息量，它告訴你一個你明天吃什么?？墒?，這種信息量的差別，究竟應該如何把握和衡量呢？

這就要得看香農(nóng)了，他直接越過了語言束縛，抓住了信息的本質(zhì)。

那么，信息的本質(zhì)是什么？

是消除不確定性。我向你發(fā)出一條信息，這條信息究竟有多大的信息量，在于它能幫助你消除多少不確定性。

還是拿上面的兩句話舉例。按照香農(nóng)的解釋，明天傍晚太陽會日落是常識，對你來說本來就是一種確定情況，所以，這句話沒有幫助你額外消除任何不確定性，沒什么信息量。而明天是不是月食呢？

其實存在很大的不確定性。所以，明天有月食這句話，幫你完成了一個把不確定性變成確定的過程，它是有信息量的。一句話能幫你消除的不確定性越多，它的信息量就越大。

這樣一來，不僅解決了信息的本質(zhì)是什么的問題，連如何度量信息的問題，看上去也有了頭緒。不過，我們都知道重量的單位是千克，長度的單位是米，能量的單位是焦耳，那信息的度量單位是什么呢？

這也難不倒香農(nóng)，他說，既然信息是消除不確定性，那么信息最基本的單位，就應該是一個最基本、最簡單的不確定性消除過程。就像是告訴你，拋一次硬幣的結(jié)果，到底是正面朝上，還是反面朝上。

于是，香農(nóng)找到了二進制數(shù)字。二進制的數(shù)字要么是1，要么是0，那么，傳送一個二進制數(shù)字給你，就相當于完成了一次二選一，實現(xiàn)了一次最基本的不確定性消除過程。

這樣一個包含兩種可能的二進制數(shù)字，也就成了度量信息的基本單位，香農(nóng)把它叫做比特，也就是bit。沒毛病，Bit 就是他發(fā)明的！

1個比特的信息量，就是1個二進制數(shù)字所代表的信息量。8個比特稱為一個字節(jié)，也可以用一個大寫的字母 B 來代替。

我們都很熟悉的，用來表示電腦文件大小、內(nèi)存硬盤容量的MB、GB、TB，其實都是在比特基礎上形成的單位。

十年前，香農(nóng)把電路開關(guān)變成0和1，十年之后，香農(nóng)又把信息變成了0和1。

這樣一來，不僅語言信息可以變成數(shù)字，就連聲音、圖像，一切信息都可以變成數(shù)字。各種不同的信息的傳送過程也就變成了同一個過程。

不管最初形態(tài)是語言、聲音還是圖像，信息從發(fā)送者那里出來，先通過編碼過程，變成一串串由1和0構(gòu)成的二進制數(shù)字，完成數(shù)字傳輸，再通過解碼過程，重新變回原先的形態(tài)，被信息接收者收到。

這不就是我們熟悉的數(shù)字通訊嗎？無論是通過互聯(lián)網(wǎng)，還是通過手機無線網(wǎng)絡，無論是文字聊天、發(fā)送照片、傳送音頻和視頻，其實都是這樣一個過程。

信息數(shù)字化的意義還不止這些。十年以前，香農(nóng)將電路開關(guān)變成數(shù)字，復雜的電路設計工作就變成了解數(shù)學方程。十年之后，他讓信息變成了數(shù)字，而改進通訊質(zhì)量的工作，同樣也變成了解數(shù)學題。

這是一個劃時代的進步。在香農(nóng)之前，人類耗費了大量的時間、精力和金錢，想了無數(shù)辦法，就為了減少通訊信號傳輸過程中受到的外界環(huán)境干擾，提高通訊質(zhì)量。例如，為了減少電報信號在海底電纜中所受的干擾，人們不惜花費巨資，給電纜裝上厚厚的防護罩，但這也只能解決一部分問題。

那么，到底有沒有辦法實現(xiàn)完全不失真的信息傳輸呢？大家都沒有信心，直到香農(nóng)在論文里響亮地說：我有辦法。

他的辦法是什么呢？當然不是給電纜裹上更厚的防護罩。他認為，理論上，干擾不可能完全消除。不過，即便干擾造成信號部分受損，也照樣有可能保持信息完整不失真。

聽上去有些匪夷所思吧，信號受損怎么可能讓信息不失真呢？

但是我們細想一下就明白，按照香農(nóng)的理論，這個時候電纜里的信號已經(jīng)變成了數(shù)字，而他用數(shù)學方法證明，只要優(yōu)化數(shù)字編碼方法，增加額外的冗余數(shù)字，哪怕線路干擾會造成一定比例的數(shù)字信號丟失，傳輸過去的信息也能保持完整。

不過，每一條線路都有它的極限，如果到了極限，無論如何改進和優(yōu)化編碼，都沒辦法保證不失真了。這個極限對應的數(shù)字信息傳輸速度，就被稱為“香農(nóng)極限”。

今天的我們，還在不斷想辦法提高信息傳輸速度，拿移動通訊來說，從3G到4G再到5G，其實就是在不斷努力逼近香農(nóng)極限。

上面說的，就是香農(nóng)信息論的主要內(nèi)容。他洞察了信息的本質(zhì)，提出了信息度量的方法和基本單位，找到了提高信息傳輸質(zhì)量的辦法。可以說，現(xiàn)代通訊的基本特征就是通訊數(shù)字化，而通訊數(shù)字化的理論基礎就是香農(nóng)的信息論。今天你能看到的一切現(xiàn)代通訊工具和通訊方式，從互聯(lián)網(wǎng)到移動網(wǎng)，本質(zhì)上都是在傳輸數(shù)字，都是信息論的應用成果。

對今天的每一位計算機和通訊行業(yè)的從業(yè)人士來說，香農(nóng)都稱得上祖師爺。同時，我們每一天的生活，已經(jīng)很難擺脫電腦、手機和互聯(lián)網(wǎng)，而這些都和香農(nóng)的貢獻息息相關(guān)。

正是他，用滿腔熱忱和研究的精神，帶領(lǐng)全人類進入了“信息的時代”。

毫不過譽地講，如果沒有這個《通信的數(shù)學原理》，也就沒有了標準壓縮圖片、或是壓縮文件、高清電影、數(shù)字通訊等。但它的影響遠不止此，盡管信息的數(shù)學理論無法說明任何關(guān)于數(shù)據(jù)的意義，但是它打開了一種新的可能，關(guān)乎我們?nèi)绾卫斫庾陨?，使得我們都能夠用?shù)據(jù)測量和編碼。

或許，會有人追問誰才是真正的人工智能信息傳遞的奠基者?

是約翰 · 馮 · 諾依曼?還是·圖靈?說實話，缺了誰都不行。

1916 年 4 月 30 日，香農(nóng)出生于美國密歇根州一個叫做 Gaylord 的小鎮(zhèn)，1936 年獲得密歇根大學的數(shù)學與電氣工程學士學位，1940 年獲得 MIT 數(shù)學碩士和博士學位，1941 年進入貝爾實驗室工作。

晚年，香農(nóng)患上阿爾茲海默癥，在與病魔抗爭了很長一段時間后，2001 年 2 月 26 日，香農(nóng)逝世，享年 84 歲。

值得感謝！