申农

申农是现代通讯理论--信息论的创始人、影响人类社会进程的科学家.
　　

2001年2月24日，享年85岁的信息量创始人（美国） C.E.Shannon 申农（香农）辞世（1916-2001）。

       有的文章称他为伟大的科学家。回顾20世纪的信息革命风暴，想想这个革命的理论基础就是新创立的信息论，把信息论的创始人称为伟大的科学家并不为过。确实，他对人类贡献远远超过了一般的诺贝尔获奖者。

      早在30年代，申农就以布尔代数在逻辑开关电路中的应用为题，写了硕士论文。1940年起，他就开始从事信

息论的研究。1948年，他在《贝尔系统技术杂志》上发表题为《通信的数学理论》的论文，从理论上阐明了信

源、信宿、信道和编码等有关通信方面的一些基本问题，创立了通信系统模型；建立了度量信息量的公式；初步

解决了信息接收端（信宿）提取由信息源发来的信息的技术问题；提出了充分利用信道的信息容量，在有限的信

道中以最大的速率传递最大的信息量的基本途径，并着手解决充分表达信息源的信息，较好的利用信道容量的有

关编译问题。申农对信息的系统论述，意味着信息作为一门独立的学科已经诞生。

　　

历史证明质量、能量和信息量是三个非常重要的物理量。

而如何度量信息的数量问题是在信息论中解决的。
　　

人们很找早就知道用“称”或者“天平”计量物质质量的多少。

然而，我们关于热、燃料、能力、活力等等的计量的问题迟至19世纪中叶，

随着热功当量的明确和能量守恒定律的明确才清楚起来。

“能量”一词就是它们的总称，而计量能量问题也通过“卡、焦耳”等新单位的出现而得到解决。

我们关于图画、文字、数字、声音的知识有几千年了。但是它们的总称是什么？

如何统一地计量它们的数量的问题迟至19世纪末还没有正确地提出来，更谈不上如何去解决了。

20世纪中期，随着电报、照片，无线电、电话、雷达、电视等等的出现和发展，如何计量讯号中的信息的多少的问题被隐约地提上日程。

1928年哈特利（R.V.H.Harley）考虑到从D个彼此不同的符号中取出N个符号并且组成一个“字”（词）的问题。如果各个符号出现的概率相同，如果选取的随机的，就可以得到DN个不同的字。

从这些字里取了特定的一个就对应着带来了一个信息量I。

哈特利建议用用N LOGD这个数量表示这个信息量，即I=N LOGD 。这里的LOG表示以10为底的对数。
　　

到了1949年控制论的创始人维纳也研究了度量信息的问题，还把它引向了热力学第二定律。

但是就讯号（信息）传输给出基本数学模型的核心人物是年仅32岁的申农（C.E.Shannon）。

1948年申农的“通讯的数学理论”（The mathematical Theory of communication)，长达数十页的论文，成了信息论正式诞生的里程碑。在他的通讯数学模型中，信息的度量的问题被清楚第地提了出来，他把哈特利的公式扩大到概率不同的情况.

      1、信息的变换和传递。
      2、进行信息的变量。
      3、分析信息的特征。
      4、重视信息的方法。

      人们把信息论分成三种不同的类型，一是狭义信息论，主要研究消息的信息量、信道容量以及消息的编码问题；二是一般信息论，主要是研究通信问题，同时也包括噪声理论，信号滤波与预测，调制与信息处理问题；三是广义信息论，不仅包括狭义信息论和一般信息论的内容，而且包括所有信息有关领域，如研究心理学和管理信息等等。

　如果计算中的对数（LOG）是以2为底的，那么计算出来的信息熵就以比特（Bit）为单位。今天在电脑和通信中广泛使用的的字节（Byte）、波特、KB、GB等等名词都是从比特（有的含时间）演化而来。“比特”的出现标志着人类知道了如何计量信息量了。申农的信息论为明确什么是信息量概念做了决定性的贡献。
　　于是在20世纪中叶，人类终于对三个非常重要的概念：质量、能量、信息量都有了定量的计量办法了。
　　为阐明质量概念做出突出贡献的是发现物质的力学定律的牛顿。
　　为阐明能量概念做出突出贡献的是热力学第一定律的发现者们（迈耳 J.R.Mayer、焦耳 T.P.Joule、赫尔姆霍兹 H.Helmholtz、开尔文 Lord Kelvin）。
　　为阐明信息概念做出突出贡献的应当是申农（C.E.Shannon）。
　　控制论创始人维纳说“信息不是物质”，哲学家说信息与物质的关系是大问题。这些观点妨碍信息论进入物理、化学、生物、社会等这些物质科学领地。某些唯物论者曾经为信息论扣上了“唯心论、伪科学”的帽子。信息论在科学版图和哲学版图中究竟如何定位在今天并没有很好地解决。
　　20世纪中期随着原子弹（核能）的出现，物理学成为最荣耀的科学学科。在随后的50年里晶体管、人造卫星、集成电路、电脑的飞跃发展无不与物理学知识的应用有关。
　　但是我们也惊奇第发现这些新技术都是为提高信息的处理能力服务。光荣的物理学忙了半个世纪，终于发现自己仅是给信息科学当仆人。这是物理学的喜剧还是悲剧？
　　信息量能进入物理学吗？但“信息不是物质”！在物理学的的版图中人们不知道把信息论放到那里合适。人类知识体现的这种新的混乱局面可能要继续下去。
　　信息论、控制论、系统论等等标新立异的新学科的出现，晃动着古老的科学框架。最后的结局可能到本世纪后期才会明朗一些。到那时申农的某些工作可能被历史遗忘，但是经他阐明的信息概念，连同“比特”这个单位肯定是我们进行科学思维时离不开词汇。

　　对申农来说，他所做的一切都应充满乐趣，他的研究和发现不过是一种获取乐趣的方式。 "克劳德喜欢大笑，喜欢构想那些反传统的事物。"贝尔实验室退休的数学家大卫·斯莱比安说道。５０年代，斯莱比安曾是申农的同事。数学对于申农来说，就像魔术师手里的戏法道具。斯莱比安说："他常常会转上一圈然后突然从一个你想不到的角度解出答案。"要说起戏法，申农的确有个保留节目--夜里骑着独轮车穿过贝尔实验室长长的走廊，手里还一边玩着杂耍。

　　在家里的时候，申农把空余时间都花在了制作各式各样奇形怪状的装置上，比如：用罗马数字来进行计算的"Ｔｈｒｏｂａｃ"计算器，能从迷宫里找到出路的机器鼠"Ｔｈｅｓｅｕｓ"。还有"极端机器"，这是一个在侧面上安置了一个巨大开关的盒子。拧开这个开关后，盒子的盖子会慢慢打开，一只机械手从里面伸出来，伸到开关那里去关上开关，然后再慢慢缩回去，最后这个盒子又恢复到了初始的关闭状态。

　　幼时的申农非常喜欢组装飞机模型、收音机电路、无线控制的船模，甚至电报装置。１９３２年进入密歇根大学时，他就毫不犹豫地选择了电机工程专业。１９３６年毕业后，申农在学校的布告栏上瞥见了麻省理工学院（ＭＩＴ）提供半工半读机会的广告，于是便直接进入了ＭＩＴ，一面攻读电机工程学硕士学位，一面给ＭＩＴ副校长、工程系系主任范尼佛·布什做实验助理，给布什照看微分分析器。这个由大大小小的齿轮滑轮组成、几乎占据了整个房间的机械系统，被视为那个年代最强大的计算装置。

　　在研究中，申农发现，这台分析器复杂的电路控制是通过上百个相联系的中继开关实现的。申农逐渐意识到，电路开关能够实现逻辑运算：当电路上有一个开关时，这个开关的闭合就相当于逻辑上的"是""非"判断；当电路上串连着两个开关时，就形成了逻辑上的"与"关系，也就是说，当这两个开关同时闭合时，"电流可以从该电路通过"这一陈述为真；当电路上并连着两个开关时，就意味着当任何一个开关闭合时，电流可以通过电路，这就是逻辑上的"或"运算。显然，此前人们从来没有意识到这一点，于是申农决定将其作为他硕士论文的题目。几乎整个１９３７年，申农都在研究这个问题。后来申农在一次采访中说，他"这一生中从没获得过如此多的乐趣"。

　　申农发表了论文《中继和交换电路的符号分析》（ＡＳｙｍｂｏｌｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＲｅｌａｙａｎｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇＣｉｒｃｕｉｔｓ）。他在论文中证明了逻辑代数中的真值和假值可以用数字１和０来表示，这就意味着，中继电路可以进行二进制运算，于是申农写道："通过中继电路实现更为复杂的数学运算已成为可能。"在这篇著名的论文中，申农还画了一个能够进行二进制加法运算的电路图。

　　更为重要的是，申农还指出这样的电路甚至能根据预设条件作出判断，比如"当数字Ｘ的值等于数字Ｙ的值时，进行Ａ操作"。申农又画了一幅图，表明了当且仅当几个按钮依照不同的顺序按下时，一个中继电路能够将一把锁打开。

　　这一发现的深远意义在于，判断能力已不再是人类特有的财产。它激发了人工智能研究领域的灵感，申农也成为了这一领域中的研究者们共同的膜拜对象。同时，能够进行判断操作的电路也成为了二战后数字计算机诞生的契机。

　　这就是申农于１９３８年发表的这篇论文被奉为二十世纪最伟大的论文的原因。才二十多岁的克劳德·申农，为十年后现代计算机的出现做了杰出的预见。这十年间，随着技术的发展，最初的电机开关演变成了只有显微镜下才看得见的蚀刻在硅片上的晶体管。

　　在范尼佛·布什的鼓励下，完成了硕士学业的申农决定继续攻读数学博士学位。仅仅在一年半之后，申农就顺利拿到了博士学位。１９４０年春天，毕了业的申农加入了贝尔实验室。不久，美国政府为了备战，申农被调到军队里去进行防空火力系统和密码的编写与破译的研究工作。

　　尽管如此，申农依然有时间继续自己的工作。在贝尔实验室的工程师拉尔夫·哈特利的协助下，申农开始考虑如何使用同一种方式来传输不同讯息，以及通讯信道在受瓶颈限制和噪音干扰客观存在的情况下，如何才能保证讯息传输的准确性。

　　１９４３年，申农找到了问题的答案。然而，奇怪的是，他似乎并不急于将新发现与人共享。他当时身边最亲密的合作伙伴也丝毫不知道他正在研究的正是其后令世人震惊的信息论。 "当时的我更多地受到了好奇心的驱使。"１９８７年，申农接受采访时说道，为了发表而写作实在是一个"痛苦"的过程。但最终，在１９４８年的《贝尔系统技术》杂志的７月号和１０月号上，申农还是发表了其具有划时代意义的论文《通讯的数学理论》（ＡＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＴｈｅｏｒｙｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）。

　　申农的理论顿如一石激起千层浪。"就像是晴空一声惊雷。"申农当年在贝尔实验室的好友约翰·皮尔斯回忆道。"ＭＩＴ里的人们都在说：'太绝了！我怎么就没想到？'"申农的理论认为，所有的通信讯息，都可以编码成数字１和０传输出去，接收后再进行解码。也就是说，使用同一个平台，就能实现以往不同的通信方式的讯息的传输，不管是电话、电报，还是广播、电视。然而，其理论的重要意义不仅于此。申农指出，不管是什么通信方式，都有一个传输的极限，其数值可以用比特／秒来表示。只要不超过这个限值，不管信道中有多少干扰，也不管讯息有多么微弱，都可以实现通信的无损传输。

　　申农称自己提出的是信息论的"基础定理"，这一理论甚至让申农自己也吃了一惊，因为克服噪音干扰似乎是违背常理的。听他说差错几率可以降为零，所有的人都表示了怀疑，其中也包括日后成为了信息论主导者、ＭＩＴ的罗伯特·法诺。

　　申农的定理确实成为了现代通信工程学的基础，５０年来，人们都在为了实现他的预言而努力。申农的研究也激发了所有现代的纠错编码技术和数据压缩算法。换句话说，没有申农，就不会有音质一流的ＣＤ音碟，不会有将你与因特网相连的Ｍｏｄｅｍ，也不会有ＮＡＳＡ的飞行器从数十亿公里外的太空中传回地球的照片。因此，今天的"数字"一词才会成为高质量、高保真的同义词。

　　不久，溢美之辞便从四面八方向申农涌来。《财富》杂志甚至称信息论是人类最值得骄傲、最罕有的创造之一，是最深远地影响了人类对世界的看法的理论。论文发表两年后，申农惊恐地发现信息论竟已成为流行于市井街巷的时髦词儿。不管有关无关，人们都爱扯上"信息论"的幌子。这让申农感到憎恶起来。１９５６年，申农在《信息论学报》上发表题为《花哨彩车》的文章，他指出信息论这个词已经被滥用了，"人们过度夸大了它的重要性，超过了其实际价值。"

　　申农知道反对潮流只能是无谓之争，于是开始慢慢淡出。尽管其后有一段时间他仍在陆续地发表论文，但他推掉了所有的演讲邀请，也拒绝了媒体的采访。他甚至连所有的信都不回，不管来信者是科学大师还是政界要人。他只是不想变成一个大明星。

　　多年之后，申农不光从公众视线中消失了，在研究领域中也再见不到他的身影。此时的申农其实还没完全归隐，１９５０年，他还在《科学美国人》杂志上发表文章，论述了计算机编程下棋的问题。６０年代中期，申农放弃了他在ＭＩＴ的教职，不再理会世事。

　　１９７８年，６２岁的申农正式宣告退休，回到了波士顿郊外的家中。由于预见到了日后高科技产业的蓬勃发展，申农早年投下的资金收益也颇为可观。１９８５年的一天，申农驾车外出，却忘了回家的路。后来情况开始日益恶化，１９９２年，电子电气工程师学会决定将申农的论文结集出版，当问到申农本人的意见时，他竟忘记了这些作品是出自他的手。１９９３年，他的家人终于对外证实：申农患上了老年痴呆症。今年２月２４日，申农８５岁生日刚过两个月时辞世仙去。