纪念20世纪最伟大的工程师——香农

2022-01-28 09:29:04 电子工程世界
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编译自ieee.org,本文作者Rodney Brooks 是麻省理工学院松下机器人学教授(荣誉退休),曾任人工智能实验室主任和 CSAIL 主任。 他是 iRobot、Rethink Robotics 和 Robust AI 的联合创始人,目前担任首席技术官。

在 20 世纪的伟大工程师群体中,谁对我们 21 世纪的技术贡献最大?我认为是克劳德·香农(Claude Shannon)。

香农以建立信息论领域而闻名。在 1948 年的一篇论文中,这是工程史上最伟大的论文之一,香农定理给出了信道信息传送速率的上限(比特每秒)和信道信噪比及带宽的关系,香农定理可以解释现代各种无线制式由于带宽不同,所支持的单载波最大吞吐量的不同。这篇题为“通信的数学理论”的文章描述了所有现代通信的基础,包括智能手机上的无线互联网,甚至是双绞线电话线路上的模拟语音信号。1966 年,IEEE 授予他最高奖项,荣誉勋章,以表彰他的这项工作。

如果信息论是香农的唯一成就,那足以确保他在万神殿中的地位。但他做得更多。

而就在发表信息论的十年前,他在MIT的硕士毕业论文《继电器与开关电路的符号分析》,被认为是逻辑门的鼻祖。当时,电磁继电器——利用磁力打开和关闭电气开关的小型设备——被用来构建电话路由或控制复杂机器的电路。然而,关于如何设计或分析此类电路并没有一致的理论。人们对它们的看法仅仅是继电器线圈是否通电。香农表明布尔代数可以用来从继电器本身转移到对电路功能的更抽象的理解。他使用这种逻辑代数来分析,然后综合开关电路,并证明整个电路按预期工作。在他的论文中,他发明了 AND、OR 和 NOT 逻辑门。逻辑门是所有数字电路的基石,计算机科学的整个大厦都以此为基础。

1950 年,香农在《科学美国人》上发表了一篇文章,同时还发表了一篇研究论文,描述了如何对计算机进行编程下棋。他详细介绍了如何为实际计算机设计程序。讨论了如何在内存中表示数据结构,估计程序需要多少位内存,并将程序分解成他称之为子程序的东西。今天我们称这些为函数或过程。他的一些子程序是生成可能的动作;一些是对结果好坏进行评估。

香农做这一切的时候,世界上只有不到 10 台计算机。它们都被用于数值计算。他开始了他的研究论文,推测计算机可以通过编程来做超出数值计算的各种事情,包括设计继电器和开关电路、设计用于通信的电子滤波器、在人类语言之间进行翻译以及进行逻辑推理。今天,计算机可以完成所有这些事情。他给出了他选择下棋作为程序的四个原因,其中一个重要的原因是人们认为下棋需要“思考”。因此,他推断,这将是检验计算机是否可以思考的一个很好的测试案例。

香农建议,可以通过分析它已经玩过的游戏并调整它所遇到的棋盘位置优势的启发式评估中的项和系数来改进他的程序。香农当时没有现成的电脑,所以他无法测试他的想法。但仅仅五年后,即 1955 年,IBM 工程师 Arthur Samuel 在交付给客户计算机之前,运行了一个跳棋程序,该程序使用香农的精确方法来改进它的游戏。 1959 年,Samuel发表了一篇关于它的论文,标题为“机器学习”——这是该词第一次出现在印刷品上。

所以,让我们回顾一下:信息论、逻辑门、计算机编程、数据结构,以及可以说是机器学习。克劳德·香农没有费心去预测未来——他只是发明了这些基础。自从他2001年去世以来,我们还没有见过像他这样的天才,可能我们再也不会了。

这篇文章出现在 2022 年 2 月的IEEE杂志上,名为“克劳德·香农的精选集”。

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