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克劳德·香农将世界数字化了

大家好,我是贝尔电话实验室的数学家克劳德·香农,”当摄像机镜头逐渐放大时,一位穿西装、打领带,身材修长的男人,用活泼轻快的语言做自我介绍。

这发生在1952年。尽管对于工程师和数学家们来说,香农早已是一个不需要介绍的传奇人物,但对于美国的数百万观众,他仍然是一张陌生面孔——但不久之后就家喻户晓,人尽皆知了。

香农和他的“忒修斯”

香农当时是在拍摄一部宣传片。在影片中,他演示了一只木制的、带有铜须的玩具老鼠。他把它唤作“忒修斯”。

正如它的名字所暗示的,香农的这只木老鼠也是一个走迷宫的高手。它能通过不停地随机试错,穿过一座由金属墙组成的迷宫,直到在出口处找到一块金属的“奶酪”。最厉害也最具独创性的是:“忒修斯”还能记住这条路线,在下一次试验中能漂亮地完成任务;甚至在下一次任务中,迷宫的墙壁有所移动,都难不倒它。

香农在镜头里告诉观众,“解决一个问题并记住解决方案,涉及到一定程度的心智活动,这已经有点类似大脑了。”对于美国观众,“忒修斯”几乎被惊为天物:这简直就是一台能够思考的机器!

这只木老鼠以及整个迷宫系统,是香农和他的妻子花了无数个夜晚建造起来的。他说,灵感来自他对儿童积木玩具的喜爱,以及他对位于伦敦汉普顿宫中的树篱迷宫的兴趣。

除了大大提高了贝尔实验室的知名度,“忒修斯”还荣登那个时代最有影响的杂志《时代》《生活》和《通俗科学》的封面。有一期文章甚至冠以“这只老鼠比你还聪明”的标题。“忒修斯”给香农的老板们留下如此深刻的印象,他们在一阵热情冲动中,要推选香农进贝尔电话公司的董事会。

在人工智能已经能够击败世界上最优秀的棋手,并能自动驾驶汽车的今天,记住一些“奶酪”的位置似乎是一项微不足道的成就。但在当时,“忒修斯”是令人惊叹的。它体现了香农对信息时代的两个基础性贡献。

奠定计算机科学的基础

第一个贡献是,表明电子线路可以用二进制逻辑工作。“忒修斯”虽然是由隐藏在它身体里的磁铁和马达驱动的,但掌管它记忆功能的存储器却不在它身上,而是由隐藏在迷宫各处的75个继电器组成的。学过物理的人都知道,在电路中,继电器的功能很简单,只有两个——开/关。

香农之所以会选择以一组继电器来为“忒修斯”建一套记忆系统,是因为之前他已经花了数年时间探索如何用继电器的开/关来展示大脑的记忆功能。

早在1937年,作为麻省理工学院的研究生,他了解了19世纪英国逻辑学家布尔的工作。布尔认识到,任何复杂的逻辑都基于少数几个简单的逻辑——比如AND(与)、OR(或)、NOT(否) 和 IF(如果)。香农则进一步证明,这些简单的逻辑功能都可以通过电子线路的开/关来执行。这一发现意味着,从理论上说,任何复杂逻辑都可以分解成几个简单逻辑,然后由一套能表达或执行1/0(开/关)——或用逻辑学的术语说:真/假——的二进制装置来完成。

这个发现在人工智能方面可谓是飞跃式的发展,其影响是深远的。因为电子线路可以执行逻辑运算的思想,是目前整个计算机科学的基础。即使在1937年,香农的同时代人已经认识到他的发现的重要性,为此他荣获了很多奖,并被《纽约时报》专题报道。他的硕士论文被人称为“本世纪最重要,也是最著名的硕士论文”。那一年他才21岁。

“信息时代之父”

这是香农的第一个伟大成就,但他并没有就此止步。他的第二个成就也是在“忒修斯”的继电器中体现出来的。存储“忒修斯”迷宫路径的系统是数字化的,也就是说,因为每个开/关代表1/0,系统存储的是离散值,而不是在像气压表、电流表等模拟设备中常见的连续值。1948年,即在“忒修斯”首次亮相前4年,香农已展示了数字化系统的威力,它不仅能执行逻辑运算,还能无差错地传输信息。

香农在贝尔实验室工作期间,发表了一篇开创性论文《通信的数学理论》,文中他引入了比特(英文binary digit的简称,中文意思“二进制数字”)的概念。比特是度量信息的基本单位,是信息时代的基石。香农证明,用数字代码可以代表任何类型的信息,所以,所有信息都可以数字化;数字化的信息经压缩后再传输,还可以极大地减少传输时间和传输成本。最具革命性的是,他展示了数字代码(二进制代码)可以让我们把数字化的信息毫无差错地从A地传到B地。这就是我们今天在互联网上读到的所有信息,不论文字、图片还是音频、视频,都是由二进制码0/1编写并传输的原因。

香农的这项成果,为我们这个信息时代信息的保存和传输奠定了基础,他被后人誉为“信息时代之父”是当之无愧的。

玩出来的诸多发明

香农的工作给他带来了巨大的声誉,这让他得以从日常工作中解脱出来,自由地从事自己热爱的事情。毕竟,谁有资格指挥信息论的创始人如何打发他的时间呢?

自由给他带来更多的灵感。此后的几年里,他的发明层出不穷。包括一个火焰发射喇叭,一个变戏法的机器人,一组独轮车队,一台用罗马数字操作的计算机器,以及一个帮助美国人在英国公路上靠左侧行驶的设计图(注:英国与美国的交通规则不一样,英国是靠左行使,美国是靠右行使的)。后面一个设计中,香农巧妙地利用了一系列的反射镜,以至于美国司机在使用的时候,以为他们仍在道路的右侧行使。与麻省理工学院的教授艾达·索普一道,香农发明了第一台可佩戴的计算机,可在轮盘赌时使用。他们亲自还跑到拉斯维加斯测试其效果,结果赚了不少钱。

香农后来称自己的这些发明“有趣但毫无用处”。“我花了大量的时间在完全无用的事情上,”他说。但他是过谦了。他的发明兴趣几乎是无穷无尽的,他的奇思妙想似乎也越“挥霍”越多。即使在他家的工作室,奇妙的发明已堆积如山,香农依然对AI等新兴领域保持着浓厚的兴趣。例如,他早期发明的会下象棋的计算机,是今天IBM“深蓝”的远祖。

香农逝世于2001年2月24日,享年84岁。逝世之后,人们在他的住处整理出无以数计未完成的手稿和发明。在香农身上,充满激情的好奇心与杰出的大脑结合得如此完美,我们至今仍对此惊叹不已。的确,“忒修斯”不仅仅是人工智能的典范,它也是人类智慧的化身,这种智慧使得把世界数字化成为可能。

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