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夏農誕辰│科學史上的今天:4/30

21 歲所寫的碩士論文在相關技術尚未問世之前就預先「發明」了現代電腦;32 歲又憑一己之力發明一門前所未有且影響深遠的科學──資訊理論,而且內容完整,立即可用。他將密碼學從藝術變為一門科學,他率先示範了人工智慧的可能。除了「天才中的天才」,還能怎麼形容這位「資訊理論之父」夏農?!

夏農以數學和電機雙學位自大學畢業後,即進入 MIT 跟凡納爾.布希(Vannevar Bush)做研究,研究題目自然是布希教授發明的「微分分析儀」;這是史上第一台可以解微分方程式的類比式計算機,用了大量的繼電器與齒輪等機械。夏農很快就看出繼電器彼此之間真正傳遞的並不是電,而是開或關的狀態,他立即想到大學所學的布爾代數恰可用來描述整個迴路(開、關分別用 1 與 0 表示,串聯與並聯則分別是and、or),再配合二進位算術,就可以執行各種複雜的數學運算。

他在 1937 年將整個構想寫成碩士論文,儘管當時電晶體還沒發明,但夏農揭櫫的邏輯電路與二元運算已勾勒出數位電腦的藍圖。無獨有偶,圖靈前一年才發表可程式化的通用型計算機概念,兩人的研究像是先知的箴言,指示後人如何進行電腦革命。二次大戰期間,他們二人也都是負責通訊加密/解密的工作,因而有機會見面交流,只是受限於保密規定,兩人討論的反而主要是人工智慧。

事實上,正是對於密碼學的研究啟發了夏農對資訊理論的看法。1948 年他發表《通訊的數學理論》,資訊理論就這麼石破天驚地問世!文中處處嶄露他異於常人的洞見,例如當工程師抓破腦袋想著如何抑制雜訊,他卻說無須消除雜訊;當數學家想著如何去除冗餘的字元以提高通訊效率,他卻說冗餘正是克服雜訊之道;當大家都認為至少訊息原始的完整意義絕不能被犧牲,他卻說訊息的意義在通訊過程中無關緊要。他甚至還神來一筆地借用熱力學中熵的概念與計算公 式,令主觀抽象的資訊得以量化。

夏農還是人工智慧的先驅。他在 1950 年發表論文討論如何讓電腦下西洋棋,還發明了會自我學習走迷宮的機械老鼠,成為第一台人工智慧裝置的雛形。1961 年,夏農為了挑戰拉斯維加斯的賭場,還做了世界上第一台隱藏式的穿戴式電腦。

如今,電腦與各種數位產品中的處理器無不運用夏農規劃的布爾代數與二元運算;而語音通訊、資料傳輸與資料壓縮更是因為他的資訊理論才得以實現,我們才能講電話、上網、聽音樂、看影片。難怪有人如此比喻夏農的貢獻:

「就像是形容發明字母的人對文學有多大的影響。」

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。


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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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