信息论之父—香农范文
- 格式:doc
- 大小:31.50 KB
- 文档页数:8
目录摘要: (1)Abstract: (2)前言 (3)一、信息的度量 (4)二、平均互信息 (6)三、连续信道 (9)四、无失真信源编码 (10)五、总结 (12)参考文献: (13)香农信息论的基本理论探究【摘要】:信息是自从人类出现以来就存在于这个世界上了,天地万物,飞禽走兽,以及人类的生存方式都离不开信息的产生和传播。
人类每时每刻都在不停的接受信息,传播信息,以及利用信息。
从原来的西汉时期的造纸,到近代西方的印刷术,以及现在的计算机,信息技术在人类历史的进程当中随着生产力的进步而发展。
而信息理论的提出却远远落后于信息的出现,它是在近代才被提出来而形成一套完整的理论体系。
信息论的主要基本理论包括:信息的定义和度量;各类离散信源和连续信源的信息熵;有记忆、无记忆离散和连续信道的信道容量;无失真信源编码定理。
【关键字】:平均自信息信道容量信源编码霍夫曼码Shannon, the basic theory of information theory study Student majoring in Information and Computing Sciences LilongTutor Yu JiajuAbstract:Since the human being come out, the information has been existence in the world. The universe, birds and beasts, and the live style of the mankind all can’t live out of the production and transmission of the information. The human being receives the massage, transmits the information and uses the information all the time. From the papermaking in the Western Han Dynasty to the printing of the west, and the computer now, the information technology in human history developed with the productive forces. But Information Theory’s appearance is far behind the emergence of the information. It is raised in modern times and formed a complete theoretical system. The main basic theory of information includes: the definition and measurement of information; the all kinds of discrete and continuous source of information entropy; channel capacity of memorial, memory of discrete and continuous channels; lossless source coding theorem.Keyword:The average self-information Channel capacity Source Coding Huffman code前言信息论的理论定义是由当代伟大的数学家美国贝尔实验室杰出的科学家香农在他1948年的著名论文《通信的数学理论》所定义的,它为信息论奠定了理论基础。
香农生平读后感读完香农的生平,就像是经历了一场超级酷的科技冒险之旅。
香农这个人啊,简直就是个天才中的天才。
他就像一个神秘的魔法师,在信息的世界里挥舞着魔杖。
你想啊,在他之前,信息就像是一团乱麻,人们可能知道这里有点信息,那里有点消息,但是完全不知道怎么去把这些信息给捋顺了。
香农一出现,就像是给这个混乱的信息宇宙带来了秩序。
他搞出的信息论,乍一听,感觉特别高大上,离我们普通人很遥远。
但其实呢,就好比他给信息这个调皮的小怪兽做了个笼子,还告诉大家这个笼子怎么搭,怎么把信息关进去,又怎么能让信息在笼子里乖乖听话。
比如说我们现在每天都在用的手机、电脑,信息在这些设备里跑来跑去,没有乱套,很大程度上就是香农的功劳。
要是没有他的理论,估计我们的手机就会变成一个乱发信号、接收乱七八糟东西的“捣蛋鬼”。
香农的一生也特别有趣。
感觉他就像一个永远充满好奇心的小孩,对什么都感兴趣,而且还特别执着。
他在研究的时候,肯定就像一个探险家在未知的丛林里探索,每发现一个新的理论或者原理,就像是找到了宝藏一样。
他不在乎这个过程有多艰难,就一门心思地想要解开信息的奥秘。
从他的生平里,我还感受到一种特别纯粹的热爱。
他不是为了出名或者赚钱才去研究信息论的(虽然他最后确实很出名啦),他就是单纯地对信息这个东西着迷。
这种热爱就像一团火,能够燃烧掉所有的困难和阻碍。
我就想啊,要是我在生活中也能像他一样,对自己喜欢的事情有这么强烈的热爱和执着,那得多酷啊。
而且香农还特别低调呢。
他不像有些科学家,有点成果就到处宣扬。
他就默默地在自己的小天地里做研究,等成果出来了,就像一颗炸弹一样,在科学界引起了巨大的轰动。
这就好比一个武林高手,平时都在深山里闭关修炼,一出来就震惊江湖。
读完他的生平,我觉得自己看待这个世界都有点不一样了。
现在看到手机上的信号格、网络的图标,就会想起香农这个大神。
他就像一个灯塔,在信息的海洋里给后来的人照亮了道路。
我也明白了,一个人的奇思妙想真的可以改变整个世界,只要他有足够的智慧、热爱和执着。
码农⿐祖—⾹农宽带、⼿机信号都是基于他的理论研究出来的。
他参与研究的⾹农-韦弗定律⼜是传播学的经典。
凡此种种,我们不禁感叹他作为⼈类智慧的极致,所以,向⼤佬献上膝盖。
克劳德·艾尔伍德·⾹农克劳德·艾尔伍德·⾹农(Claude Elwood Shannon ,1916年4⽉30⽇ - 2001年2⽉24⽇)是美国数学家、信息论的创始⼈,是世界上第⼀个使⽤bit这个词的⼈。
克劳德·艾尔伍德·⾹农和约翰·冯·诺依曼、霍华德·艾肯、艾伦·麦席森·图灵等计算机⿐祖是同时代⼈。
The best is yet to come. We've only scratched the surface. Computers can only dowhat we tell them now, but it will be different in the future.--- Claude Elwood Shannon劳德·艾尔伍德·⾹农 1916年4⽉30⽇出⽣于美国密歇根州的 Petoskey,是爱迪⽣的远亲。
1936年毕业于密歇根⼤学并获得数学和电⼦⼯程学⼠学位,毕业后去⿇省理⼯学院(MIT)范内⽡·布什(Vannevar Bush)名下从事模拟计算机⽅⾯的研究。
⾹农的⿇省理⼯学院硕⼠论⽂《继电器与开关电路的符号分析》(A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits),被称为20世纪最重要的论⽂。
在这篇论⽂中,22岁的⾹农展⽰了如何利⽤继电器和开关的电⼦电路来实现19世纪数学家乔治布尔的逻辑代数。
将布尔代数的「真」和「假」和电路系统的「开」和「关」对应起来,⽤「0」和「1」表⽰。
1940年获得⿇省理⼯学院(MIT)数学博⼠学位和电⼦⼯程硕⼠学位。
以研发为乐,他是现代信息论之父最近读了一本James Gleick的科学史著作《信息:一段历史、一个理论、一股洪流(The Information: a history, a theory, a flood)》,突然发现,今年的4月30日是被誉为现代信息论之父──克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)的百岁冥诞;这位是数学家也是电子工程师的前辈,生平故事令人难忘。
不同于这几年我们总在新闻媒体上看到,因为有不错的点子而被创投看上、幸运获得一大笔资金创业的刚出校园年轻人,香农真正是个“天才”;他曾打造一套训练用计算机销售给想要学习如何使用的商人,但他其实从来没有创办过公司、也不曾靠“一招半式”大赚一笔。
香农丰富的构想不只对计算机与通讯领域影响深远,也对分子遗传学(molecular genetics)等其他科学研究领域有所启发。
香农在电子与通讯领域最为人所知的成就,是1949年出版、由1948年发表之《通信的数学理论(Mathematical Theory of Communication)》论文所延伸的同名著作;该理论对信号处理的基础限制提出了因应之道,并提及压缩数据与进行可靠的储存、通信。
而香农所带来的影响,几乎遍及当代运算与通信技术的各个方面。
笔者第一次认识香农这个名字以及他的学术成果,是在大学的电子工程与信息科学课堂上;当时英特尔(Intel)才刚发布4040系列处理器,我们当时正致力于利用香农的噪声干扰信道编码定理(noisy channel coding theorem),找出最适合其中信息不易与噪声区分的某个信号之纠错方法以及压缩程度。
不过在我读过上述的Gleick著作,我才知道香农的信息论有多大的影响力,以及香农在开发自然语言处理技术、密码学、神经生物学、分子遗传学、量子运算以及图形侦测(pattern detection)等等众多研究领域所扮演的关键角色。
数字时代之父克劳德·申农--------------------------------------------------------------------------------克劳德·艾尔伍·申农因病久治不愈而于年初去世,他是创造了信息时代的巨人之一。
约翰·冯诺伊曼和阿伦·图灵等人发明了计算机,让信息处理成为可能,而克劳德·申农则提出了现代的信息概念。
如果高科技行业仿照拉什摩尔山雕筑四大伟人的头像的话,克劳德·申农定会出现在其中。
完整的信息论科学肇始于申农1948年发表的一份论文,时年32岁的申农是贝尔实验室的一名研究员。
文中,他说明了怎样定义并准确量化一度还很模糊的信息概念,指出了各种信息媒介之间必然的联系:文字、电话信号、无线电波、影像等等通讯交流方式,都能够编码为一种二进制的通用语言——比特,这也是“比特”(bit)一词第一次出现在文字上。
申农认为,信息一旦数字化,将实现无差错的传输。
申农在概念上实现的巨大飞跃直接引致了CD技术的发展和成熟,他所描绘出的是一幅“数字时代的蓝图”。
发现的乐趣, 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。
《信息论与编码论文》学院:信息科学与工程学院班级:电子0902班学号:20092712姓名:张延相信息论发展简史与信息科学信息论从诞生到今天,已有五十多年历史,现已成为一门独立的理论科学,回顾它的发展历史,我们可以知道理论是如何从实践中经过抽象、概括、提高而逐步形成的。
1.信息论形成的背景与基础信息论是在人们长期的通信工程实践中,由通信技术和概率论、随机过程和数理统计相结合而逐步发展起来的一门学科。
人们公认的信息论的奠基人是当代伟大的数学家、美国贝尔实验室杰出的科学家香农,他在1948年发表了著名的论文《通信的数学理论》,为信息论奠定了理论基础。
近半个世纪以来,以通信理论为核心的经典信息论,正以信息技术为物化手段,向高精尖方向迅猛发展,并以神奇般的力量把人类社会推入了信息时代。
随着信息理论的迅猛发展和信息概念的不断深化,信息论所涉及的内容早已超越了狭义的通信工程范畴,进入了信息科学领域。
通信系统是人类社会的神经系统,即使在原始社会也存在着最简单的通信工具和通信系统,这方面的社会实践是悠久漫长的。
电的通信系统(电信系统)已有100多年的历史了。
在一百余年的发展过程中,一个很有意义的历史事实是:当物理学中的电磁理论以及后来的电子学理论一旦有某些进展,很快就会促进电信系统的创造发明或改进。
这是因为通信系统对人类社会的发展,其关系实在是太密切了。
日常生活、工农业生产、科学研究以及战争等等,一切都离不开消息传递和信息流动。
例如,当法拉第(M.Faraday)于1820年--1830年期间发现电磁感应的基本规律后,不久莫尔斯(F.B.Morse)就建立起电报系统(1832—1835)。
1876年,贝尔(A.G.BELL)又发明了电话系统。
1864年麦克斯韦(Maxell)预言了电磁波的存在,1888年赫兹(H.Hertz)用实验证明了这一预言。
接着1895年英国的马可尼(G.Marconi)和俄国的波波夫(A.C.ΠoΠoB)就发明了无线电通信。
■文/柳 堤 李 政 王国强从原始的谈话到后来的书面文字,人们的生活需要通信。
19世纪电报、电话出现以后,人类进入“电通信”时代,通信发生了根本性的变化,通信速度如“闪电”一样实时,通信空间可跨越高山大河、沙漠海洋。
随着通信技术的快速发展和第二次世界大战的迫切需求,人们期待用一种理论来统一解释通信工程中取得的各种成果,并解决通信工程中的可靠性和有效性等问题。
通信的可靠和高效是一对相互矛盾的现实要求,但可靠往往是第一位的,信息论就是在这样的背景下开启了这两个方面的定量研究。
通信定量关系的建立通信问题的定量研究就是用数学方法建立一个模型,找出最基本的定量关系。
香农认为,各种通信形式其过程可分为信源、发送器、信道、接收器和信宿等5个部分,通信的基本问题可归结为精确地或近似地在接收端重现发送端的消息(message )。
为使通信的问题得到进一步简化,香农忽略了消息的具体内容,只考虑其形式,把通信中存在的语义问题和技术问题进行区别,从而得到了通信的一系列数学结论。
1948年,香农在《贝尔系统技术学报》上分两期发表了论文《通信的数学理论》,标志着现代信息论的正式诞生。
我们已经生活在一个数字时代,无论是量子信息、人工智能、大数据、区块链等前沿科技创新领域,还是网络、电脑、电话、手机等人们的日常生活工具,甚至是社区、城市、国家治理,数字化无处不在。
数字领域的出现重新定义了我们创新、交流和体验世界的方式,这一切都可追溯到美国数学家香农(Claude E. Shannon)的信息论,可以说在我们所使用的电子设备中都留下了它的足迹。
●信息的数学定义在此之前,人们认为通信过程与电力工程本质上是一样的,信源发出的消息可看作一种能展开成傅里叶级数或者傅里叶积分的时间函数。
但是,香农认为信源发出的消息应该看成随机序列。
例如,英文电报出现的消息可视作在字母表中一次一个地挑出字母(包括空格),字母出现的概率不相等,而后面字母出现的概率受前面字母的影响而发生变化。
香农的贡献及其对后世的影响——香农百年诞辰纪念关键词:香农 信息论张卫国1 高新波1 蒋洪波2 1西安电子科技大学2华中科技大学克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shan-non)生于1916年,卒于2001年。
今年是香农诞辰一百周年。
为了纪念这位伟大数学家和信息论的创始人,我们以香农的生平为线索,介绍他不平凡的一生和他对世界的影响。
香农于1916年4月30日诞生于美国密歇根州(Michigan)皮托斯基(Petoskey)的盖洛德(Gaylord)小镇。
孩童时代的香农性格比较内向,没有任何迹象能够表明他未来会是一位伟大的科学家。
香农的父母在科学方面对香农似乎没有产生多大的影响,但香农的祖父是一位发明家,发明过许多农业机械和洗衣机,对香农在科学研究方面的影响比较深远。
大发明家爱迪生(Thomas Alva Edison)是香农的远房亲戚,也是香农孩童时代的偶像。
中学时代的香农兴趣爱好广泛,参加了镇上的乐队,是中音萨克斯号吹奏者。
那时的香农对各类机械装置非常感兴趣,对这些装置如何运转具有很强的好奇心。
1932年,16岁的香农从盖洛德高中毕业,进入密歇根大学学习,并于1936年同时获得数学学士学位和电子工程学士学位。
在数学和工程领域中的双重兴趣一直贯穿于他的整个职业生涯。
大学毕业后的香农在麻省理工学院注意到公告栏上张贴的招聘操作微分分析仪助理研究员的广告。
香农申请到这个职位,并在职攻读硕士学位。
香农为什么申请这个职位呢?这源于他对布尔逻辑维持一生的兴趣。
当时的微分分析仪其实是一种早期的模拟计算机,它通过上百个继电器组成的结点电路控制运算,可以求解高阶微分方程。
香农在密歇根大学时,曾学过符号逻辑和布尔代数,这成为人物传记他后来研究二元系统的数学理论基础。
中国人早就注意到二元现象的普遍性,并发展出阴阳哲学体系。
但遗憾地是,中国人从未用数学的观点去形式化描述二元现象,把对这一对象的认识模糊在玄学,而非精确在科学。
信息论及其应用摘要信息论是在人们长期的通信工程实践中,由通信技术和概率论、随机过程和数理统计相结合而逐步发展起来的一门应用数学学科,能够运用概率论和数理统计的方法来研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题。
本文主要介绍信息论的一些基本知识以及它在数据压缩、密码学、统计及信号处理中的应用。
关键字:信息论三大定律应用一信息论的产生及发展信息论是20世纪40年代由当代伟大的数学家、美国贝尔实验室杰出的科学家香农提出的,他在1948年发表了著名的论文《通信的数学理论》,为信息论奠定了理论基础。
信息论有狭义和广义之分。
狭义信息论即香农早期的研究成果,它以编码理论为中心,主要研究信息系统模型、信息的度量、信息容量、编码理论及噪声理论等。
广义信息论又称信息科学,是以信息为主要研究对象,以信息及其运动规律为主要研究内容,以信息科学方法论为主要研究方法,以扩展人的信息器官的功能为主要研究目标的一门新兴的横向科学。
它把各种事物都看作是一个信息流动的系统,通过对信息流程的分析和处理,达到对事物复杂运动规律认识的一种科学方法。
它的特点是撇开对象的具体运动形态,把它作为一个信息流通过程加以分析。
信息论与编码研究的是整个通信的最基本的问题,可以说信息论是我们专业的大纲,从香农1948年发表《通信中的数学原理》到现在60余年的时间,信息论对整个行业的发展有着不可替代的指导意义。
信息论中最著名的是香农的四大定理(国内一般称三大定理),第一定理信源编码定理,是解决通信中信源的压缩问题,也是后来图像和视频压缩的基本定理;第二定理信道编码定理,是解决通信中数据能够在特定信道中传输的最大值的问题,即最大数据速率小于信道容量,容量问题是通信中研究最活跃的问题之一;第三定理有损信源编码定理解决了在允许一定失真的情况下的信源编码问题,比如jpeg图像编码,mp3音频编码,都是有损的编码,其都是在香农第三定理的界之下得出的;第四定理信源信道分离定理,解决了信源编码和信道编码能够分开来解决的问题,所以现在做信源编码的可以是一部分人,做信道编码的可以是另一部分人。
香农信息论及数字通信之父数字通信和信息论的发展是当代科技进步的重要标志,而这两项领域的基石可以追溯到同一个人——克劳德·香农博士。
作为“信息论之父”,香农博士的理论和发现为现代数字通信技术铺平了道路。
克劳德·香农(Claude Shannon)是二十世纪最杰出的数学家和工程师之一。
他在1948年发表了一篇具有里程碑意义的论文“A Mathematical Theory of Communication”(通信的数学理论),标志着信息论的诞生。
在这篇论文中,他首次提出了一系列有关信息量、熵、数据压缩和错误纠正的基本概念,为后续的数字通信奠定了基础。
香农博士的信息论主要围绕三个核心概念:信息量、熵和数据压缩。
信息量是用来衡量信息的不确定性的量度,熵则是信息量的期望值。
这两者之间的关系揭示了信息的不确定性和随机性之间的。
而数据压缩则是利用这种不确定性进行的,通过更有效的编码方式,可以在不失真的情况下压缩数据的大小。
香农博士的工作不仅对通信理论产生了深远影响,还对实际应用产生了重大影响。
他的理论为现代数字通信技术的发展提供了指导,包括数字、数字电视、数字音频、网络通信和数据存储等。
同时,他的理论还为密码学和信息安全提供了基础,促进了现代加密技术的发展。
香农的信息论是现代通信和信息科技的基础,他的理论已经影响了我们生活的方方面面,从我们手中使用的手机到云计算技术,再到物联网设备,都离不开香农的信息论。
他被公认为数字通信和信息论的奠基人,对于当代科技的发展做出了无法估量的贡献。
香农博士不仅是一位伟大的科学家,他还是一位极富创新精神的工程师。
他的工作精神激励着一代又一代的科学家和工程师去探索、去创新,为人类的科技进步做出了卓越的贡献。
克劳德·香农博士的信息论是现代数字通信技术的基石,他的理论和工作对当代科技的发展产生了深远的影响。
他被誉为“信息论及数字通信之父”,对于人类科技进步的贡献无法估量。
32岁成信息论之父,成就比肩牛顿,却称自己在浪费时间做无用功天不生香农万古如长夜在通信领域有个“罕见的科学天才”,他视爱迪生为偶像、成就比肩牛顿,与爱因斯坦一样站在神坛之上......克劳德·香农(Claude Shannon)但比起改变世界,他更热爱自己所热爱的,毕竟,生活就像一盒巧克力,如果永远不知道自己会得到什么,还不如一直做自己喜欢的事情。
从小就一路开挂的天才少年1916年4月30日,克劳德·香农出生于美国密歇根州的一个高知识分子家庭,爸爸是一名法官,母亲是一位中学的校长,爷爷是美国第407130号专利的发明家。
除此之外,香农还有一个深藏不露的远方亲戚——爱迪生。
或许是得益于家族优秀的基因,香农从小就热衷于发明,无论是将带刺的铁丝网围栏用作电报线,还是搭建谷仓里的临时升降机,亦或是制作自家后院里的手推车,都是他的得意杰作。
8岁时,当其他孩子还在背“小九九”口诀时,香农已经屁颠屁颠地帮上大学的姐姐做高数题了。
香农的姐姐是密歇根大学里数一数二的优等生,平时经常跟香农一起玩猜数学谜题游戏。
WTF!更厉害的是,不满14岁的他去参加某项机械比赛,赛中竟然无师自通,利用身体传递莫尔斯电码,并轻松拿下了中级摇摆通信比赛第一名。
高中时,或许是觉得读书太简单了,香农直接高中毕业,16岁便进入了密歇根大学。
但他因为不确定自己最喜欢哪个专业,只好选择去攻读数学和工程学。
香农说,“这其实很容易,因为许多课程的内容都相互交叉。
我认为只需要额外修两门课和暑期学习,就可以拿到两个专业的学位。
”于是,一年后,17岁的香农便在《美国数学月刊》第191页上发表了第一篇学术作品,正式在数学界崭露头角。
后来一次偶然的机会,他得知一份帮助建立“机械大脑”的邀请函,在这里,他遇到了第一个发现他潜资的人生导师——范内瓦·布什。
布什在二战中主导美国军事科学研究计划,并成为了第一位总统科学顾问。
范内瓦·布什Vannevar Bush这也意味着,香农可以一边攻读MIT(麻省理工学院)的硕士学位,一边跟随布什做研究,顺便担任微分分析仪助理研究员。
信息论之父香农,20世纪伟大的科学家,一个理论改变了一个时代信息论的奠基之作1687年7月5日,牛顿的《自然哲学的数学原理》首次出版发行,引爆了整个学术圈,从此奠定了他的江湖地位,而这本书也奠定了现代科学的范式。
1948年,香农发表了一篇英文名为《A Mathematical Theory of Communication》的论文,翻译过来就是《通信的一个数学原理》,这篇论文引起了巨大的轰动。
要知道一篇专业的学术论文被引用1000次已经是非常了不起了,而香农的这篇文章至今已经达到了110536次,可见其在学术圈的江湖地位。
几年后,这篇论文要成书发行,已经更名为《The Mathematical Theory of Communication》,翻译过来就是《通信的数学原理》。
这就意味着它已经被认为是信息论的奠基之作,这就好比《自然哲学的数学原理》在物理学界的起到的作用,而香农之于信息论,就像牛顿之于物理学。
那这个香农是何许人?今天,我们就来聊一聊:香农和他的《通信的数学原理》。
震惊世界克劳德·艾尔伍德·香农1916年出生于美国密西根州的盖洛德镇。
当时正值电气时代蓬勃发展,电报十分发达,不过电话还尚未普及,电话的价格还相对比较昂贵。
于是,很多人把牧场的刺铁丝网彼此相连,并自己安装电话送话器,在很小的范围内实现了通话。
香农就是在这样的氛围下长大的,他从小就喜欢发明和玩耍,尤其爱摆弄一些机械装置,他尤其钟爱摩尔编码,常常利用编码发送讯息。
后来,16岁的他进入了密歇根大学就读电气工程和数学。
1936年,20岁的香农辗转来到麻省理工学院作为研究助理,跟随当时的工程院院长万内瓦尔·布什。
那个时候,香农主要做的是操作一台数百吨重的机器,这台机器叫做:微分分析机。
在每天繁复的工作中,香农发现:机器中开关的切换,本质上并不是在传输电流,而是在传输状态。
或者说,也可以理解成是在传输一个事实,或者一个信息。
香农信息论第二次世界大战期间跨学科研究繁盛,这种理论上的相得益彰对于创造信息技术的新浪潮来说,意义重大。
影响最为深远的科学突破之一是香农的信息论,它是我们今天对于传播的主要理解的基础,特别是新的传播技术的设计基础。
信息概念,作为信息的普遍测度标准的比特,以及从香农工作中衍生出来的传播模式,使得我们能够以一种在香农之前不可能存在的方式分析传播系统。
在传播学中,信息是一个中心概念,而香农的信息论成为传播学的根本范式。
什么是信息论信息以某种非同一般的方式运作。
一般来说,当它被有选择地分享时,它的价值就增加。
它不会因为使用而贬值,尽管它可以过时。
最为奇特的是,你可以在不放弃信息的情况下将其分发。
因此,它与货币或其他形式的能源,或物质在本质上截然不同。
香农的信息概念建立在热力学熵的等式的基础上,并将信息的测度单位定为比特。
比特的一个重要优点是:它能够为范围极其广泛的“物质-能量”所使用。
香农的传播模式香农为贝尔实验室工作,它关注传播系统,特别是电话系统的越来越广泛的信道能力。
香农的最初目标是简单的:改进受电子干扰,或噪音影响的电报或电话线上的信息传递。
他断定,最好的解决方法不是改进传递线路,而是更有效地包装信息。
1984年香农的两篇论文提出了一系列以数学形式表达的定理,涉及到一个讯息从一个地方向另一个地方的传递。
香农也阐述了传播所涉及的主要因素:信源、讯息、发射器、信号、噪音、接受到的信号、接受器和信宿。
香农的整体理论贡献被普遍称为信息论,尽管香农将之称为“传播的数学理论”。
传播被定义为“一个过程,通过这个过程,一个人的思想影响另一个人”。
因此,它被看做是有意图的。
在其著作《传播的数学理论》中,韦弗和香农都提供了一种同样的线性传播过程模式(信源、讯息、发射器、信号和噪音等)。
以其最简单的形式来说,这个模式表达了一种线性的、从左到右的传播概念。
传播学学者用它来关注传播效果,特别是大众传播的效果,尽管香农的意图是要解释传递讯息的信道能力,而不是它的效果。
信息论文信息论是一门研究信息传输和处理的学科,它的理论基础是数学和统计学。
由于信息论的内容复杂且抽象,下面将尽可能用简洁的语言进行解释。
信息论起源于1948年,克劳德·香农发表了一篇名为《通信的数学理论》的论文,这一论文被认为是信息论的奠基之作。
信息论研究的主要问题是如何在存在噪声的情况下,最大限度地传输信息,并如何对信息进行编码和解码。
在信息论中,信息的基本单位是比特(bit)。
比特是指信息的最小单位,表示一个二进制的选择,即0或1。
信息的传输可以通过信道进行,信道可以是声波、光波或电波等。
信息在传输过程中经常会受到噪声的干扰,这会导致信息的失真或丢失。
信息论通过概率和统计的方法,研究如何在噪声的干扰下,准确地传输信息。
编码和解码是信息论中的核心概念。
编码是将信息转换为比特的过程,解码是将比特转换为原始信息的过程。
为了提高信息传输的可靠性和效率,人们研究了许多编码和解码方法。
其中,最著名的编码方法是香农提出的香农编码,它可以实现信息的无损压缩。
无损压缩是指在编码和解码的过程中,不丢失任何信息。
此外,信息论还研究了信息的熵(entropy)和信息的容量(capacity)。
信息的熵是指信息的平均不确定性。
在信息论中,“信息”的概念与我们平常所说的“有用信息”有所不同。
信息的容量是指在给定的信道条件下,能够传输的最大信息量。
信息的容量取决于信道的特性,如噪声水平和带宽等。
信息论的应用十分广泛,涵盖了通信、数据压缩、密码学、统计学等多个领域。
在通信领域,信息论的理论提供了许多优化通信系统的方法,如调制和编码技术。
在数据压缩领域,信息论的理论可以通过去除冗余信息来实现数据的高效存储和传输。
在密码学领域,信息论的理论可以帮助人们设计更安全的加密算法。
总结起来,信息论是一门研究信息传输和处理的学科,它通过概率和统计的方法,研究如何在存在噪声的情况下,最大限度地传输信息。
信息论的核心概念包括编码、解码、熵和容量。
在30岁出头的时候,他仅用两篇论文解决了许多悬而未决的问题,阐明了通信的基本问题,给出了通信系统模型,提出了信息量数学表达式、解决了信道容量、信源统计特性、信源编码、信道编码等一系列基本技术问题。
他提出的信息论向各个学科发起了冲击,最终的研究规模像雪球一样越滚越大,几乎触及了一切领域,他,就是人称信息学创世神的克劳德·艾尔伍德·香农。
我们现在能用滴滴打车、能刷手机听歌追剧,都欠香农一声感谢。
作为信息学开创者,这个信息时代的一切科技——近到电脑、手机,远到5G、AI、大数据都通通离不开他的理论。
有人这样形容香农,作为信息学的创世神,在创世之日就宣布了这个学科的终点。
后来者的努力,无异于在他的前沿理论上做脚注,并一遍遍地证明他说得没错。
缘起于专业的“双修”1916年4月30日香农出生在美国密歇根州的小城盖洛德。
比起传奇的后半生,他的童年略显平凡,除了爱鼓捣机械之外平平无奇。
他的父亲沉迷社交,一天下来都没有什么时间照顾他,所以小香农就和小伙伴们自由地搜罗大人们不要的机械器材。
小香农就靠着这些捡来的零件,在邻居家的谷仓搭了一台升降机。
照这样下去,小香农本该成为一个草根发明家,但好在他还有个姐姐。
她姐姐有事没事就爱找小香农解数学题,小香农自然就对数学产生了浓厚的兴趣。
等香农上了大学,再也没有人能阻止他对机械的向往了。
他踏上了同时攻读数学和工程学两个专业的旅程,当时的专业划分没现在这么细,工程学和数学更像是针尖对麦芒:数学以抽象为美,工程学则是以应用为前提,因此两边谁也看不惯谁。
这让香农在年仅20岁时就成了另类的“双修选手”,并前往麻省理工学院师从范内瓦·布什攻读电子工程学硕士。
正是在布什的引导下,香农逐渐成为“一人开创一学科”的天才。
而布什这位老师比香农还狠,仅学位就有6个。
参加过一战的布什,当时正奉命研发更先进的计算机,用于美军轰炸机瞄准和火力控制系统。
相比现代计算机而言,当时的计算机不仅算得慢,而且只能计算特定的问题。
分类号:B J E光明日报/2001年/04月/04日/第C04版/通信世界走近信息论之父 香农博士杨贝2001年2月24日,当代最伟大的数学家和贝尔实验室最杰出的科学家之一,84岁的香农(C l a u d e E l w o o d S h a n n o n)博士不幸去世。
香农1916年生于美国,1940年获得麻省理工学院数学博士学位和电子工程硕士学位。
1941年他加入了贝尔实验室数学部,在此工作了15年。
1948年6月和10月,由贝尔实验室出版的 贝尔系统技术 杂志连载了香农博士的文章 通讯的数学原理 ,该文奠定了香农信息基本理论的基础。
他在文中用非常简洁的数学公式定义了信息时代的基本概念:熵。
在此基础上,他又定义了信道容量的概念,指出了用降低传输速率来换取高保真通讯的可能性。
这些贡献对今天的通信工业具有革命性的影响。
熵 的概念起源于热力学,是度量分子不规则热运动的单位。
香农的伟大贡献在于,利用概率分布的理论给出 熵 的严格定义。
根据香农的定义,确定发生的事件如 太阳从东边升起 与确定不发生的事件如 太阳从西边升起 ,其熵都是零。
只有当发生与不发生的概率相同时,事件的熵才达到极大。
在熵的基础上定义的信道容量也是通讯中一个至关重要的概念。
由此,香农推出了一个公式,明确表达了在不同噪声情况下传输速率与失真的定量关系。
从这一个公式导出的为达到无失真通讯的传输速率的极限,现已称为香农极限。
打个比方来说,在周围干扰严重的情况下,要想使对方听清楚,你就只有慢慢地讲,甚至还要不断重复。
如今,这两个原理已广泛应用于信息处理和实际通信中。
由于熵表达了事物所含的信息量,我们不可能用少于熵的比特数来确切表达这一事物。
所以这一概念已成为所有无损压缩的标准和极限。
同时,它也是导出无损压缩算法做达到或接近 熵 的编码的源泉。
像现在人们在P C机上常用的W i n Z i p就是一个例子。
在数字通讯中,各种语音信号在用数学模型提取参数(有损压缩)后也要对参数进行熵编码做无损压缩,这一无损压缩过程的算法就是根据熵的概念及其公式导出的。
香农生平读后感香农啊,那可是个超级厉害的人物!读完他的生平,就像是打开了一扇通往神奇世界的大门,而且是那种充满智慧密码的世界。
最开始知道香农是因为他在信息论方面的巨大贡献,可当真正深入了解他的生平,才发现他简直就是个科学顽童。
他从小就对各种机械啊、电子设备之类的东西感兴趣,感觉他的小脑袋里就像装了个永远不会停止运转的小马达。
这让我想到自己小时候,对啥新鲜玩意儿也好奇,但也就是好奇个表面,人家香农可是一路深究下去,这差距就像天和地之间的距离一样大。
他在大学的时候就已经展现出了非凡的才华。
那些复杂的数学公式、物理原理,在他眼里可能就像我们看漫画书一样轻松吧。
我就纳闷了,同样是上学,为啥他能把那些知识玩得这么溜呢?他在研究信息论的时候,就像是在黑暗中独自摸索宝藏的探险家。
他得把以前看似毫不相干的知识,像什么通信、数学、逻辑等,全都糅合在一起,创造出一个全新的理论体系。
这就好比是把各种口味奇怪的食材,做成一道超级美味又独特的菜肴,一般人可没这个本事。
而且香农的生活态度也特别酷。
他不是那种只知道埋头在实验室里的书呆子,他也会玩一些很有趣的东西。
比如说他发明的那个会走迷宫的小老鼠,这可不是普通的小玩具,背后蕴含着他对智能和逻辑的深刻理解。
这就像他在严肃的科学世界里,给自己开了个小小的趣味玩笑。
我觉得这才是真正的大师,在专注于伟大事业的同时,还能保持一颗充满童趣的心。
香农的生平也让我感受到了坚持和创新的力量。
他的信息论刚出来的时候,肯定也有很多人不理解,就像一个新的物种突然出现在大家面前,大家都得花时间去接受。
但是他没有因为别人的质疑就放弃,而是继续深入研究,不断完善这个理论。
这要是换成我,可能别人说两句我就开始怀疑自己了。
他的这种创新精神,就像一把火,点燃了整个信息时代的发展之路。
现在我们生活在一个信息爆炸的时代,手机、电脑、互联网啥的,这背后都离不开香农的贡献。
总的来说,读完香农的生平,我就像被打了一针鸡血。
信息论之父—香农20世纪中叶,信息论、控制论、系统论等标新立异的新理论相继问世,有力地“晃动”着传统的科学框架。
克劳德·香农是一位美国数学工程师,作为信息论的创始人,人们认为他是20世纪最伟大的科学家之一。
他在通信技术与工程方面的创造性工作,为计算机与远程通信奠定了坚实的理论基础。
人们尊崇香农为信息论及数字通信时代的奠基之父。
确实,他对人类的贡献超过了一般的诺贝尔获奖者。
回顾20世纪的信息革命风暴,经他阐明的信息概念、连同“比特”这个单位已经深入人心,成为今天日常生活都离不开的词汇。
家庭背景克劳德·香农(Claude Elwood Shannon,1916-2001)1916年4月30日诞生于美国密西根州的Petoskey。
在Gaylord小镇长大,当时镇里只有三千居民。
父亲是该镇的法官,他们父子的姓名完全相同,都是Claude Elwood Shannon。
母亲是镇里的中学校长,姓名是Mabel Wolf Shannon。
他生长在一个有良好教育的环境,不过父母给他的科学影响好像还不如祖父的影响大。
香农的祖父是一位农场主兼发明家,发明过洗衣机和许多农业机械,这对香农的影响比较直接。
此外,香农的家庭与大发明家爱迪生(Thomas Alva Edison,1847-1931)还有远亲关系。
香农的大部分时间是在贝尔实验室和MIT(麻省理工学院)度过的。
在“功成名就”后,香农与玛丽(Mary Elizabeth Moore)1949年3月27日结婚,他们是在贝尔实验室相识的,玛丽当时是数据分析员。
他们共有四个孩子:三个儿子Robert、James、Andrew Moore和一个女儿Margarita Catherine。
后来身边还有两个可爱的孙女。
2001年2月24日,香农在马萨诸塞州Medford辞世,享年85岁。
贝尔实验室和MIT发表的讣告都尊崇香农为信息论及数字通信时代的奠基之父。
攻读学位1936年香农在密西根大学获得数学与电气工程学士学位,然后进入MIT念研究生。
1938年香农在MIT获得电气工程硕士学位,硕士论文题目是《A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits》(继电器与开关电路的符号分析)。
当时他已经注意到电话交换电路与布尔代数之间的类似性,即把布尔代数的“真”与“假”和电路系统的“开”与“关”对应起来,并用1和0表示。
于是他用布尔代数分析并优化开关电路,这就奠定了数字电路的理论基础。
哈佛大学的伽登纳(Howard Gardner)教授说,“这可能是本世纪最重要、最著名的一篇硕士论文。
”1940年香农在MIT获得数学博士学位,而他的博士论文却是关于人类遗传学的,题目是《An Algebra for Theoretical Genetics》(理论遗传学的代数学)。
这说明香农的科学兴趣十分广泛,后来他在不同的学科方面发表过许多有影响的文章。
在读学位的同时,他还用部分时间跟温尼法·布什(Vannevar Bush)教授进行微分分析器的研究。
这种分析器是早期的机械模拟计算机,用于获得常微分方程的数值解。
1941年香农发表了《Mathematical theory of the differential analyzer》(微分分析器的数学理论),他写道:“大多数结果通过证明的定理形式给出。
最重要的是处理了一些条件,有些条件可以生成一个或多个变量的函数,有些条件可使常微分方程得到解。
还给出了一些注意事项,给出求函数的近似值(不能产生精确值)、求调整率的近似值以及自动控制速率的方法。
”特殊癖好大家从照片上看,可能以为克劳德·香农是一位文质彬彬的书生。
事实上,他有许多爱好,特别令人难以置信的是香农可以熟练地玩一套杂技。
不是在舞台上,而是在日常生活中,例如在贝尔实验室的走廊里。
从MIT到香农宽敞的住宅只有几英里。
他的住宅里放满了各种乐器,诸如有5台钢琴、30多种其他乐器,从短笛到各种铜管乐器应有尽有。
童年时代,他热衷于装无线电收音机、练莫尔斯电报码、搞密码学等。
在Gaylord 上中学时他还当过Western Union 的信使。
在他的玩具室里,有一个杂耍杰作,由3个丑人一起玩11个环、7个球和5个棍子,通过钟表机构驱动。
可见当他还是孩子时就喜爱杂耍,香农的一生都迷恋于平衡与控制稳定性。
他的平衡兴趣与能力是十分有名的,一个脍炙人口的故事是他经常骑着独轮车(unbicycle)、手里抛着三个球来到贝尔实验室的大厅。
有时他还踩着高跷骑摩托,使同事害怕不已。
他发明过有两个座位的独轮车,不过恐怕没有人敢与他共享。
他还把独轮车造成偏离地心的,骑在上面忽高忽低,像鸭子行走似的。
他设计并建造了下棋机器、迷宫老鼠(左图)、杂耍器械以及智力阅读机。
下国际象棋的机器包括用3个指头能抓起棋子的手臂、蜂鸣器以及简单的记录装置。
他还建造了供孩子们到湖边玩耍的升降机,长约600英尺,设有座位。
这些活动表明了香农的主张,即好奇心比实用性对他的刺激更大。
他的名言是:“我感到奇妙的是事物何以集成一体。
”参加工作1941年香农以数学研究员的身份进入新泽西州的AT&T贝尔电话公司,并在贝尔实验室工作到1972年,从24岁到55岁,整整31年。
1956年他当了MIT的访问教授,1958年成为正式教授,1978年退休。
人们描述香农的生活,白天他总是关起门来工作,晚上则骑着他的独轮车来到贝尔实验室。
他的同事D. Slepian写到:“我们大家都带着午饭来上班,饭后在黑板上玩玩数学游戏,但克劳德很少过来。
他总是关起门来工作。
但是,如果你要找他,他会非常耐心地帮助你。
他能立刻抓住问题的本质。
他真是一位天才,在我认识的人中,我只对他一人使用这个词。
”香农与John Riordan一起工作,1942年发表了一篇关于串并联网络的双终端数的论文。
这篇论文扩展了麦克马洪(Percy A. MacMahon,1854-1929)1892年在Electrician上发表的论文理论。
1948年则创立了信息论(information theory)。
在漫长的岁月,他思考过许多问题。
除在普林斯顿高等研究院工作过一年外,主要都在MIT和Bell Lab度过。
需要说明的是,在二次世界大战时,香农博士也是一位著名的密码破译者(这使笔者想到比他大4岁的图灵博士)。
他在Bell Lab的破译团队主要是追踪德国飞机和火箭,尤其是在德国火箭对英国进行闪电战时起了很大作用。
1949年香农发表了另外一篇重要论文《Communication Theory of Secrecy Systems》(保密系统的通信理论),正是基于这种工作实践,它的意义是使保密通信由艺术变成科学。
信息理论1948年香农在Bell System Technical Journal上发表了《A Mathematical Theory of Communication 》。
论文由香农和威沃共同署名。
前辈威沃(Warren Weaver,1894-1978)当时是洛克菲勒基金会自然科学部的主任,他为文章写了序言。
后来,香农仍然从事技术工作,而威沃则研究信息论的哲学问题。
顺便提一句,该论文刚发表时,使用的是不定冠词A,收入论文集时改为定冠词The。
这篇奠基性的论文是建立在香农对通信的观察上,即“通信的根本问题是报文的再生,在某一点与另外选择的一点上报文应该精确地或者近似地重现”。
这篇论文建立了信息论这一学科,给出了通信系统的线性示意模型,即信息源、发送者、信道、接收者、信息宿,这是一个新思想。
此后,通信就考虑为把电磁波发送到信道中,通过发送1和0的比特流,人们可以传输图像、文字、声音等等。
今天这已司空见惯,但在当时是相当新鲜的。
他建立的信息理论框架和术语已经成为技术标准。
他的理论在通信工程师中立即获得成功,并刺激了今天信息时代所需要的技术发展。
香农考虑的信息源,产生由有限符号组成的词。
它们通过信道进行传输,每个符号开销有限的信道时间。
这里涉及到统计学问题,如果xn是第n个符号,它是由固定随机过程源xn产生的,香农给出一个分析信号误差序列的方法,它是传输系统固有的,可以通过设计相应的控制系统控制它。
在这篇论文中,香农首次引入“比特”(bit)一词,如果在信号中附加额外的比特,就能使传输错误得到纠正。
按照物理学的习惯,把电流单位叫做“安培”,如果给“比特流”一个单位名,那么叫做“香农”是比较合适的。
通信的数学理论是香农在数学与工程研究上的顶峰。
他把通信理论的解释公式化,对最有效地传输信息的问题进行了研究。
香农的文章立即被世界各国的通信工程师和数学家采用,大家详细地论述它、扩展它、完善它。
这个学科立刻繁荣起来,成为科学史上光辉灿烂的一页。
后来,香农感到由他扮演重要角色而开始与通信革命走得有些过远。
他写道:“信息理论可能像一个升空的气球,其重要性超过了它的实际成就”,真是大师的气魄。
熵的概念香农理论的重要特征是熵(entropy)的概念,他证明熵与信息内容的不确定程度有等价关系。
熵曾经是波尔兹曼在热力学第二定律引入的概念,我们可以把它理解为分子运动的混乱度。
信息熵也有类似意义,例如在中文信息处理时,汉字的静态平均信息熵比较大,中文是9.65比特,英文是4.03比特。
这表明中文的复杂程度高于英文,反映了中文词义丰富、行文简练,但处理难度也大。
信息熵大,意味着不确定性也大。
因此我们应该深入研究,以寻求中文信息处理的深层突破。
不能盲目认为汉字是世界上最优美的文字,从而引申出汉字最容易处理的错误结论。
众所周知,质量、能量和信息量是三个非常重要的量。
人们很早就知道用秤或者天平计量物质的质量大小。
然而,我们关于热、燃料、功与能的计量问题,迟至19世纪中叶,随着热功当量的明确和能量守恒定律的建立才逐渐清楚。
能量一词就是它们的总称,而能量的计量则通过“卡、焦耳”等新单位的出现而得到解决。
然而,关于文字、数字、图画、声音的知识已有几千年历史了。
但是它们的总称是什么,它们如何统一地计量,直到19世纪末还没有被正确地提出来,更谈不上如何去解决了。
20世纪初期,随着电报、电话、照片、电视、无线电、雷达等的发展,如何计量信号中信息量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“词”的问题。
如果各个符号出现的概率相同,而且是完全随机选取的,就可以得到DN个不同的词。
从这些词里取了特定的一个就对应一个信息量I。
哈特利建议用N log D这个量表示信息量,即I=N log D 。
这里的log表示以10为底的对数。
后来,1949年控制论的创始人维纳也研究了度量信息的问题,还把它引向热力学第二定律。