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在来麻省理工之前,香农已经发表了78篇学术文章。但从1958年到1974年,他仅发表了9篇文章。在接下来的10年里,克劳德·香农只发表过1篇论文,还是关于玩杂耍的。此后,在阿尔茨海默症的影响下,他被迫彻底结束了职业生涯。香农还曾经撰写过一篇关于魔方的文章,但从未发表。
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作为20世纪最有头脑的人之一,香农几乎停止了一切科研活动,反而开始玩起了玩具,这在麻省理工已经成为公开的秘密。保罗·萨缪尔森说:“有些人怀疑他得了抑郁症。”其他人则认为他的性格有些自闭,可能是一种病。
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数学家埃尔温·伯利坎普(Elwyn Berlekamp)说过:“不熟悉香农的人或许会简单地认为像他这样一位具有如此巨大影响力的人一定是一个超级推销员般的活跃分子,但事实并非如此。”
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香农是个害羞而谦恭的人,似乎并不懂得什么是嫉妒、怨恨或者野心。几乎所有认识香农的人都很喜欢他。他身高约1.78米,略瘦,面容姣好,衣着整洁。中年时代后期,他蓄起了整洁的胡须,这让他看起来更加与众不同。
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香农喜欢迪克西兰爵士乐。他能同时抛接4个球。他的手比一般人稍小一些,否则他能同时抛接5个球,对此他深感遗憾。香农说自己是无神论者,显然也不关心政治。除了他自己辩称关心政治外,在他的论文里我发现唯一能显示他政治情感的一点证据就是他针对水门事件所写的一首打油诗。
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大多时候香农手里都拿着一根铅笔。他在一摞摞白纸上写满了数学公式、线路图、演讲稿以及不打算发表的论文,还有些像是打油诗的韵律,以及一些只有他自己能看懂的古怪的内容。其中一页上记录的是他一系列的“一时兴起”。内容包括象棋、独轮车、杂耍、股票市场、宗谱、跑步、乐器、爵士乐以及“堕落至花街柳巷”。至于后者的确切含义,没有进一步解释,让人遐想无限。在一次采访中,香农曾深情地谈起他年轻时在滑稽戏剧院看到的舞者表演。
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在贝尔实验室工作时,香农曾因在走廊里骑独轮车而出名。按照克劳德·香农的个性,他并不只满足于骑独轮车。他必须要同时运用大脑和小脑掌握骑车技巧并发掘一套骑独轮车的理论。他想知道在可骑的范围内独轮车最小能达到什么尺寸。为了找出答案,他制作了一系列独轮车,尺寸越来越小。最小的仅18英寸[1]高。没人能骑。他还把一辆独轮车的车轮故意设计成了不规则形状,增加了骑行难度。香农最津津乐道的一项成就是他在贝尔实验室的走廊里边骑独轮车边抛接球。
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香农于1916年4月30日在密歇根州佩托斯基市(Petoskey)出生。他在附近的盖洛德(Gaylord)长大,当时是一个仅有3000人的小镇,临近密歇根州最北部。镇子非常小,你只需要走几个街区就能走出小镇到达乡下地区。香农的父亲也叫克劳德·香农,克劳德·埃尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon),在成为遗嘱检验法官之前曾做过旅行推销员、家具经销商和殡仪员。其对房地产行业也有所涉猎,在盖洛德大街上建造了名为“香农街区”的办公建筑群。1909年,老香农与镇高中的校长梅布尔·沃尔夫(Mabel Wolf)结婚。他的儿子出生时他已经54岁。他是个疏远的父亲,只是略尽父亲之责给自己的儿子买些建筑拼装玩具和收音机等物品。
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在这个家族的血液中流淌着发明创造的基因。托马斯·爱迪生(Thomas Edison)是他家的远房亲戚。香农的祖父是一位农民发明家,曾设计了一台自动洗涤机。克劳德总是情不自禁地用自己的双手亲自制作各种东西,从青年到老年,始终如此。
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有一次他制造了一台电报机,用来给他儿时的伙伴发信息,而他朋友的家在半英里外。香农买不起那么长的电线。后来有一天他发现在标记建筑红线的地方有栅栏,这些栅栏是用带刺的铁丝网制成的。
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香农把发报电键连接在每根铁丝网栅栏的末端。结果真的成功了。这种在遇到复杂问题时能够敏锐洞察到简洁的解决方式的能力成就了香农一生的与众不同。
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香农靠为西联公司当通讯员来赚钱。1936年,他在密歇根大学完成学业并获得科学学士学位。当时他还没有想好接下来要做什么。一次偶然的机会,他看到墙上张贴的海报写着麻省理工学院正在招聘负责维护新购进的微分分析机的人。香农申请了这份工作。
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他与这台机器的设计者范内瓦·布什(Vannevar Bush)见了面。布什是麻省理工学院工程系主任,戴着眼镜,总是拿着烟斗,像个空想家。布什向校董们阐明科学技术的光辉未来。他最喜欢挂在嘴边的一句话是,“这比我们想象的简单得多。”
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布什设计的微分分析机是当时最著名的计算机,大小与能停放两辆车的车库差不多。虽然依靠电力运行,但它实际上是机械的组合,包含错综复杂的齿轮、发动机、传送带和轴。齿轮和轴的位置代表了各类数字。每当有新问题需要解决时,都不得不手动将机械联动装置拆开后再重新组装。齿轮也必须重新润滑,齿轮比例必须要调整到精确值。这都是香农要完成的工作。建立一个方程式就需要好几天的辛苦工作,而机器要解决这个方程式还需要好几天时间。这一切完成之后,机器会拖着一支笔在固定于制图板上的一张纸上画出图表。
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香农了解到这台微分分析机其实是两台机器的结合体,由一台电子计算机控制一台机械计算机。对这台机器的思考让香农确信电路可以比机械传动装置计算更加高效。香农构想了一台理想化计算机,在这台计算机中,数字可以通过电路的状态表达出来。这样就不用润滑任何部件,拆装工作也减少了很多。
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上大学时,香农已经学习过布尔代数,这并不是工程师们学习的常见课程。布尔代数处理的是简单的概念,比如“对”或“错”以及逻辑关系,比如“和”“或”“否”以及“如果”。任何一种逻辑关系都可以由上述元素组合而成。香农给自己出了个难题:他要把这些逻辑思维中的每一项都译成编码,呈现在电路中。令他欣喜的是,他成功了。实际上,他证明电子计算机可以计算一切。
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1937年,香农迅速将他的这一思想公开发表(后来,他再也没有如此迅速发表过任何文章)。一直以来这篇文章都被认为是有史以来最重要的硕士论文。范内瓦·布什深受震动,他坚持让数学系接纳香农攻读博士学位。这项成果意义太过重大,不仅仅造福了电子工程领域。
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布什有个脾气善变的同事,名叫诺伯特·维纳(Norbert Wiener),他也同样深受震动(当维纳对某个人感到厌烦的时候——他经常对别人感到厌烦——他会把这个人刻画成一个令人厌烦的家伙,写进自己的小说里,但这小说纯属私人所有,不会公开发表。布什就曾在其中一部小说中被刻画成恶人)。维纳意识到香农的电子计算机要优于布什的模拟计算机。在这两位著名科学家的支持下,21岁的香农开始崭露头角。
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布什在1939年写道:“很显然,香农是个天才。”但布什同时也很担心香农。他曾提醒一位同事说,克劳德“很明显不是一个因循守旧的年轻人,他非常害羞,不善交际,而且极度谦逊,很容易迷失方向”。
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布什坚信香农几乎是一个全能天才,他的才华可以朝着任何方向发展。布什害怕香农无法操控自己的事业。讽刺的是,布什的爷爷曾是一名船长,作为船长的子孙,他不愿意接受任何人的指挥。
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布什亲自担任香农的导师。他为香农做的第一个也是仅有的一个重大职业决策令人匪夷所思。他建议香农撰写遗传学方面的博士论文。
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在“DNA就是信息”理念已成为陈词滥调的今天,这或许显得不那么奇怪。但当时没有人有这种思想。DNA的结构是一个谜。更确切地说,香农对遗传学一无所知。
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香农读了一些资料,独立工作了一段时间,很快就完成了论文的草稿。在香农不知情的情况下,布什将论文草稿交给了几位遗传学家。他们都认为这是一项重大进步。
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这就解决了所有问题。布什安排香农跟着芭芭拉·伯克斯(Barbara Burks)做夏季研习活动,芭芭拉管理着位于长岛冷泉港的优生学档案局。这里是垂死挣扎的优生运动最后的基地之一。对香农来说,最大的意义在于这里拥有有关遗传属性的最全面的记录。举例来说,很多年来,优生学组织派遣研究人员到马戏团采访侏儒症患者并在表演者的名片后面绘制系谱图。优生学档案局的记录里主要描述的是头发颜色、血友病、智力低下以及个人喜好等属性的传递。
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在冷泉港期间,香农发现在孟德尔氏遗传与爱因斯坦的相对论之间竟然存在某种数学联系!这项惊人的发现成为他题为“理论遗传学的代数学研究”(Algebra for Theoretical Genetics)的论文的基础。几乎所有阅读这篇论文的人都认为论文非常精妙,然而真正认真阅读的人却少之又少。在完成了博士学位后,香农像丢弃不良习惯一样丢弃了遗传学。他的研究成果从未在杂志上发表,尽管当初他和布什曾有此打算。香农最重要的研究成果在5~10年后才被遗传学家们再次发现。
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