他將世界數(shù)字化了

◎ 淺 草

“大家好，我是貝爾電話實驗室的數(shù)學家克勞德·香農(nóng)?！碑敂z像機鏡頭逐漸放大時，一位穿西裝、打領帶，身材修長的男人，用活潑輕快的語言做自我介紹。

這發(fā)生在1952年。不久之后在美國他就家喻戶曉，人盡皆知了。

香農(nóng)和他的“忒修斯”

香農(nóng)當時是在拍攝一部宣傳片。在影片中，他演示了一只木制的、帶有銅須的玩具老鼠。他把它喚作“忒修斯”。

正如它的名字所暗示的，香農(nóng)的這只木老鼠也是一個走迷宮的高手。它能通過不停地隨機試錯，穿過一座由金屬墻組成的迷宮，直到在出口處找到一塊金屬的“奶酪”。最厲害也最具獨創(chuàng)性的是：“忒修斯”還能記住這條路線，在下一次實驗中能漂亮地完成任務，甚至在下一次任務中，迷宮的墻壁有所移動，都難不倒它。

香農(nóng)在鏡頭里告訴觀眾：“解決一個問題并記住解決方案，涉及一定程度的心智活動，這已經(jīng)有點類似大腦了。”對于美國觀眾來說，“忒修斯”幾乎被驚為天物：這簡直就是一臺能夠思考的機器！

這只木老鼠以及整個迷宮系統(tǒng)，是香農(nóng)和他的妻子花了無數(shù)個夜晚建造起來的。他說，靈感來自他對兒童積木玩具的喜愛，以及他對位于倫敦漢普頓宮中的樹籬迷宮的興趣。

除了大大提高了貝爾實驗室的知名度，“忒修斯”還榮登那個時代最有影響的雜志的封面，有一期甚至有文章冠以“這只老鼠比你還聰明”的標題?！斑匏埂苯o香農(nóng)的老板們留下如此深刻的印象，他們在一陣熱情沖動中，要推選香農(nóng)進貝爾電話公司的董事會。

在當時，“忒修斯”是令人驚嘆的。它體現(xiàn)了香農(nóng)對信息時代的兩個基礎性貢獻。

奠定計算機科學的基礎

第一個貢獻是，表明電子線路可以用二進制邏輯工作?！斑匏埂彪m然是由隱藏在它身體里的磁鐵和馬達驅動的，但掌管它記憶功能的存儲器卻不在它身上，而是由隱藏在迷宮各處的75個繼電器組成的。學過物理的人都知道，在電路中，繼電器的功能很簡單，只有兩個——開/關。

香農(nóng)之所以會選擇以一組繼電器來為“忒修斯”建一套記憶系統(tǒng)，是因為之前他已經(jīng)花了數(shù)年時間探索如何用繼電器的開/關來展示大腦的記憶功能。

早在1937年，作為麻省理工學院的研究生，香農(nóng)了解了19世紀英國邏輯學家布爾的工作。布爾認識到，任何復雜的邏輯都基于少數(shù)幾個簡單的邏輯——比如與、或、非和如果。香農(nóng)則進一步證明，這些簡單的邏輯功能都可以通過電子線路的開/關來執(zhí)行。這一發(fā)現(xiàn)意味著，從理論上說，任何復雜邏輯都可以分解成幾個簡單邏輯，然后由一套能表達或執(zhí)行1/0（開/關）——或用邏輯學的術語說：真/假的二進制裝置來完成。

這個發(fā)現(xiàn)在人工智能方面可謂是飛躍式的發(fā)展，其影響是深遠的。因為電子線路可以執(zhí)行邏輯運算的思想，是目前整個計算機科學的基礎。在1937年，香農(nóng)的同時代人已經(jīng)認識到他的發(fā)現(xiàn)的重要性，為此他榮獲了很多獎，并被《紐約時報》專題報道。他的碩士論文被人稱為“本世紀最重要，也是最著名的碩士論文”。那一年他才21歲。

“信息時代之父”

這是香農(nóng)的第一個偉大成就，但他并沒有就此止步。他的第二個成就也是在“忒修斯”的繼電器中體現(xiàn)出來的。存儲“忒修斯”走迷宮的路徑的系統(tǒng)是數(shù)字化的，也就是說，因為每個開/關代表1/0，系統(tǒng)存儲的是離散值，而不是在像氣壓表、電流表等模擬設備中常見的連續(xù)值。1948年，即在“忒修斯”首次亮相前4年，香農(nóng)已展示了數(shù)字化系統(tǒng)的威力，它不僅能執(zhí)行邏輯運算，還能無差錯地傳輸信息。

香農(nóng)在貝爾實驗室工作期間，發(fā)表了一篇開創(chuàng)性論文《通信的數(shù)學理論》，文中他引入了比特（即二進制數(shù)字信息量單位的“位”）的概念。比特是度量信息的基本單位，是信息時代的基石。香農(nóng)證明，用數(shù)字代碼可以代表任何類型的信息，所以，所有信息都可以數(shù)字化；數(shù)字化的信息經(jīng)壓縮后再傳輸，還可以極大地減少傳輸時間和傳輸成本。最具革命性的是，他展示了數(shù)字代碼（二進制代碼）可以讓我們把數(shù)字化的信息毫無差錯地從A地傳到B地。

香農(nóng)的這項成果，為我們這個信息時代信息的保存和傳輸?shù)於嘶A，他被后人譽為“信息時代之父”是當之無愧的。

玩出來的諸多發(fā)明

香農(nóng)的工作給他帶來了巨大的聲譽，這讓他得以從日常工作中解脫出來，自由地從事自己熱愛的事情。

自由給他帶來更多的靈感。此后的幾年里，他的發(fā)明層出不窮。包括一個火焰發(fā)射喇叭，一個變戲法的機器人，一組獨輪車隊，一臺用羅馬數(shù)字操作的計算機器，以及一個幫助美國人在英國公路上靠左側行駛的裝置的設計圖。后面一個設計中，香農(nóng)巧妙地利用了一系列的反射鏡，以至于美國司機在使用的時候，以為他們仍在道路的右側行駛。與麻省理工學院的教授艾達·索普一道，香農(nóng)發(fā)明了第一臺可佩戴的計算機。

香農(nóng)后來稱自己的這些發(fā)明“有趣但毫無用處”。“我花了大量的時間在完全無用的事情上?！钡^謙了。他的發(fā)明興趣幾乎是無窮無盡的，他的奇思妙想似乎也越“揮霍”越多。即使在他家的工作室，奇妙的發(fā)明已堆積如山，香農(nóng)依然對人工智能等新興領域保持著濃厚的興趣。例如，他早期發(fā)明的會下象棋的計算機，是今天“深藍”的遠祖。

香農(nóng)逝世于2001年2月24日，享年84歲。逝世之后，人們在他的住處整理出無以計數(shù)的未完成的手稿和發(fā)明。在香農(nóng)身上，充滿激情的好奇心與杰出的大腦結合得如此完美，我們至今仍對此驚嘆不已。的確，“忒修斯”不僅僅是人工智能的典范，它也是人類智慧的化身，這種智慧使得把世界數(shù)字化成為可能。

（一片云摘自《大科技·科學之謎》 圖/槿喑）