Wie Claude Shannon Kick half

Wer hat unter den großen Ingenieuren des 20. Jahrhunderts am meisten zu unseren Technologien des 21. Jahrhunderts beigetragen? Ich sage: Claude Shannon.

Shannon ist vor allem für die Begründer der Informationstheorie bekannt. In einer Arbeit aus dem Jahr 1948, einer der bedeutendsten in der Geschichte der Technik, entwickelte er eine Möglichkeit, den Informationsgehalt eines Signals zu messen und die maximale Geschwindigkeit zu berechnen, mit der Informationen zuverlässig über jeden Kommunikationskanal übertragen werden können. Der Artikel mit dem Titel „Eine mathematische Theorie der Kommunikation“ beschreibt die Grundlage aller modernen Kommunikation, einschließlich des drahtlosen Internets auf Ihrem Smartphone und sogar eines analogen Sprachsignals auf einem Twisted-Pair-Festnetz. Für diese Arbeit verlieh ihm das IEEE 1966 die höchste Auszeichnung, die Medal of Honor.

Wenn die Informationstheorie Shannons einzige Errungenschaft gewesen wäre, hätte sie ausgereicht, um sich seinen Platz im Pantheon zu sichern. Aber er hat noch viel mehr getan.

Ein Jahrzehnt zuvor erfand er während seiner Masterarbeit am MIT das Logikgatter. Damals wurden elektromagnetische Relais – kleine Geräte, die Magnetismus zum Öffnen und Schließen elektrischer Schalter nutzen – zum Aufbau von Schaltkreisen verwendet, die Telefonanrufe weiterleiteten oder komplexe Maschinen steuerten. Es gab jedoch keine einheitliche Theorie zum Entwurf oder zur Analyse solcher Schaltkreise. Die Leute dachten darüber nach, ob die Relaisspulen mit Strom versorgt werden oder nicht. Shannon zeigte, dass die Boolesche Algebra genutzt werden kann, um von den Relais selbst zu einem abstrakteren Verständnis der Funktion eines Schaltkreises zu gelangen. Er nutzte diese Algebra der Logik, um Schaltkreise zu analysieren und anschließend zu synthetisieren und um zu beweisen, dass der gesamte Schaltkreis wie gewünscht funktionierte. In seiner Dissertation erfand er die Logikgatter UND, ODER und NICHT. Logikgatter sind die Bausteine ​​aller digitalen Schaltkreise, auf denen das gesamte Gebäude der Informatik basiert.

Im Jahr 1950 veröffentlichte Shannon einen Artikel im Scientific American und außerdem eine Forschungsarbeit, in der er beschrieb, wie man einen Computer zum Schachspielen programmiert. Er ging detailliert darauf ein, wie man ein Programm für einen echten Computer entwirft. Er diskutierte, wie Datenstrukturen im Speicher dargestellt würden, schätzte, wie viele Speicherbits für das Programm benötigt würden, und zerlegte das Programm in Dinge, die er Unterprogramme nannte. Heute würden wir diese Funktionen oder Prozeduren nennen. Einige seiner Unterprogramme sollten mögliche Züge generieren; einige sollten heuristische Einschätzungen darüber abgeben, wie gut eine Position war.

Während seiner Masterarbeit am MIT erfand Shannon das Logikgatter.

Shannon tat dies alles zu einer Zeit, als es weniger als 10 Computer auf der Welt gab. Und sie alle wurden für numerische Berechnungen verwendet. Er begann seine Forschungsarbeit mit Spekulationen über alle möglichen Dinge, für die Computer über numerische Berechnungen hinaus programmiert werden könnten, einschließlich der Entwicklung von Relais- und Schaltkreisen, der Entwicklung elektronischer Filter für die Kommunikation, der Übersetzung zwischen menschlichen Sprachen und der Erstellung logischer Schlussfolgerungen. Computer erledigen heute all diese Dinge. Er nannte vier Gründe, warum er sich entschieden hatte, sich zuerst mit Schach zu beschäftigen, und ein wichtiger Grund war, dass die Leute glaubten, dass Schachspielen „Denken“ erfordert. Deshalb, so argumentierte er, wäre es ein großartiger Testfall dafür, ob Computer zum Denken gebracht werden könnten.

Shannon schlug vor, dass es möglich sein könnte, sein Programm durch eine Analyse der bereits gespielten Spiele und eine Anpassung der Bedingungen und Koeffizienten in seinen heuristischen Bewertungen der Stärken der Brettpositionen, auf die es gestoßen war, zu verbessern. Zu diesem Zeitpunkt standen Shannon keine Computer zur Verfügung, sodass er seine Idee nicht testen konnte. Aber nur fünf Jahre später, im Jahr 1955, führte Arthur Samuel, ein IBM-Ingenieur, der Zugang zu Computern hatte, während diese getestet wurden, bevor sie an Kunden ausgeliefert wurden, ein Dame-Spielprogramm aus, das Shannons genaue Methode zur Verbesserung seines Spiels nutzte. Und 1959 veröffentlichte Samuel einen Artikel darüber mit dem Titel „maschinelles Lernen“ – das allererste Mal, dass dieser Ausdruck in gedruckter Form erschien.

Fassen wir also noch einmal zusammen: Informationstheorie, Logikgatter, nichtnumerische Computerprogrammierung, Datenstrukturen und möglicherweise maschinelles Lernen. Claude Shannon machte sich nicht die Mühe, die Zukunft vorherzusagen – er erfand sie einfach und lebte sogar lange genug, um die Umsetzung seiner Ideen zu erleben. Seit seinem Tod vor 20 Jahren haben wir niemanden wie ihn gesehen. Wir werden es wahrscheinlich nie wieder tun.

Dieser Artikel erscheint in der Printausgabe vom Februar 2022 als „Claude Shannon’s Greatest Hits“.