克勞德·香農:貢獻可與牛頓和愛因斯坦比肩

2020-08-28 全球財經攬勝

克勞德·香農是誰?

克勞德·香農在工程和數學界是一位響噹噹的人物,在 20 世紀 30 - 40 年代的工作為他贏得了「資訊時代之父」(father ofthe information age)的稱號。他對人類的貢獻完全可以和牛頓、愛因斯坦比肩,比特(bit)這個單位,就是他發明的,用二進位存儲信息也是他的貢獻。

據說每一個天才的人生,都是開了掛的,這位也不例外。

8歲,他就經常把姐姐的作業搶過來做,不要問他會不會這種挑戰智商的問題,因為他從沒做錯過一道題,並且在他的順手輔導之下,最後他姐姐成了數學系的教授。

21 歲時,香農發表了有史以來最重要的碩士論文。文中論述了如何使用二進位開關進行邏輯運算,為未來的電子計算機奠定了基礎,並直接開創出一個新的學科:信息學。

二戰期間,香農加入貝爾實驗室,研究火力控制系統和密碼學,相關課題直屬國防研究委員會領導。

香農花了整整十年時間,才完全提出了重要的信息理論。32 歲時,香農的《通信的數學理論》出版。在這部著作中,他提出了比特數據,證明了信息是可以被量化的,並闡述了如何在保證準確率的前提下用數字編碼對信息進行壓縮和傳輸。該著作被譽為「資訊時代的大憲章」(the MagnaCarta of the information age)。

普通人可能聽著不覺得有什麼,因為香農並不是家喻戶曉的科學家。但是,如果沒有他的研究,我們就不會形成現在對計算機的看法。他的成就不僅僅限於計算機科學領域,在物理學和工程學方面也有建樹。

其實,香農是世界上首個提出「計算機能夠和人類下棋」的人,早在1950年,他就為《科學美國人》撰寫過一篇文章,闡述了「實現人機博弈的方法」,他設計的西洋棋程序,也發表在當年的論文中,1956年,在洛斯阿拉莫斯的MANIAC計算機上,他展示了人類首個西洋棋的下棋程序。

現在「天才」這個詞用得太隨意,但其實天才是很少見的,能真正配得上這個詞的人並不多。而香農確實是個天才,他的思考方式和常人是不同的,他的思考充滿趣味。

除了學術研究,香農愛好雜耍、騎獨輪腳踏車和下棋。香農發明了很多用於科學展覽的設備,比如火箭動力飛行光碟、一個電動彈簧高蹺和一個噴射小號。

這樣天才成就的背後,不得不說的就是他攻克問題的方式。他不只是提出問題然後解決問題而已。他會依照自己的方法,發展出一個過程,來透過現象看本質。

他提出的問題雖然和我們平時需要解決的問題不同,但是思考的方法和背後的推理還是有很多值得借鑑的地方。了解了之後,或許我們能更清醒地思考。

所有問題都有其形式。在著手解決問題之前,我們應該先理解問題本身。

在糾細節之前,找到問題核心

尋找答案當然很重要,但是很多人都忽略問題本身。提問本身是有方法的,提出能解答、有答案的問題,也很重要。

在數學工作中,香農可以直接抓住問題的核心並把細節放在後面考慮。他曾解釋道:「我覺得自己更喜歡具象化而不是符號化。我會試圖先感受問題本身,然後再談方程式」。這就好像是先看到了答案,再來解釋為什麼這個是正確的。

香農的學生 Bob Gallager 回憶道:「他有一種神奇的洞察力,仿佛能看穿事物本身。他會說『 Something like this should be true 』,而且往往事後證明他是對的。如果你沒有超凡的直覺,你不可能憑空開闢出一片全新的領域。」

而且,有時候,當你終於找到問題最純粹的本質時,可能都無法忘記問題是什麼了。所以,在追逐細節之前,首先要把握好全局。不然,你的大方向可能是錯的,南轅北轍。

細節自然是很重要,很有用的。但是細節具體多重要、多有用,與它們呈現的方式不無關係。很多細節其實沒什麼用。

如果你沒找到問題核心,卻拿著一堆錯誤的細節來解決問題,你只會不斷地找到更多錯誤的細節,最後深陷細節迷霧,更是不復得路了。

找到問題的真正形式,和隨後的尋找答案的過程,幾乎一樣重要。

學會重構和對比問題

1952年,香農在Bells Labs上發表演講,深入講解自己思考的過程,詳細提到了自己在需要解決的問題面前,是怎樣讓思考過程更具創意的。

除了找出問題的核心之外,他還提到了突破常規思考的一個做法。

我們常常都有這樣的體會:如果自己專心致志地要攻克一個問題,難免會開始只盯著目標前進,不顧其他。邏輯型思考總是從一點開始,作出合理的聯繫,如果邏輯是正確的,最終會到達同樣的終點。

但是創意型思考有點不同。同樣要做聯繫,而創意型思考過程中的聯繫邏輯可能不那麼嚴密,甚至有點像巧合,這樣一來,就能給新型的思維方式創造空間。

香農常用的一個小技巧是重構問題,做對比,以儘可能多的方式問同一個問題。你可以誇張,可以簡略,可以改變措辭,可以轉換問的角度,還可以將問題整個反轉過來。

這樣做的目的就是在看待問題時,能更全面,無死角。

比如,我們可以問「這個問題最好的解決方法是什麼?」,我們也可以問,「最壞的解決方法是什麼?」兩個問題各含信息,所以兩者都應該剖析一番。

一個問題有不同形式,也有多種面貌。在不同的面貌之下,就會看到不同的「真相」。

複雜很簡單,簡單很複雜

香農喜歡極度的簡潔。1952 年,在與貝爾實驗室工程師的一次談話中,香農介紹了一個非常有效的問題解決策略。第一條就是:我們應該通過簡化來解決問題。香農說:「幾乎遇到的每一個問題都會被各種無關的數據混淆,如果能簡化問題,就能更容易看到問題的本質」。

簡化是一門藝術:需要一點點剝去問題表面的東西。

我們從小就被教育說越能掌握複雜的概念越證明我們的智商高。問題越複雜,越需要聰明的人才能解決。但是,香農讓我們也看到了相反的一面 —— 越追求簡單,越需要更高的智商。

正如香農傳記的作者 Ben Casnocha 所寫的:「簡化複雜的問題並不意味著忽略問題的複雜性。」不要將簡單與簡單思考混淆,要將其簡化並提煉事物的本質是很難的事情。

朋友貴精不貴多

香農的朋友不多。貝爾實驗室的同事說,香農並不是「不友善」,只是他不喜歡社交。香農的另外一位同事 Brockway McMillan 說道:「香農一貫對數學問題的爭論沒有耐心,他解決問題的方式與大多數人的做法不同」。正如 McMillan 所說的那樣,香農超出常人的智商往往會使得他有一種冷漠的氣質。「他從來沒有爭辯過他的想法。如果人們不相信,他就會忽略掉那些人。」

傲慢和自信之間只是一線之隔,但香農一般處於右邊,因為他有智慧來支撐他的自信。但同樣重要的是,他花了很多時間來積累這些資源,因為他從來沒有被捲入過類似於辦公室鬥爭的事件中。在香農心中,解決問題的樂趣比所有東西都重要。因此,他在選擇朋友時,會選擇那些志同道合的人。

阿蘭·圖靈( Alan Turing )是他為數不多的朋友之一。圖靈在二戰期間曾代表英國政府來美國實地調查密碼學研究,他們有過一場深入的交流。香農對待友誼側重於內容,而不僅僅是關係。當然,香農和他的朋友們也有一些玩樂的時候,但相對於大多數人而言,他們也花更多的時間討論嚴肅和令人頭疼的事情。

別坐等靈感

有多少人想尋找像香農那樣的突破,但是卻坐等靈感來襲?可能嗎?著名畫家 Chuck Close 曾說:「靈感是給業餘愛好者的,要相信成果會在工作本身中萌芽。通過用心工作,碰到其他的可能性、打開意料之外的其他的門,如果只是坐著等一個偉大的藝術創意出現,那它永遠不會出現。」

香農也有相同的看法,只不過他尋找的是一個偉大的「科學想法」 —— 最重要的是,想法來自於做,而不是等待。香農告訴貝爾實驗室的工程師們:一個偉大的科學頭腦的標誌並不是秒思如泉湧,而是一種動機。某種想要找到答案的渴望,想要找出事物運行的本質的渴望。這一根本驅動力是必不可少的,如果你沒有這些,即使你可能擁有世界上所有的技能與智慧,但是你沒有問題,你就不可能找到答案。

香農對天才的描述也令人耳目一新:天才只是一個把憤懣發洩在有用的地方的人。而那種有用的刺激一直不會來,直到會在工作中,你偶然發現一些令你煩惱的事情,看起來怪怪的,讓你糾結。

不要逃避那些時刻。不惜一切代價堅持下去。

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    如果按偉大程度給物理學家排位次,大多數情況下是牛頓佔據第一的位置,愛因斯坦有時候也能坐第一把交椅,他們二位能夠穩居前兩位。牛頓是經典力學的主要創建者,在天文學、光學領域也有基礎性的貢獻,另外他還是一位偉大的數學家。愛因斯坦創立了相對論,參與建立了量子力學。
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    克勞德·香農是美國數學家、電子工程師和密碼學家,被譽為資訊理論的創始人。不僅如此,香農還被認為是數字計算機理論和數字電路設計理論的創始人。克勞德·香農花了大約十年的時間才完全形成了他開創性的信息理論。他最初的想法是在研究生院為他那個時代的許多信息技術(如電話、收音機和電視)建立一個共同的基礎。然而,直到1948年,他才發表了一篇關於溝通的數學理論。不過,這並不是他唯一的重大貢獻。
  • 愛因斯坦和牛頓,誰對科學界的貢獻更勝一籌?都有什麼?
    愛因斯坦愛因斯坦和牛頓對科學界的貢獻誰更勝一籌一,從對人類貢獻時間長短和日常需要上的比較首先兩人都很偉大,他們對人類科學的貢獻相差無幾。單從科學水平和思想上,愛因斯坦當然比牛頓要高得多,儘管有很多人不接受他的相對論。
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    牛頓是創立經典物理學的祖師爺,作為自然科學集大成者,他用嚴謹的數學方法來描述物理學世界。當他所需的數學方法還沒有時,他就發明出微積分,用於推導出萬有引力定律。由於牛頓在數學上的成就無與倫比,他除了是史上最偉大的兩位物理學家之一,他還是公認的史上最偉大的三位數學家之一。
  • 為何說牛頓比愛因斯坦更偉大?您看看牛頓的創造力與貢獻!
    為何說牛頓比愛因斯坦更偉大?您看看牛頓的創造力與貢獻!在科學界,有兩個高不可攀的巨峰,這兩個人就是牛頓與愛因斯坦。牛頓比愛因斯坦要早很多。愛因斯坦創造了相對論。而我們上初中的時候,就開始學習牛頓的物理學。
  • 中國是否有可以比肩愛因斯坦的科學家?他們都是誰?
    在人類歷史上,一共有三位最傑出的科學家,分別是伽利略、牛頓和愛因斯坦,他們的成就至今無人可以比肩,而且直到今天,仍然引領著全人類文明前進的方向。首先是伽利略,它是近代科學的奠基人,也被稱為「近代科學之父」。
  • 在我國有和愛因斯坦比肩的物理學家嗎?
    愛因斯坦經典的爆炸頭給人留下很深的印象,而愛因斯坦的相對論同樣意義深遠,這是人類文明的寶貴財富。在我國並沒有比肩愛因斯坦的物理學家,在世界範圍內也只有牛頓和其不相上下,伽利略、麥克斯韋等都要排在他們的後邊。
  • 麥克斯韋明明統一電磁學,為什麼看起來卻低愛因斯坦和牛頓一檔?
    在各種版本的物理學家排名中前三甲永遠都是牛頓、愛因斯坦和麥克斯韋,這足以說明他們的科學成就。前三甲中對於第一排名爭論比較多,但都是在牛頓和愛因斯坦之間產生,而麥克斯韋就穩坐第三名。個人認為歷史上前十名的物理學家應該是:愛因斯坦、牛頓、麥克斯韋、波爾、海森堡、伽利略、費曼、狄拉克、薛丁格、盧瑟福,如果在繼續往下排名大約在十五名之前會有楊振寧楊老的一席之地。問題中「看起來」三個字值得我們說一下,這些科學家的知名度和科學成就並不是百分之百對應的,我們就來用霍金舉一個例子。
  • 身為科學界的牛人,牛頓和愛因斯坦都來自外國,那我國的牛人是誰
    在這篇文章,筆者要給大家帶來的話題是——身為科學界的牛人,牛頓和愛因斯坦都來自外國,那我國的牛人是誰? 說到舉世聞名的科學家的時候,很多人往往只會想到牛頓和愛因斯坦。
  • 資訊理論之父——克勞德·香農 | 致敬先驅
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