他將世界數(shù)字化了

◎ 淺 草

“大家好，我是貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的數(shù)學(xué)家克勞德·香農(nóng)?！碑?dāng)攝像機(jī)鏡頭逐漸放大時(shí)，一位穿西裝、打領(lǐng)帶，身材修長(zhǎng)的男人，用活潑輕快的語(yǔ)言做自我介紹。

這發(fā)生在1952年。不久之后在美國(guó)他就家喻戶曉，人盡皆知了。

香農(nóng)和他的“忒修斯”

香農(nóng)當(dāng)時(shí)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(gè)走迷宮的高手。它能通過(guò)不停地隨機(jī)試錯(cuò)，穿過(guò)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(dú)創(chuàng)性的是：“忒修斯”還能記住這條路線，在下一次實(shí)驗(yàn)中能漂亮地完成任務(wù)，甚至在下一次任務(wù)中，迷宮的墻壁有所移動(dòng)，都難不倒它。

香農(nóng)在鏡頭里告訴觀眾：“解決一個(gè)問(wèn)題并記住解決方案，涉及一定程度的心智活動(dòng)，這已經(jīng)有點(diǎn)類似大腦了。”對(duì)于美國(guó)觀眾來(lái)說(shuō)，“忒修斯”幾乎被驚為天物：這簡(jiǎn)直就是一臺(tái)能夠思考的機(jī)器！

這只木老鼠以及整個(gè)迷宮系統(tǒng)，是香農(nóng)和他的妻子花了無(wú)數(shù)個(gè)夜晚建造起來(lái)的。他說(shuō)，靈感來(lái)自他對(duì)兒童積木玩具的喜愛，以及他對(duì)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(shí)驗(yàn)室的知名度，“忒修斯”還榮登那個(gè)時(shí)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(biāo)題?！斑匏埂苯o香農(nóng)的老板們留下如此深刻的印象，他們?cè)谝魂嚐崆闆_動(dòng)中，要推選香農(nóng)進(jìn)貝爾電話公司的董事會(huì)。

在當(dāng)時(shí)，“忒修斯”是令人驚嘆的。它體現(xiàn)了香農(nóng)對(duì)信息時(shí)代的兩個(gè)基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)。

奠定計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)

第一個(gè)貢獻(xiàn)是，表明電子線路可以用二進(jìn)制邏輯工作。“忒修斯”雖然是由隱藏在它身體里的磁鐵和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的，但掌管它記憶功能的存儲(chǔ)器卻不在它身上，而是由隱藏在迷宮各處的75個(gè)繼電器組成的。學(xué)過(guò)物理的人都知道，在電路中，繼電器的功能很簡(jiǎn)單，只有兩個(gè)——開/關(guān)。

香農(nóng)之所以會(huì)選擇以一組繼電器來(lái)為“忒修斯”建一套記憶系統(tǒng)，是因?yàn)橹八呀?jīng)花了數(shù)年時(shí)間探索如何用繼電器的開/關(guān)來(lái)展示大腦的記憶功能。

早在1937年，作為麻省理工學(xué)院的研究生，香農(nóng)了解了19世紀(jì)英國(guó)邏輯學(xué)家布爾的工作。布爾認(rèn)識(shí)到，任何復(fù)雜的邏輯都基于少數(shù)幾個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯——比如與、或、非和如果。香農(nóng)則進(jìn)一步證明，這些簡(jiǎn)單的邏輯功能都可以通過(guò)電子線路的開/關(guān)來(lái)執(zhí)行。這一發(fā)現(xiàn)意味著，從理論上說(shuō)，任何復(fù)雜邏輯都可以分解成幾個(gè)簡(jiǎn)單邏輯，然后由一套能表達(dá)或執(zhí)行1/0（開/關(guān)）——或用邏輯學(xué)的術(shù)語(yǔ)說(shuō)：真/假的二進(jìn)制裝置來(lái)完成。

這個(gè)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(yuǎn)的。因?yàn)殡娮泳€路可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算的思想，是目前整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)。在1937年，香農(nóng)的同時(shí)代人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到他的發(fā)現(xiàn)的重要性，為此他榮獲了很多獎(jiǎng)，并被《紐約時(shí)報(bào)》專題報(bào)道。他的碩士論文被人稱為“本世紀(jì)最重要，也是最著名的碩士論文”。那一年他才21歲。

“信息時(shí)代之父”

這是香農(nóng)的第一個(gè)偉大成就，但他并沒(méi)有就此止步。他的第二個(gè)成就也是在“忒修斯”的繼電器中體現(xiàn)出來(lái)的。存儲(chǔ)“忒修斯”走迷宮的路徑的系統(tǒng)是數(shù)字化的，也就是說(shuō)，因?yàn)槊總€(gè)開/關(guān)代表1/0，系統(tǒng)存儲(chǔ)的是離散值，而不是在像氣壓表、電流表等模擬設(shè)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(yùn)算，還能無(wú)差錯(cuò)地傳輸信息。

香農(nóng)在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作期間，發(fā)表了一篇開創(chuàng)性論文《通信的數(shù)學(xué)理論》，文中他引入了比特（即二進(jìn)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(shí)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(shí)間和傳輸成本。最具革命性的是，他展示了數(shù)字代碼（二進(jìn)制代碼）可以讓我們把數(shù)字化的信息毫無(wú)差錯(cuò)地從A地傳到B地。

香農(nóng)的這項(xiàng)成果，為我們這個(gè)信息時(shí)代信息的保存和傳輸?shù)於嘶A(chǔ)，他被后人譽(yù)為“信息時(shí)代之父”是當(dāng)之無(wú)愧的。

玩出來(lái)的諸多發(fā)明

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

自由給他帶來(lái)更多的靈感。此后的幾年里，他的發(fā)明層出不窮。包括一個(gè)火焰發(fā)射喇叭，一個(gè)變戲法的機(jī)器人，一組獨(dú)輪車隊(duì)，一臺(tái)用羅馬數(shù)字操作的計(jì)算機(jī)器，以及一個(gè)幫助美國(guó)人在英國(guó)公路上靠左側(cè)行駛的裝置的設(shè)計(jì)圖。后面一個(gè)設(shè)計(jì)中，香農(nóng)巧妙地利用了一系列的反射鏡，以至于美國(guó)司機(jī)在使用的時(shí)候，以為他們?nèi)栽诘缆返挠覀?cè)行駛。與麻省理工學(xué)院的教授艾達(dá)·索普一道，香農(nóng)發(fā)明了第一臺(tái)可佩戴的計(jì)算機(jī)。

香農(nóng)后來(lái)稱自己的這些發(fā)明“有趣但毫無(wú)用處”?！拔一舜罅康臅r(shí)間在完全無(wú)用的事情上?！钡^(guò)謙了。他的發(fā)明興趣幾乎是無(wú)窮無(wú)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(duì)人工智能等新興領(lǐng)域保持著濃厚的興趣。例如，他早期發(fā)明的會(huì)下象棋的計(jì)算機(jī)，是今天“深藍(lán)”的遠(yuǎn)祖。

香農(nóng)逝世于2001年2月24日，享年84歲。逝世之后，人們?cè)谒淖√幷沓鰺o(wú)以計(jì)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(jié)合得如此完美，我們至今仍對(duì)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(xué)之謎》 圖/槿喑）