Claude Shannon Geleceği Nasıl İcat Etti?

Bilim doğanın temel yasalarını arar. Matematik eskileri üzerine inşa edilecek yeni teoremler arar. Mühendislik insan ihtiyaçlarını çözmek için sistemler kurar. Üç disiplin birbirine bağımlıdır ancak farklıdır. Çok nadiren bir birey aynı anda üçüne de merkezi katkılarda bulunacaktır. Claude Shannon onlardan biridir.

Claude Shannon hiçbir zaman Nobel Ödülü kazanmadı. Albert Einstein veya Richard Feynman gibi ünlü bir isim de olmadı. Ancak 70 yıldan fazla bir süre önce, çığır açan tek bir makalede, modern bilgi çağının altında yatan tüm iletişim altyapısının temelini attı.

Claude Shannon, MIT’de yüksek lisans tezi üzerinde çalışırken mantık kapısını icat etti.

Shannon, 1916’da Michigan, Gaylord’da doğdu. Michigan Üniversitesi’nden elektrik mühendisliği ve matematik alanlarında derecelerle mezun olduktan sonra, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde eğitimini sürdürmeye başladı. 1937’de tüm zamanların en etkileyici yüksek lisans tezi sayılan, dijital devre tasarımının başlangıç ​​noktası olarak kabul edilen, çalışmasını teslim etti.

O zamanlar, elektromanyetik röleler (elektrik anahtarlarını açıp kapatmak için manyetizma kullanan küçük cihazlar) telefon görüşmelerini yönlendiren veya karmaşık makineleri kontrol eden devreler oluşturmak için kullanılıyordu. Ancak, bu tür devrelerin nasıl tasarlanacağı veya analiz edileceği konusunda tutarlı bir teori yoktu.

Shannon, Boole cebirini, anahtarlama devrelerini analiz etmek, sentezlemek ve genel devrenin istendiği gibi çalıştığını kanıtlamak için kullandı. Tezinde AND, OR ve NOT mantık kapılarını icat etti. Mantık kapıları, bilgisayar biliminin tüm yapısının dayandığı tüm dijital devrelerin yapı taşlarıdır.

Claude Shannon daha sonra daha büyük bir hedefe, iletişime odaklanacaktı. İletişim, en temel insan ihtiyaçlarından biridir. Dumanla sinyallerden posta güvercinlerine, telefondan televizyona kadar, insanlar her zaman daha uzağa, daha hızlı ve daha güvenilir bir şekilde iletişim kurmalarını sağlayacak yöntemler aramışlardır. Ancak iletişim sistemlerinin mühendisliği her zaman belirli bir kaynağa ve fiziksel ortama bağlıydı.

Claude Shannon Ve Bilgi Teorisinin Doğuşu

Shannon bunun yerine, “İletişim için büyük bir birleşik teori var mı?” diye sordu. Sorun üzerinde on yıl çalıştıktan sonra 1948 tarihli bir makalede, bir sinyalin bilgi içeriğini ölçmenin ve bilginin herhangi bir iletişim kanalı üzerinden güvenilir bir şekilde iletilebileceği maksimum hızı hesaplamanın bir yolunu buldu. 

Shannon, bir kaynak tarafından üretilen bilgi miktarını fizikteki termodinamik entropiyi tanımlayan denkleme benzer bir formülle tanımladı. En temel haliyle, Shannon’ın bilgi entropisi, bir mesajı kodlamak için gereken ikili basamak sayısıdır.

Bugün bu, bir mesajda ne kadar bilgi olduğunu tanımlamanın basit bir yolu gibi geliyor. Ancak 1948’de, n bilginin bu şekilde sayısallaştırılması devrim niteliğinde bir adımdı. Makalesi, ikili basamak için kısaltılmış olan “bit” kelimesini kullanan ilk makale idi.

Shannon, bilgiyi tanımlamanın yanı sıra bir iletişim kanalı üzerinden bilgi gönderme yeteneğini de analiz etti. Bir kanalın aşılamayacak belirli bir maksimum iletim hızına sahip olduğunu buldu. Bugün buna kanalın bant genişliği diyoruz.

Bilgi teorisini kurup başlattıktan bir yıl sonra Shannon, kırılmaz kriptografinin mümkün olduğunu kanıtlayan bir makale yayınladı. Fikir, mesajı rastgele bir rakam dizisiyle (anahtar) kodlamaktır, böylece kodlanmış mesajın kendisi tamamen rastgele olur.

İşin püf noktası, kodlanacak mesaj kadar uzun bir rastgele anahtara ihtiyaç duyulması ve hiçbir anahtarın iki kez kullanılmaması gerektiğidir. Shannon’ın katkısı, bu kodun kırılmaz olduğunu kesin bir şekilde kanıtlamaktı. Bugüne kadar, kırılamaz olduğu bilinen başka hiçbir şifreleme şeması yoktur.

Claude Shannon’ın Problem Çözme Tekniği

Peki Claude Shannon tüm bunları nasıl başardı? Aslında bu sorunun cevabını biliyoruz. Kaleme aldığı bir yazıda, Shannon’ın dehasının kilidinin açılmasına aracılık eden problem çözme yöntemlerini açıklamıştı.

• 1.Adım: Basitleştir. Basitleştirdiğiniz problem, başladığınız probleme benzemeyecektir. Fakat çoğunlukla bu basit problemi çözdükten sonra başlangıç problemini tamamen çözünceye kadar küçük düzeltme ya da eklemelerle çözüme gitmeye devam edeceksiniz.
• 2. Adım: Benzer çözümler için ‘mental kalıp’lar edinin. Sorununuzu, benzer sorulara verilen mevcut yanıtlarla çevreleyin. Sonrasında da yanıtların ortak noktasının ne olduğunu anlayın.
• 3. Adım: Probleme çok farklı açılardan yaklaşın: Shannon’ın bilgi kuramı, tam da bunu yapmıştı. Geleneksel görüş, çözümün daha güçlü sinyaller göndermeyi gerektirdiğini savunmuştu. Öte yandan Shannon, en güvenilir çözümün mesajları hatadan korumak için dijital kodlar geliştirmekten geçtiğini gösterdi.
• 4. Adım: Büyük problemi küçük parçalara bölün. Yapılması gereken şey, problemin bütününe saplanmaktan çıkmak ve üstesinden gelinebilir küçük parçalara ayırarak çözmektir.
•  5. Adım: Problemi ‘geriye doğru’ çöz. Sonucunuzu kanıtlamak için öncüllerinizi kullanamıyorsanız, sonucun zaten doğru olduğunu hayal edin. Sonrasında da öncülleri kanıtlamayı deneyin.
• 6. Adım: Problemi çözdüyseniz, çözümü gidebildiği noktaya kadar uzatın. Problemin çözümünü bulduktan sonra, çözümünü ne kadar genelleyebileceğinizi görmek için zaman ayırın.

Sonuç olarak

Birçok kitabın editörlüğünü yapan ve bazılarına da katkıda bulunan Shannon kendi adına hiç kitap yazmadı. Ancak bilimsel ve teknolojik dergilerdeki makalelerine ek olarak, Encyclopaedia Britannica’nın 14. baskısına, bilgi kuramı ve sibernetik ile ilgili maddeler yazdı.

Shannon, MIT’den emekli olduktan sonra, 1978’in yaz dönemini Oxford, Ali Souls College’de misafir araştırmacı olarak geçirdi. Ayrıca kolejin ünlü Chichele Konferansları’ndan birini verdi. Buradan aldığı onursal dereceyle, kendi ülkesi ve diğer ülkelerdeki bir dizi üniversiteden almış olduğu fahri doktorluk derecelerine bir yenisini ekledi.

1966’da Ulusal Bilim Madalyası’na, 1985’te Kyoto Ödülü’ne ve mühendisliğin Nobel Ödülü yerine geçebilecek birçok mesleki ve bilimsel onur ödülüne layık görüldü. American Academy of Arts and Sciences, National Academy of Sciences, National Academy of Engineering, American Philosophical Society ve Royal Society of London ( 1991) üyeliklerine seçildi.

Claude Shannon 24 Şubat 2001’de 84 yaşında vefat etti. Eşi Mary (sayısal analist) ve bir oğlu, bir kızı ve iki torunu geride kaldı.

Kaynaklar ve ileri okumalar

• How Claude Shannon Invented the Future. Yayınlanma tarihi: 22 Kasım 2020.Kaynak site: Quanta Magazine. Bağlantı: How Claude Shannon Invented the Future
• How Claude Shannon Helped Kick-start Machine Learning. Yayınlanma tarihi: 5 Ocak 2022. Kaynak site: IEEE Spectrum. Bağlantı. How Claude Shannon Helped Kick-start Machine Learning

Matematiksel