《香农传》| 汪恒解读

​关于作者

吉米·索尼，美国顶级报刊编辑；罗伯·古德曼，顶级刊物撰稿人兼学者。

关于本书

本书是信息论之父香农的传记，讲述他如何靠一个人的思维游戏，奠定现代计算机和互联网的理论基础，使虚无缥缈的信息变成人类社会支柱，带领全人类进入信息时代。同时，也讲述了他获得如此成就的秘密所在，以及他在科学泰斗人设之外的鲜活有趣一面。

核心内容

第一，香农将人类带入信息时代，主要靠哪两个重要贡献？

第二，香农能实现如此创举，依靠的是什么？

第三，在学术泰斗的人设之外，香农游戏人生的一面是什么样的？

前言

你好，欢迎每天听本书。本期音频为你解读的是《香农传》，这是信息论之父、美国科学家克劳德·香农的传记，讲的是这位天才如何开创信息时代，怎么用一个人的思维游戏，改变了整个人类的生活。

在科学史上，香农是足以和牛顿、爱因斯坦相提并论的天才人物。而且，按照有些美国学者的说法，爱因斯坦开创了相对论，却没有把我们带入相对论的时代。而香农开创了信息论，并且把人类带入了信息时代，所以，香农的影响比爱因斯坦更大。

这个说法看上去有点夸张，我们来看一下香农的贡献到底有没有这么大。信息时代的基础其实就是两个东西，一个是电脑，一个是互联网，而这两个东西都离不开香农。香农让电脑从一个简单的运算工具，变成了复杂的思考工具。也是因为有了香农的研究成果，互联网才应运而生。你说他的影响大不大？

有趣的是，香农并不是一个书呆子型的科学家，他身上有一种游戏人生的特质。他喜欢捣鼓各种奇怪发明，做出了能自己穿越迷宫的电子老鼠。他还会在严肃的科学会议上，像马戏团的小丑一样，玩起抛球杂耍，甚至用严密的数学方法来分析杂耍，写出关于杂耍的学术论文。而他的很多小发明看似游戏，却在多年之后，启发后人完成了划时代的重要创新。

这本传记的作者吉米·索尼和罗伯·古德曼，一位是美国顶级报刊编辑，一位是顶级刊物撰稿人兼学者，他们在传记里，重现了香农的精彩人生，也让我们看到了天才的思考方式。

下面我们分三个部分，来讲述香农的人生经历。第一，我要给你介绍香农的两个重要贡献，凭借这两个贡献，香农带人类进入了信息时代。第二，香农能做出这两个贡献，依靠的是什么。第三，我会给你介绍香农的另一面，在学术泰斗的人设之外，香农游戏人生的一面是什么样的？

第一部分

我们进入第一个部分，说说香农为人类做出的两个重要贡献。

讲这个之前，先为你大概介绍一下这位天才的人生经历。香农1916年生于美国密歇根州的一个小镇，从小接受良好教育，成绩不错，但并不拔尖。相比之下更突出的，是他捣鼓各种机器、研究小发明的本领。他曾做出一台升降机，把妹妹升到了高处。

香农的人生轨迹看上去有点四平八稳。他在密歇根大学念本科，然后到麻省理工念研究生。在每个阶段，他都能同时获得两个学位，一个数学，一个工程学，正好代表了他两个方面的兴趣和才能。毕业之后，香农进入贝尔实验室数学部，这是全球著名的企业研发机构。在这儿工作了三十多年之后，香农又回到了麻省理工当教授。这个时候他已经功成名就，名声大振，获奖无数，但他始终过着简单朴素的生活，继续着童年时的爱好，继续捣鼓各种小机械、小发明，直到八十五岁去世。

这段简要的人生经历看上去甚至有点平淡，但香农做出的贡献一点也不简单。他几乎从零开始，为人类打开了信息时代之门。

那么，香农究竟帮人类解决了什么问题呢？主要是两个，第一是在计算机方面，他让计算机从单纯的计算工具，变成了可以帮人解决各种问题的思考工具。第二是在通讯方面，他把千差万别的各类信息通通抽象为数字，提出“比特”概念，搭建了一整套关于信息度量和信息传输的理论，推动了各种现代通讯方式的诞生，包括我们每个人都离不开的移动通讯和互联网。我们分别来介绍一下。

先说香农在计算机方面的贡献。

在计算机诞生的早期，它的功能局限于数学运算，就是台运算工具。那么，谁让它变成了无所不能的多面手呢？正是香农。

香农做了什么呢？他写了篇论文，找到了用机器模拟人类思考的正确方法。这个非常关键。我们来梳理一下这个过程：首先，把你的思考整理成逻辑判断，然后依据一种叫作布尔代数的理论，这个理论比较复杂，我们就不详细解释了。依据这个理论，我们就可以把逻辑判断变成由1和0构成的数学运算，判断为真就用1来表示，判断为假就用0来表示。这个时候，香农告诉你，可以用电路开关的两种状态，也就是通电和断开，来表示1和0，通电表示1，断开表示0。这样就可以用电路来模拟你的逻辑判断和思考过程。

这意味着什么呢？意味着人类可以设计出一台机器，用电路开关来进行判断和思考，帮助人类解决各种问题。问题变复杂了怎么办？只需要增加电路里的开关数量就可以了。这就是现代计算机帮人类解决各种问题的基本原理。

香农不是计算机的发明者，但他这篇天才的论文，让计算机从简单的运算工具，变成了无所不能的电脑，奠定了现代计算机的发展方向。

随着技术发展，计算机电路里的开关原件，从电子管进化成晶体管，开关的数量也越来越多，越来越密集。像目前最先进的手机处理器，只有你的手指甲大小，却容纳了几十亿个晶体管，相当于几十亿个开关，能够完成各种复杂的任务；但它们万变不离其宗，仍然离不开香农在这篇论文中描述的基本原理。

特别神奇的是，这篇对计算机和信息时代如此重要的论文，竟然是香农在麻省理工念电子工程的硕士毕业论文。难怪，有科学家会说，这是历史上最牛的硕士论文。写下这篇神作的香农，当年只有22岁而已。

这是香农在计算机方面的贡献。接下来，我再来介绍他在通讯方面的重大突破。1948年，写完硕士论文十年之后，香农在贝尔实验室用另外一篇神作，开创了信息论，将人类带入了信息时代。

这一次他解决的问题是什么呢？他发现了信息的本质，找到了度量信息的方式，还提出了提高信息传输质量的方法。

在香农的时代，随着各种通讯方式的陆续发明，人们已经开始关注信息这个概念。从你和我面对面交谈使用的语言，到电话线传递的声音信号，再到电视线路传递的图像，这些好像都是信息，但信息到底是什么呢？没人能说得清，更不用说对信息进行度量了。

当时流行的做法，是从人类的语言入手，通过对语言文字结构和含义的分析，来探索信息的本质，并且尝试对信息进行度量。不过效果并不好。

我们拿中文来举个例子，假设有人跟你说了两句话，第一句是“明天会日出”，第二句是“明天有日食”，如果按照语言分析的路数，这两句话都是五个字，而且都没有进一步简化的余地，所以，两句话的信息量好像是一样的。不过，这个判断似乎和你的直觉并不一致。直觉上看，第一句话没什么信息量，因为只要晴天，天天都会日出嘛。而第二句话，好像还有点信息量，它告诉你一个你以前并不知道的情况。可是，这种信息量的差别，究竟应该如何把握和衡量呢？

这就要靠香农了，他直接越过了语言文字的纠缠，抓住了信息的本质。

信息的本质是什么？是消除不确定性。我向你发出一条信息，这条信息究竟有多大的信息量，在于它能帮助你消除多少不确定性。

还是拿上面的两句话举例。按照香农的解释，明天会日出是常识，对你来说本来就是一种确定情况，所以，这句话没有帮助你额外消除任何不确定性，没什么信息量。而明天是不是有日食呢？其实存在很大的不确定性。所以，明天有日食这句话，帮你完成了一个把不确定性变成确定的过程，它是有信息量的。一句话能帮你消除的不确定性越多，它的信息量就越大。

这样一来，不仅解决了信息的本质是什么的问题，连如何度量信息的问题，看上去也有了头绪。不过，我们都知道重量的单位是千克，长度的单位是米，能量的单位是焦耳，那信息的度量单位是什么呢？

这也难不倒香农，他说，既然信息是消除不确定性，那么信息最基本的单位，就应该是一个最基本、最简单的不确定性消除过程。就像是告诉你，抛一次硬币的结果，到底是正面朝上，还是反面朝上。

于是，香农找到了二进制数字。我们都知道，二进制的数字要么是1，要么是0，那么，传送一个二进制数字给你，就相当于完成了一次二选一，实现了一次最基本的不确定性消除过程。

这样一个包含两种可能的二进制数字，也就成了度量信息的基本单位，香农把它叫做比特，也就是bit。1个比特的信息量，就是1个二进制数字所代表的信息量。8个比特称为一个字节，也可以用一个大写的字母 B 来代替。我们都很熟悉的，用来表示电脑文件大小、内存硬盘容量的MB、GB、TB，其实都是在比特基础上形成的单位。

你看，十年前，香农把电路开关变成0和1，十年之后，香农又把信息变成了0和1。这样一来，不仅语言信息可以变成数字，就连声音、图像，一切信息都可以变成数字。各种不同的信息的传送过程也就变成了同一个过程。

不管最初形态是语言、声音还是图像，信息从发送者那里出来，先通过编码过程，变成一串串由1和0构成的二进制数字，完成数字传输，再通过解码过程，重新变回原先的形态，被信息接收者收到。这不就是我们熟悉的数字通讯吗？无论是通过互联网，还是通过手机无线网络，无论是文字聊天、发送照片、传送音频和视频，其实都是这样一个过程。

信息数字化的意义还不止这些。十年以前，香农将电路开关变成数字，复杂的电路设计工作就变成了解数学方程。十年之后，他让信息变成了数字，而改进通讯质量的工作，同样也变成了解数学题。

这是一个划时代的进步。在香农之前，人类耗费了大量的时间、精力和金钱，想了无数办法，就为了减少通讯信号传输过程中受到的外界环境干扰，提高通讯质量。例如，为了减少电报信号在海底电缆中所受的干扰，人们不惜花费巨资，给电缆装上厚厚的防护罩，但这也只能解决一部分问题。

那么，到底有没有办法实现完全不失真的信息传输呢？大家都没有信心，直到香农在论文里响亮地说：我有办法。

他的办法是什么呢？当然不是给电缆裹上更厚的防护罩。他认为，理论上，干扰不可能完全消除。不过，即便干扰造成信号部分受损，也照样有可能保持信息完整不失真。

听上去有些匪夷所思吧，信号受损怎么可能让信息不失真呢？但是我们细想一下就明白，按照香农的理论，这个时候电缆里的信号已经变成了数字，而他用数学方法证明，只要优化数字编码方法，增加额外的冗余数字，哪怕线路干扰会造成一定比例的数字信号丢失，传输过去的信息也能保持完整。

不过，每一条线路都有它的极限，如果到了极限，无论如何改进和优化编码，都没办法保证不失真了。这个极限对应的数字信息传输速度，就被称为“香农极限”。今天的我们，还在不断想办法提高信息传输速度，拿移动通讯来说，从3G到4G再到5G，其实就是在不断努力逼近香农极限。

上面说的，就是香农信息论的主要内容。他洞察了信息的本质，提出了信息度量的方法和基本单位，找到了提高信息传输质量的办法。可以说，现代通讯的基本特征就是通讯数字化，而通讯数字化的理论基础就是香农的信息论。今天你能看到的一切现代通讯工具和通讯方式，从互联网到移动网，本质上都是在传输数字，都是信息论的应用成果。

对今天的每一位计算机和通讯行业的从业人士来说，香农都称得上祖师爷。同时，我们每一天的生活，已经很难摆脱电脑、手机和互联网，而这些都和香农的贡献息息相关。

上面说的是第一部分内容，香农在计算机和通讯两个领域做出了巨大贡献，将人类带入了信息时代。值得一提的是，香农写完两篇神作时，只有三十多岁。是什么样的条件，帮助他在这么年轻的时候，做出这样伟大的贡献呢？下面进入第二部分，香农的成就靠的是什么？

第二部分

就算是香农这样智力超群的天才人物，要取得这么了不起的成就，也不可能脱离外部条件。香农生活的年代，正好是美国取代英国成为全球头号强国的时代，国力蒸蒸日上，科学技术飞速发展，这为香农的成功创造了很好的条件。前人的研究成果，也为香农的突破准备了敲门砖。像我们前面提到的，香农在计算机理论方面的成就，就和布尔代数理论密不可分。

不过，在各种外部条件中，最值得注意的，还是这两个方面：一个是二战的推动，另一个是宽松自由的研究环境。

先说说二战的影响。二战是人类有史以来最为残酷的战争，伤亡人数达到2亿，无数财富化为灰烬。不过，二战也是科技发展的催化剂。参战各国为了取得胜利，投入大量资源发展科学技术，并且将很多顶级科学家集中起来组织研究，产生了大量成果，直到今天还在影响我们的生活。

二战对香农的影响是什么呢？应该说，他在计算机和通讯领域的贡献，都和这场战争息息相关，特别是在通讯方面。他在二战中的经历，对他开创信息论，把一切信息都变成0和1，产生了直接的推动力。

二战时香农做什么去了呢？和很多美国学者一样，香农接受征召，为国效力。当然，这样的牛人不可能扛枪上前线当大头兵，美军根据他的数学才能，帮他选了一个最能发挥能力的工作岗位：密码专家。

在这个岗位上，香农的工作非常出色，他不仅帮助美军和盟友破译了很多德军密码，掌握德军的部署和举动，让伦敦少挨了德军轰炸，还帮助盟军建立了难以破译的加密系统，连罗斯福和丘吉尔的绝密通话，都要靠香农来加密。

香农作为密码专家到底做了哪些贡献？很多还处于保密状态，尚未完全公布。不过，人们知道的是，自从香农进入了这个领域，密码加密和解密就从一项专门技术，变成了一门真正的科学，拥有了理论基础。更重要的是，这个领域的工作，直接启发了香农对于信息本质的认识。你想想，密码通讯的编码过程，不就是把你能看懂的语言，变成一串敌人看不懂的数码吗？这其实就是一种信息的数字化。二战结束后，密码专家香农回到贝尔实验室继续研究通讯，他继续了自己在战争中的思考，终于完成了信息论的创举。

除了战争推动之外，宽松自由的研究环境，也为香农提供了很大帮助。这方面的代表，就是香农长期工作的贝尔实验室。

贝尔实验室是美国著名的企业研究机构，成立于1925年，迄今为止，它已经获得两万五千多项专利。像晶体管、激光器、太阳能电池、传真机、通讯卫星、手机，这些重大发明，都是从贝尔实验室诞生的。尤其可贵的是，它虽然是企业主导的研究机构，却非常重视基础研究，因此，这里也走出了8位诺贝尔奖得主。

这一点对香农来说非常重要。要知道，香农在这里前前后后工作了三十多年，取得了包括信息论在内的很多研究成果。但他的这些成果，基本都属于基础理论研究，很难直接变成产品，更不可能产生实实在在的经济效益。但贝尔实验室仍然支持和鼓励这些没法直接变现的理论研究。

对于香农这样的天才来说，这种环境简直是研究和思考的天堂，可以自由选择研究方向，可以自由利用实验室的雄厚财力和各类资源，可以将所有的精力用于思考，不用担心 KPI 和复杂的人事关系。在这个年代，美国很多大学、科研机构都具有类似的风格。这种宽松自由的研究环境，直接推动了这段时间基础研究成果的井喷，而香农的成就正是其中的一部分。

除了战争推动和宽松环境之外，香农的成就，也离不开他自身具备的天才特质。作为天才，他肯定智商极高，不过，除了这个之外，香农还有什么特质呢？

本书认为，他有两个优势特别突出。一个是超强的抽象思维能力。他懂得穿透各种外在现象，抓住事物的本质，把复杂多变的东西，抽象成最基本最简单的东西。我们前边说过，在开创计算机理论的时候，香农把电路和开关变成了一串串的0和1。在开创信息论的时候，他又把语言、文字、图像、声音变成了一串串的0和1。这就是香农抓住的本质。今天我们身处信息时代，信息时代其实就是数字化时代，一切都可以变成数字。我们早已接受了这种认识世界的思考方式。而这种思考方式的源头，就是香农天才的抽象思维。

香农的另一个优势，就是他懂得用好奇心和兴趣来驱动思考。他有一句名言，宝贵的成果往往来源于单纯的兴趣。对他来说，研究计算机原理和信息论，最初都是源于好奇心和单纯的兴趣。他想的是，我要弄明白这是怎么回事，而并没有去考虑太多，弄明白之后又能如何，能不能生产出产品，能不能产生效益之类。

当然，从兴趣出发，并不等于在思考和研究过程中不求甚解、漫不经心。相反的，浓厚而单纯的兴趣，让他心无旁骛，意志坚定，不搞清楚誓不罢休。拿信息论来说，将信息变成0和1，并不是他兴趣来了灵光一现的结果，要知道，从对这个问题产生兴趣到找到答案，香农可经历了整整八年的艰苦思考。只不过，他并不关心信息论能催生什么产品。很多人攻击这套理论缺少实用价值，他也并不在意。而贝尔实验室的宽松环境，正好让他如鱼得水。

直到二三十年后，现代通讯设备大量出现，人们才猛然发现，这套源于兴趣的理论，看上去像思维游戏一样的理论，原来这么厉害。

上面说的是第二部分，香农的成功因素。一方面，他个人的特质让他能把复杂多变的东西，抽象成最基本最简单的原理。另一方面，战争的推动和宽松自由的外部环境，让他如鱼得水。一般情况下，作为一个如此成功的科学家，我们觉得香农应该是那种德高望重、举止稳重的学术泰斗。不过，真实生活中的香农，却有着游戏人生的一面。

第三部分

在写完两篇神作、开创两大理论之后，香农成为学术名人，获奖无数。不过，他最大的兴趣似乎变成了杂耍，他花了很多时间刻苦练习，不断提高杂耍水平。他学会了骑独轮车和抛球游戏。七十岁时，他参加一次严肃的顶级学术会议，主办方邀请他上台致辞，他却从口袋中拿出三个小球玩起了杂耍，会场彻底沸腾了，西装革履的科学家们变成了粉丝，排起长队向他索要签名。

你可能会觉得，香农是在用杂耍游戏，作为自己研究思考的休息和消遣。并不是。香农曾经制造过几台抛球杂耍的机器，有的已经具备了人形机器人的雏形。另外，他又一次发挥了自己将一切抽象为数字的天分，试图建立一套理论，用数学来证明，人到底能同时玩几个球。

除了杂耍之外，成名之后的香农，还延续了少年时热爱小机器小发明的兴趣。相比在麻省理工上课和在世界各地参加学术会议，他似乎更喜欢在自家后院摆弄机器，做出很多东西，看上去只能称之为玩具，毫无实用价值。不过，他这些玩心大发的小发明，多年后却启发了后人的重大创新。

例如，他曾经制作出世界上第一台能够和人类下棋的机器，用150个继电器开关，计算国际象棋棋子的走位。这台机器下棋水平不高，不过，在他的启发下，几十年之后，AlphaGo 战胜了所有人类围棋高手。

他还做过一个人工老鼠，在迷宫中行走寻找奶酪，通过75个继电器开关，这只老鼠把一次次的道路选择记下来，直到找到正确的道路为止。而一旦它记住了正确路线，下一次它就能直接做出选择，不用再一次次尝试。对香农来说，这是个设计精巧的玩具。不过，它已经具有了初步的学习能力，启发了后来的人工智能研究。

香农甚至还是可穿戴设备的发明者。1961年，他和同事索普做出一个香烟盒大小的小型计算机，小盒子藏在口袋里，用大脚趾控制藏在鞋子里的开关。这个设备用来干什么呢？用来预测赌场的轮盘赌结果，计算小球落在轮盘不同位置的概率。他们带上设备，在拉斯维加斯大显神通。由于害怕太过惹眼，惹来黑手党注意，两人试过几次就不敢再试了。不过，这类设备后来不断发展，成了今天我们熟悉的苹果手表和手环。

香农在捣鼓这类小发明的时候，其实和做理论研究时的心态有点相似，都是从单纯的兴趣出发，并不考虑做出之后有什么实用价值。对他来说，游戏和工作没有天然的分隔。而恰恰是他这种完全放松的，将研究和思考作为游戏的心态，将自己的天才充分激发出来，最终改变了人类的生活。

总结

到这里，这本书的精髓就说得差不多了，让我们回顾一下。

第一，香农奠定了现代计算机的理论基础，使计算机从单纯的计算工具变得无所不能；同时，他提出了信息论，抓住了信息的本质，让信息变得可以度量，并提出了改进信息传输的方法。通过这两大贡献，他带动人类进入信息时代，给我们带来了数字化生活。

第二，香农的成就，有赖于二战推动和贝尔实验室自由宽松的研究环境，也有赖于他自己的天才特质，包括超强的抽象思维能力，以及用兴趣和好奇心驱动思考的本能。

第三，香农是个非常好玩的人，他热爱杂耍，喜欢捣鼓各种小发明，却在无形之中，启发了很多重大创新。

最后补充一点八卦。二战期间，由于美国和英国的同盟关系，香农和一位英国天才多次会面，结下友谊，这便是计算机科学之父图灵。两人当时都在研究密码，而都对机器思考和编码的问题感兴趣，在多次会面相互启发后，成就了一段科学佳话。

只不过，图灵在41岁时就英年早逝，香农却顺顺当当活到了85岁。信息学界设了一个最高奖，就叫香农奖，相当于基础科学界的诺贝尔奖和计算机学界的图灵奖。当时是1972年，香农仍然在世，所以他毫无争议地获得了第一届香农奖，并且亲自到场领奖。这种自己领自己名字命名的奖的做法，后来被人戏称为“香农套路”。