Bit’in Babası: Claude E. Shannon
Henüz 21 yaşındayken yazdığı yüksek lisans tezi ile bilim dünyasının gündemine oturan Claude Elwood Shannon, pek adı geçmese de; elektronik, haberleşme ve bilgisayar bilimlerine yaptığı katkılar sayesinde, modern hayatımızın her alanında kullanılan onlarca teknolojiye imkan sağlamış fikirleri geliştirmiştir.
Aslında tamamen 0 ve 1’lerden oluşan, anlamsız bir sayı çorbasından ibaret olan bu metni; anlamlı ve okunaklı bir şekilde gözlerinizin önüne getirmeyi sağlayan hemen her sistemde bir payı olan bu dahinin hayatına, gelin biraz daha yakından göz atalım.
İlk Adım Matematik
1916 yılında Michigan’da dünyaya gelen Shannon, henüz 16 yaşında bir gençken Michigan Üniversitesi’ne girdi. Burada aldığı matematik ve elektrik mühendisliği eğitiminin ardından Massachusetts Institute of Technology’ye (MIT) yüksek lisans için geçiş yapmasıyla, akademik hayatının ilk adımını da atmış oldu.
Yüksek lisans tezi olarak 1937’de hazırladığı “Röle ve Anahtarlama Devrelerinin Sembolik Analizleri” [1] adlı çalışması, sadece kendi kariyerini değil, elektronik ve buna bağlı olarak gelişen bilgisayar bilimleri gibi çok sayıda bilim dalını derinden etkiledi. Bu tez, yalnızca doğru ve yanlış (0 ve 1) olarak kabul edilen değişkenlerle işlem yapan Boole Cebirini, elektrik devreleri üzerinde sayısal bir yöntem olarak kullanmayı öne sürüyordu. Bu sayede; elektrik devrelerindeki anahtarlamanın temel ilkeleri, matematiksel yöntemlerle kesin bir şekilde açıklanabiliyordu. Shannon’ın literatüre kazandırdığı bu yöntemle gelen sessiz devrim; o günlerde bilgisayar denilince akla gelen mekanik, devasa ve hantal aygıtın, elektrik devreleriyle yeni baştan inşa edilebileceğinin ilk göstergesiydi.
1940 yılına geldiğimizde, yüksek lisans tezi Alfred Nobel Amerikan Enstitüsü Amerikan Mühendisleri Ödülü’ne layık görüldü. Pek çok kişi için Shannon’un bu tezi, 20. yüzyılın en iyi akademik çalışmaları arasındadır.
Kriptografi Üzerine
Doktora yaptıktan sonra, hayatımıza kattığı devrimsel teknolojileriyle ünlü Bell Laboratuarları’nda çalışmaya başlayan Shannon, henüz kendisini iletişim kuramının babası yapacak olan çalışmalarını tamamlamamıştı.
Bell Lab’taki mesaisinde bir süre kriptografi üzerine yoğunlaştı ve Alan Turing gibi önemli isimlerle birlikte çalışma fırsatını yakaladı. Kriptografi konusundaki çalışmaları, ikinci dünya savaşı yıllarında, dönemin ABD başkanı Roosevelt ve Britanya başbakanı Churchill’in haberleşmesinde kullanıldı. Gizli iletileri Shannon’un önerdiği şekilde, 0 ve 1’den oluşan yalnızca iki harfli bir alfabe ile kodlamanın gücü keşfedildiğinde; bunun tam anlamıyla çığır açıcı bir gelişme olduğu çok geçmeden fark edildi. Çünkü iletiler herkese açık bir iletişim hattı üzerinden iletilse bile, taşınan mesajların yalnızca gönderici ve alıcı arasında anlaşılması sağlanabiliyordu. Bu da iletişim hattını dinleyen üçüncü kişilerin mesaj içeriğine ulaşmasını engelleyerek, çok gizli mesajları çok basit yöntemlerle aktarabilmek anlamını taşıyordu.
İletişim çağının başlangıcı
Kriptografi üzerine geliştirdiği yöntemler hakkında düşünen Shannon; iletişimin yalnızca gizlilik durumunda değil, iletişim kanalını etkileyen istenmeyen durumlar altında da doğru bir şekilde çalışabilmesinin yollarını aramaktaydı. Parazitli ve hataya açık bir iletişim kanalında bile, mesajın en az hata ile doğru ve güvenli bir şekilde alıcıya iletilmesi düşüncesi Shannon’ı oldukça meşgul ediyordu.
Bu bağlamda 1948 yılında yayınladığı “İletişimin Matematiksel Kuramı” [2] adlı makalesi, Shannon’ın şimdiye kadar yaptığı çalışmalar arasında en önemli olanıydı şüphesiz. Bu çalışma sayesinde teorik olarak bozuk bir iletişim kanalının bile, nasıl yüksek bir hassasiyetle kullanılabileceğinin temelleri atıldı ve Shannon bunu gerçekleştirebilmeyi son derece etkili bir yönteme dayandırıyordu. Bu yöntem; iletilerin içeriğine gönderilecek mesaja ek olarak, hata bildirimi yapabilecek bir “fazlalık” kodun eklenmesi kadar basit ama işe yarayan bir yöntemdi. Bu fazlalık kod, mesajı oluşturan kelimelerin -0 ve 1’lerden oluşan kod bloklarını kastediyorum- bir şekilde yanlış iletilmiş harflerini tespit etmek için kullanılıyordu. Mesajın içeriğinden bağımsız fakat niceliğine bağımlı şekilde oluşturulan fazlalık kodlar, alıcı tarafından mesajın çözümlenmesi sırasında bir teyit aracı olarak işlev görüyor ve bu sayede alıcı, mesajın ne olduğuna dair hiç bir fikri olmasa bile, doğru veya yanlış iletildiğini kolaylıkla anlayabiliyordu.
Shannon, makalesinde bilginin matematiksel bir açılımını da yapıyor ve temel birimini “bit” şeklinde ifade ediyordu. Bitler, tıpkı Boole Cebirinde olduğu gibi, yalnızca 0 veya 1 olarak gösteriliyor ve her türden bilginin (harf, sayı, görüntü vb.) bu gösterimle ifade edilebileceği savunuluyordu.
Birden çok sebepten devrimsel sayılabilecek bu makale, günümüz haberleşme sistemlerinin mihenk taşıdır. Cep telefonunuzla yaptığınız görüşmeler, kablosuz internet bağlantınız, telsiz haberleşmesi gibi gündelik hayatımızdan uzay çalışmalarına kadar neredeyse her alanda kullanılan iletişim sistemlerinin temelindeki bu büyük atılım; bilgiyi ve iletişimin temel dinamiklerini matematikçe yorumlamayı öngörebilmiş Shannon’dan başkasına ait değildir.
Reed-Solomon kodlamasını geliştiren matematikçilerden biri olan Irwing Reed, Shannon’ın söz konusu makale ile bilgi kuramına sağladığı katkıları şu şekilde açıklamaktadır:
“Bu yüzyılda ortaya çıkmış çok az çalışmanın bilim ve mühendislik üzerinde bu kadar etkisi olmuştur. Kendisi iletişim kuramının ve uygulamasının bütün yönlerini çok derinden değişikliğe uğratmıştır.” [3]
Çok yönlü bir bilim insanı olan Shannon, sıkıştırma algoritmaları üzerine de çalışmıştır. Yayınladığı makale bilgi kuramının yanı sıra, ilk sıkıştırma algoritmalarından birinin de örneklerini vermektedir. Aynı dönemde MIT’de görevli Robert Fano; Shannon ile paralel olarak benzer sıkıştırma teknikleri üzerinde çalıştığı için, ortaya çıkan algoritmaya Shannon-Fano algoritması şeklinde ortak bir isim verilmiştir. Bu algoritma, her ne kadar yerine daha iyi algoritmalar geliştirilmiş olsa da, özellikle ZIP formatına dönüştürülen dosyaların sıkıştırılmasında etkili bir yöntem olarak halen kullanılmaktadır.
Shannon, pek çok açıdan ilginç bir insandı. İyi bir jonglör olmasının yanı sıra tek tekerlekli bisiklet sürmek gibi hobilere sahipti. Hatta bir defasında, dairesel olmayan (eliptik) bir tekerleğe sahip bisiklete binmiş, bisikleti sürdüğü esnada bir aşağı bir yukarı hareket edebilmeyi denemiştir.
Claude Shannon, 2001 yılında Alzheimer’a yakalanmasının ardından hayatını kaybetmiştir.
Teknolojinin neredeyse her sathına dokunmuş yenilikleri filizlendiren bu değerli bilim insanını ve onun nezdinde, hayatımızı kolaylaştıran daha başka pek çok fikre imza atmış bütün bilim insanlarını selamlıyorum.
Kaynaklar
[1] A symbolic analysis of relay and switching circuits
[2] A mathematical theory of communication
[3] John MacCormick, Geleceği Değiştiren Dokuz Algoritma
