Кіріспе
Ақпарат теориясы пәнін қалыптастырған және оны бүкіл әлемге танытқан шешуші оқиға 1948 жылдың шілде мен қазан айларында "Белл жүйесінің техникалық журналында" Клод Э. Шеннонның "Білісудің математикалық теориясы" атты классикалық еңбегінің жариялануы болды. Бұл революциялық және жаңашыл жұмыста Шеннон 1944 жылдың аяғында Белл зертханасында толықтай аяқтаған жұмыста алғаш рет коммуникацияның сапалық және сандық моделін ақпараттық теорияның негізіндегі статистикалық процесс ретінде таныстырды. Ол "Коммуникацияның негізгі мәселесі - бір нүктеде, дәл немесе шамамен, басқа нүктеде таңдалған хабарды қайта жасау" деген мәлімдемемен ашылды. Бұл идеялар ақпарат энтропиясы мен дереккөздің артықшылығы және оның дереккөзді кодтау теоремасы арқылы маңыздылығы; өзара ақпарат және шулы арнаның арна сыйымдылығы, шулы арнаны кодтау теоремасымен берілген кемелді жоғалтусыз байланыстың уәдесін қоса алғанда; Гаусс арнасының арна сыйымдылығы үшін Шаннон-Хартли заңының практикалық нәтижесі; және, әрине, ақпараттың ең негізгі бірлігін көрудің жаңа тәсілі.
"The fundamental problem of communication is that of reproducing at one point, either exactly or approximately, a message selected at another point." With it came the ideas of
the information entropy and redundancy of a source, and its relevance through the source coding theorem;
the mutual information, and the channel capacity of a noisy channel, including the promise of perfect loss free communication given by the noisy channel coding theorem;
the practical result of the Shannon–Hartley law for the channel capacity of a Gaussian channel; and of course
the bit a new way of seeing the most fundamental unit of information.
Телекоммуникацияның алғашқы кезеңдері
Телекоммуникациялардың ең көне әдістерінің кейбіреулері кейіннен ақпарат теориясында сандық түрде анықталатын көптеген идеяларды қолданды. Қазіргі заманғы телеграф 1830-шы жылдардан бастап Морзе кодын қолданды, онда жиі кездесетін әріптер ("E" сияқты, ол бір "туқынды" ретінде көрсетіледі) аз таралған әріптерге қарағанда (бір "туқынды" және одан кейін үш "тегін" арқылы көрсетіледі) жылдам беріледі. Ақпаратты осылай кодтау идеясы жоғалтусыз деректерді сығыстырудың негізі болып табылады. Жүз жылдан кейін жиілік модуляциясы жолақты кеңістікті тек еркіндіктің тағы бір дәрежесі деп қарастыруға болатынын көрсетті. Қазіргі кезде аудио инженериясының қызығушылығы ретінде қаралатын вокодер 1939 жылы бастапқыда бастапқы хабарламаға қарағанда аз желіні пайдалану үшін жасалған, дәл сол сияқты ұялы телефондар да дыбыс сапасын желіні пайдалану үшін сатып алады.
Ақпараттың сандық түсініктері
Шеннонның жұмысының ең тікелей алғысы - Гарри Найквист пен Ральф Хартлидің 1920 жылдары жариялаған екі мақаласы. Шеннон 1940 жылдардың басында келген кезде екеуі де Bell Labs-те ғылыми жетекшілер болған. Найквисттің 1924 жылғы "Телеграф жылдамдығына әсер ететін кейбір факторлар" атты еңбегінде көбінесе телеграф сигналдарының кейбір егжей-тегжейлі инженерлік аспектілері қарастырылған. Бірақ теориялық бөлімде "ақылды" және оны байланыс жүйесімен беруге болатын "желі жылдамдығын" өлшеу қарастырылады, онда W - ақылдылықты беру жылдамдығы, m - әр уақыт қадамында таңдау үшін әр түрлі кернеу деңгейлерінің саны және K - тұрақты. Хартлидің "Мағлұмат беру" деп аталатын 1928 жылғы еңбегі ақпарат сөзін (техникалық мағынада) қолдану арқылы одан әрі әрі қарай өркендеді және осы контексттегі ақпарат өлшенетін сан екендігін анық көрсетті, бұл тек қабылдаушының символдар тізбесін жіберуші басқаларға қарағанда басқаларға қарағанда бірін-бірі ажырата білу қабілетін көрсетеді. символдар білдіретін кез-келген байланысты мағынаға немесе басқа психологиялық немесе семантикалық аспектіге қарамастан. Бұл ақпараттың мөлшерін ол сандық түрде анықтады, мұнда S - ықтимал символдардың саны, ал n - берілістегі символдардың саны. Сондықтан ақпараттың табиғи бірлігі ондық сан болды, көп ұзамай оның құрметіне Хартли деп аталды, ол ақпараттың бірлігі немесе шкаласы немесе өлшемі ретінде. Хартлидің H0 ақпараты әлі күнге дейін мүмкіндіктердің жалпы санының логарифмі үшін шама ретінде қолданылады. Лог10 ықтималдығының ұқсас бірлігін, банды және оның туынды бірлігін децибанды (банның оннан бір бөлігі) 1940 жылы Алан Тьюринг екінші дүниежүзілік соғыста неміс Энгигма шифрларын бұзудың статистикалық талдауының бөлігі ретінде енгізді. Децибаннаж мүмкіндіктердің жалпы санын (Хартли ақпаратының өзгеруіне ұқсас) азайтуды білдірді; сонымен қатар бір гипотезаға басқа бір гипотезаға қарағанда байқаулар жиынтығынан шығаруға болатын логтикалық ықтималдық қатынасы (немесе дәлелдеме салмағының өзгеруі). Дәлелдің салмағының күтілетін өзгеруі кейіннен Куллбектің кемсітушілік ақпараты деп аталатын ақпаратқа тең. Бірақ бұл ұғымның негізі әлі де тең емес ықтималдықтағы оқиғалардың ақпараттық мазмұны емес, тең априорлы ықтималдық идеясы болды; сондай-ақ осындай әртүрлі нәтижелердің байланысына қатысты сұрақтардың негізгі суреті де жоқ.
where W is the speed of transmission of intelligence, m is the number of different voltage levels to choose from at each time step, and K is a constant. Hartley's 1928 paper, called simply "Transmission of Information", went further by using the word information (in a technical sense), and making explicitly clear that information in this context was a measurable quantity, reflecting only the receiver's ability to distinguish that one sequence of symbols had been intended by the sender rather than any other—quite regardless of any associated meaning or other psychological or semantic aspect the symbols might represent. This amount of information he quantified as
where S was the number of possible symbols, and n the number of symbols in a transmission. The natural unit of information was therefore the decimal digit, much later renamed the hartley in his honour as a unit or scale or measure of information. The Hartley information, H0, is still used as a quantity for the logarithm of the total number of possibilities. A similar unit of log10 probability, the ban, and its derived unit the deciban (one tenth of a ban), were introduced by Alan Turing in 1940 as part of the statistical analysis of the breaking of the German second world war Enigma cyphers. The decibannage represented the reduction in (the logarithm of) the total number of possibilities (similar to the change in the Hartley information); and also the log likelihood ratio (or change in the weight of evidence) that could be inferred for one hypothesis over another from a set of observations. The expected change in the weight of evidence is equivalent to what was later called the Kullback discrimination information. But underlying this notion was still the idea of equal a priori probabilities, rather than the information content of events of unequal probability; nor yet any underlying picture of questions regarding the communication of such varied outcomes.