Введение

Решающим событием, которое заложило основу дисциплины теории информации и привлекло к ней немедленное внимание всего мира, стало опубликование классической статьи Клода Э. Шеннона "Математическая теория связи" в техническом журнале Bell System в июле и октябре 1948 года. В этой революционной и новаторской работе, работа по которой Шеннон в значительной степени завершила в лабораториях Белла к концу 1944 года, Шеннон впервые представила качественную и количественную модель коммуникации как статистический процесс, лежащий в основе теории информации, открывая с утверждения, что "Фундаментальная проблема коммуникации заключается в воспроизведении в одной точке, либо точно, либо приблизительно, сообщения, выбранного в другой точке". С ним появились идеи информационной энтропии и избыточности источника, а также его актуальность через теорему кодирования источника; взаимная информация и емкость канала шумного канала, включая обещание совершенной связи без потерь, данное теоремой кодирования шумного канала; практический результат закона Шеннона - Хартли для емкости канала гауссовского канала; и, конечно, новый способ рассмотрения самой основной единицы информации.

Ранние телекоммуникации

Некоторые из старейших методов телекоммуникаций косвенно используют многие идеи, которые позже будут количественно определены в теории информации. Современная телеграфия, начиная с 1830-х годов, использовала код Морзе, в котором более распространенные буквы (например, "E", выраженные как одна "точка") передаются быстрее, чем менее распространенные буквы (например, "J", выраженные как одна "точка", за которой следуют три "течки"). Идея кодирования информации таким образом является краеугольным камнем сжатия данных без потерь. Спустя сто лет частотная модуляция показала, что полоса пропускания может рассматриваться как просто еще одна степень свободы. Вокодер, который в настоящее время в основном рассматривается как любопытство в области звуковой инженерии, был первоначально разработан в 1939 году для использования меньшей полосы пропускания, чем у оригинального сообщения, примерно так же, как мобильные телефоны теперь обменивают качество голоса на полосу пропускания.

Количественные представления об информации

Наиболее прямыми предшественниками работы Шеннона были две статьи, опубликованные в 1920-х годах Гарри Найквистом и Ральфом Хартли, которые оба были все еще исследовательскими лидерами в Bell Labs, когда Шеннон прибыл в начале 1940-х годов. В статье 1924 года Найквиста "Определенные факторы, влияющие на скорость телеграфа" в основном рассматриваются некоторые подробные инженерные аспекты телеграфных сигналов. Но в более теоретическом разделе обсуждается количественное определение "интеллекта" и "скорости линии", с которой он может передаваться системой связи, давая отношение, где W - это скорость передачи интеллекта, m - количество различных уровней напряжения на выбор на каждом этапе времени, а K - постоянная. В статье Хартли 1928 года, названной просто "Передача информации", было использовано слово "информация" (в техническом смысле) и явно указано, что информация в этом контексте является измеримой величиной, отражающей только способность получателя различать, что одна последовательность символов была предназначена отправителем, а не какой-либо другой - независимо от любого связанного с этим значения или другого психологического или семантического аспекта, который могут представлять символы. Этот объем информации он определил количественно, где S - количество возможных символов, а n - количество символов в передаче. Поэтому естественной единицей информации была десятичная цифра, которая гораздо позже была переименована в Хартли в его честь как единица или шкала или мера информации. Информация Хартли, H0, все еще используется в качестве величины для логарифма общего числа возможностей. Аналогичная единица вероятности log10, запрет, и его производная единица децибан (одна десятая запрета), были введены Аланом Тьюрингом в 1940 году в рамках статистического анализа взлома немецких шифров Энигмы Второй мировой войны. Децибаннаж представлял собой уменьшение (логарифм) общего числа возможностей (подобно изменению информации Хартли); а также отношение вероятности (или изменение веса доказательств), которое можно было бы вывести для одной гипотезы по сравнению с другой из набора наблюдений. Ожидаемое изменение весомости доказательств эквивалентно тому, что позже было названо информацией о дискриминации Кульбака. Но в основе этого понятия все еще лежала идея о равных априорных вероятностях, а не информационное содержание событий неравной вероятности; ни какая-либо основная картина вопросов, касающихся связи таких разнообразных результатов.