有关信息论的技术(世界信息论由他开启)(1)

4月30日是信息论创始人克劳德·艾尔伍德·香农(C. E. Shannon,1916-2001)的诞辰日。1948年,他发表了著名文章《通信的数学理论》(A Mathematical Theory of Communication),创建了信息时代的理论基础——信息论,香农因而被称为“信息论之父”。

信息论(information theory)是应用数学、电子学和计算机科学的一个分支,涉及到运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题,找出信号处理与通信操作的基本限制,如数据压缩、可靠的存储和数据传输等。

香农为通信工程师们点亮了灯塔,为他们的探索指明了工作方向。今天是香农诞辰106周年纪念日,在此,让我们一起回顾西电的信息论研究之路!

有关信息论的技术(世界信息论由他开启)(2)

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我国第一个信息论研究小组

历史定格着这样一个镜头:

1956年4月,在位于张家口中国人民解放军通信学院(西电前身),一位戴着深度眼镜的中年人,身旁围坐着七八个年轻人,正在争论着一个十分重要的问题——如何给一门新兴的学科确定中文名。大家你一言我一语,各抒己见。

最后还是这位戴眼镜的长者以其渊博的知识一锤定音:“信息论”。

这就是科学界公认的全国第一个信息论研究小组。

这位戴眼镜的中年人就是毕德显院士,他被公认为我国最早研究信息论的专家。

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▲毕德显院士

作为我国最早研究信息论的著名学者,毕德显在信息论研究方面的建树还应该前推六七年。早在1949年,毕德显就以其渊博的知识和卓见,几乎与信息论创始人香农同期提出过相似的理论。

此后几年,尽管刚入中国人民解放军军委工程学校,筹建雷达工程专业的工作十分繁重,毕德显仍始终关注着信息论的发展,他以顶层思维的眼光预感到,信息论必将成为一切通信和信息系统乃至自动控制等技术设计中具有普遍指导意义的基础理论。

为此,毕德显从通信和电子技术的全局出发,选定信息论的重要分支“雷达信息论”这个国际界也刚刚涉及的领域作为主攻方向,他要在科学的道路上披荆斩棘,开辟出一条新路,运用这一理论去推动雷达技术的革命,为我国雷达技术赶超世界先进水平做出中国贡献。

很快,毕德显就率领一批理论功底扎实,敬业精神强、立志献身雷达事业的年轻人,开始了对雷达信息论的科学探索。

在研究小组成立的首次会议上,平素言语不多的毕德显显得很兴奋,他对围在身边的弟子说:“在座的各位都已看过香农1948年发表的《通信的数学理论》。可以说,这篇论文是信息论正式诞生的标志,因为它第一次理论上阐述了通信系统的数学模型和度量概率信息的公式,为概率信息的定量研究提供了理论根据。信息论揭示的规律具有高度普遍性,可以预见,在不远的将来,将被迅速应用于科学技术的各个领域……”

稍微顿了顿,毕德显又接着说:“但是,研究这个东西很枯燥,也很费神,没有一种献身的精神恐怕难以坚持,更不可能出成绩,我们的原则是自愿。”结果十几个年轻人没有一个打退堂鼓的,李祖乘、保铮、戴树荪、蔡希尧、徐越彦、张以杰等都是这个组的骨干。

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▲毕德显(二排左二)与雷达教授会教员合影(一九五六年 张家口)

1956年12月,《电信科学》专题约稿,希望写几篇信息论的文章介绍给读者。毕德显不仅亲自撰写了《介绍信息论》,还要求保铮、蔡希尧等年轻人也写一篇。这是国内最早介绍信息论的刊物,对信息论知识的推广起到了很好的作用。

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信息论专业在西电的创办与发展

我校的信息论专业开办于1960年。

1960年,中央军委从全国各地筛选了一批科技人才来充实西军电的力量,这些人中有些是从苏联、东欧一些国家留学归来的科技人员。在这种形势下,我院领导决定在这所工科院校建立一个理科系,当时为五系。该系设有六个专业:信息论、计算机科学、量子无线电、半导体物理、电子元件和电真空。

当时全国工科院校中成立理科系的院校为数不多,设有信息论专业的就更少。五系的特色是特别重视基础理论,这无论在科研方面还是在教学方面均可体现出来,而且对我国后来的发展有深远影响。

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▲1962年,信息论专业实验室建设计划

信息论专业成立以后,陈太一教授和胡征教授领导了信息论研讨班。学院当时研讨班的主要成员有肖国镇教授、王育民教授、梁传甲教授和王新梅教授等人。那时大家热情很高,干劲很大,许多同志连星期天都不休息参加讨论班。

值得特别指出的是,陈太一教授和胡征教授对学院信息论专业的建立和发展所做的贡献十分显著,他们自始至终主持这个研讨班,在班上倡导学术、创造自由讨论的环境。

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▲王新梅、肖国镇、王育民、梁传甲和信息论专业创办人陈太一教授(中)

这种精神鼓舞着当时研讨班的年轻人,而且一直延续下来。历史证明这个研讨班培养了一批信息论方面的优秀人才。

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▲肖国镇(左)王育民(右)与信息论讨论班导师胡征

70年代,随着卫星通信、计算机通信网和VLBI等技术的发展,国外信息理论有了较大进展,特别是率失真理论和数据压缩、多用户编码理论等新领域,纠错编码理论发展更快。代数编码方面的代表作是Berlekanp的《代数编码理论》一书。

1970年,肖国镇、王育民、梁传甲、王新梅等人重新组建研讨班。主要讨论信息论和编码理论。当时国内工程技术界对代数编码理论还很陌生,西北电讯工程学院(西电前身)在这方面起步最早。

1972年,尼克松访华期间为我国带来了一套地面卫星站,人们又开始认识到编码理论的重要性。那时全国许多单位邀请学院的肖国镇、王育民、梁传甲、王新梅等老师去讲学。其中有19所,南京714厂、武汉22所、北京总参55所和无锡的一些研究所。

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▲五系十六教研室信息论专组

为了适应新形势的需要,学院于1975年和1976年分别举办了编码理论和信息系统的一年制培训班,为国防口有关部队和研究所培训了一批人才,因此学院信息论方面的工作人员为信息论在我国的普及、军用及高科技方面的应用做出了重大贡献。

1976年,公钥体制提出以后,保密通信理论的研究工作开始在国际上出现了一股热潮,学院信息论专业人员意识到密码在未来信息化社会中必将扮演十分重要的角色。

因此,学院调整决策,既要保持在信息论和编码方面的优势,也要扩大专业面,特别是要迅速加强密码领域的研究。

随后几十多年来的发展证明,这个决策是十分正确的。

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▲1985年,关于成立工程信息论等四个研究室的决定

1986年,西安电子科技大学王育民与王新梅两位教授参加在美国密歇根大学举办的国际信息论会议时,有幸见到了香农,王新梅教授回忆道:听说我们是中国大陆来的,他感到很诧异,也很高兴,因为之前很少见到大陆的人,我们还合影作为留念。

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▲王新梅教授(前排左一)与香农

1988年,西电获准设立密码学硕士点。1993年,西电获准设立密码学博士点,这是全国首批两个密码学博士点之一,也是我国当时直至现在唯一的军外博士点。

经过30多年的建设,学院的信息学科已成长为一个崭新的、在国内外有一定知名度的密码学学科。

2011年,西电密码学获批军队指挥学一级学科,成为军外唯一的密码学国家重点学科和军事学一级学科授权点。

2016年1月,西电成为首批获得网络空间安全一级学科博士点学位授予权的高校。

2017年9月,以总分排名第一的成绩,西电获得了由中央网信办和教育部联合评选的“国家一流网络安全学院建设示范项目高校”称号。

今天,西电已成为我国培养密码学和信息安全人才的重要基地,为国家和军队培养了一批密码和信息安全专业的优秀人才。

未来已来,未来可期!

在西安电子科技大学信息论与密码学的发展道路上,离不开信息泰斗香农的指引。

正如他的“信息论”巨著刚一面世时,美国《财富》杂志立即称此理论为:一个人最杰出和最令人为之骄傲的创造;一个伟大的、能够迅速而深刻地改变人们对于世界看法的科学理论。

文章参考来源:王育民,《西电信息学科发展简史——献给母校九十华诞》;王育民,《我的大学生涯》;肖国镇,《西安电子科技大学信息论发展概况》;杨学生 卫亚伟 余光烈著《毕德显》.中国科学技术出版社.2002。

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编辑丨杨欣 任丹 张莹 张睿晗

责任编辑丨田鸽

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