写给初学者:编程的本质

俗话说,开卷有益, 前几天又翻了下《计算机程序的构造和解释》,看到一个采用牛顿法求平方根的例子,产生了点新的感想,和大家分享下。

平方根的数学定义是这样的,对于一个数x , 如果有另外一个数r,  r大于等于0 ,并且r 的平方等于x , 那 r 就是 x的平方根。

这个定义描述了平方根的一般性事实,但是这是一个声明性的描述,并没有告诉我们一个具体的计算过程。 假设我们要写一个程序,给定一个数x , 怎么求得它的平方根呢?


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初学者可能会觉得, 我可以写个这样的程序啊:


square_root( x ){

    找到一个r ,确保 r的平方等于 x

    返回r

}



但是这个函数一点用都没有,只不过把原来的问题给重新描述了一遍而已。

如果有一个这样的编程语言,程序员会非常高兴: 我们可以用声明性的方式来写程序了!只需要告诉计算机说,找到一个r ,使得r的平方等于输入x 即可。

但是在当前的计算机体系下面, 这是绝对不可能的,计算机是个笨家伙,它只能按照人类的告诉他的指令一步步的工作, 它突出的优势只是运行得比较快而已。

程序员必须要告诉计算机到底该怎么做,怎么去找到那个r, 第一步怎么做,第二步怎么做。。。。。什么时候结束。

针对于求平方根的例子, 程序员需要找到一个算法,然后把这个算法的步骤和计算过程用计算机语言描述出来,形成计算机指令。


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这个计算过程大概长这个样子:

先猜测r = 1 , 判断r 的平方和x 是不是非常接近(例如相差0.0001)

如果不接近,让 r = (r+x/r) / 2, 继续判断r的平方 与 x 是不是非常接近

如果不接近, 继续让 r = (r+x/r)/2 。。。。。

对于 x =2 , 其计算过程如下:

很明显,这是一个逐渐逼近的过程,计算的次数越多,越逼近真正的平方根。

改写为编程语言描述:

请暂停阅读10秒钟, 仔细体会上述的计算过程,它和之前声明性描述有什么区别。

一个描述平方根是什么, 另外一个描述求平方根计算机具体怎么做。

无论多么复杂的程序,无论的前端之王javascript , 还是后端的java ,无论是面向过程的还是面向对象的,最终的做的同样的事情:把用户描述的需求(通常是声明式的)变成计算机可以理解,可以运算的步骤。

“是什么” 和 “怎么做”之间有着巨大的鸿沟,这个鸿沟就需要程序员的大脑去填补。 求平方根是个非常单纯的例子,已经有数学家们想好了具体的计算办法, 程序员翻译一下,变成计算机语言就行。

现实中这样的好事儿是不多的, 比如说你们公司要搞个社交化的促销: 用户连续x天转发某个活动到朋友圈就可以获得奖品, 转发的有效时间是早上9点至晚上10点, 同一天转发多次只算一次。

在实现上你首先得记录用户什么时间转发的,然后对转发时间排个序,过滤掉那些无效的转发,计算这些用户的转发时间没有连续性, 连续的天数到了指定的数值没有。 ---  这就不存在现成的算法,程序员需要自己想出计算的步骤,然后用代码实现。

可以看出,这不需要高深的数学知识,就是找到一个合适的算法和数据结构来描述它,这是编程最最基本的能力。

对于小白来说, 通过自学和培训,可能很快学会一个语言的使用, 可是基本能力不加强,早晚要吃亏的。最突出的表现是给他一个很简单的业务,他花了很长时间才写出一个漏洞百出的版本。


随着业务越来越复杂,一个领域的问题会和其他领域的问题交织纠缠在一起,让复杂度大大增加,简单的一个或几个算法和数据结构是搞不定的,  这时候必须得用一些辅助的手段才能解决,比如使用封装、分层、模式、分布式等等, 这是属于另外一个维度的设计能力了, 这种能力和编程语言都没有关系。

初学者完全可以先学会编程语言和框架,先具备工作能力,然后必须加强数据结构和算法的训练,随着经验的积累,慢慢地扩展到设计和架构层面。
 

2 个评论

写的很有道理
单纯的编程,也就是就知道语法知识的编程,根本不叫编程,最多就是拷贝粘贴的技巧,只会单纯的语法的编程连低级程序员都不如!
编程不仅仅是你对语法的掌握,你还要把各种技术混合到里面,这样才叫编程,你编程的时候,你应该问问自己,你的程序有算法吗?你的程序写的够简单吗?速度足够快吗?占用空间足够少吗?代码写的规范吗?语句写的标准吗?你的程序之间的结构合理吗?你类定义的合适吗?方法和属性合理吗?接口合理吗?等等等,包含很多东西!这就是高级程序员为什么赚这么多钱!要付出相当大的脑力劳动!
调试对你也很重要,一个程序高手,也是调试专家,其实调试很多方法,但大多数都是实践中得到的!

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