兩年前舟茶，我在高中母校舉辦的夏令營上做了關于信息學競賽的報告。兩年前堵第，我告訴同學們吧凉，編程是一種技能，每個人都可以且應該掌握踏志，就如同駕駛一樣阀捅。兩年前，我瀏覽同學們的反饋针余，有一個女生寫道饲鄙，駕駛不僅僅是一種技能，人們還能從中獲得享受圆雁，比如駕駛一輛好車忍级。我陷入沉思，編程在作為一種技能的同時伪朽，還有沒有其他屬性颤练，難道也如駕駛一般，用一臺更好的電腦編程更能獲得享受驱负？兩年后嗦玖，回過頭來發(fā)現(xiàn)自己的思考實在荒謬：人們從編程中當然能獲得享受，但這種享受與硬件條件關系甚少跃脊，而更多源自編程本身宇挫。駕駛可以說是操控載具的藝術，而編程酪术，則是操控數(shù)據(jù)的藝術器瘪。

數(shù)據(jù)

當我談編程時，我想說的是數(shù)據(jù)绘雁。這是一個濫用“大數(shù)據(jù)”的時代橡疼，那么“數(shù)據(jù)”究竟是什么呢？整數(shù)庐舟？實數(shù)欣除？還是字符串？不對挪略，這些都只是數(shù)值历帚，數(shù)據(jù)本身應該是一種更抽象的東西滔岳。可以拿表格來舉例子挽牢，一張表格就可以認為是數(shù)據(jù)谱煤。能不能把表格視作與整數(shù)、實數(shù)禽拔、字符串一樣刘离，只不過是另一種數(shù)值呢？恐怕不太適合睹栖，表格有一個很明顯的差異硫惕，就是它是有結構的，即表格有一些內(nèi)在的結構（如行列）磨淌，而數(shù)值填充在這結構中疲憋。所以，數(shù)據(jù)是有結構的數(shù)值集合梁只，而數(shù)值缚柳，則是相對無結構的信息實體。

人們從實踐中獲得各種數(shù)值搪锣，為了分析其意義秋忙，往往按照一定的方式對數(shù)值進行結構化，得到適于分析的數(shù)據(jù)构舟。初中的時候每逢大型考試灰追，老師們在批改結束后會將每個學生每個科目的得分一一輸入電腦，對每個學生生成一個元組狗超，包括了學號弹澎、姓名、班級努咐、分數(shù)等屬性的數(shù)值苦蒿，最后把所有的元組聚集在一起構成數(shù)據(jù)庫，此時就可以做各種分析了（如平均分）渗稍。那么佩迟，人們?yōu)槭裁匆@么做呢？所有人的試卷堆在一起竿屹，想算平均分一張一張加就好了报强，為什么要花時間整理成結構化數(shù)據(jù)呢？原來拱燃，人們不僅僅想算平均分秉溉，可能還要算最高分、及格率什么的，這時直接操作原始數(shù)值的堆砌就顯得很笨拙了坚嗜。整理得到結構化數(shù)據(jù)夯膀，能夠幫助更方便地重用數(shù)據(jù)诗充。

還是考試的問題苍蔬，現(xiàn)在我們得到數(shù)據(jù)了，可以得心應手地做各種分析了蝴蜓，但很快我們又發(fā)現(xiàn)了新問題：最高分碟绑、平均分等任務操控數(shù)據(jù)的方式其實是非常雷同的，但我們卻重復了一遍又一遍茎匠。人力成本是很高的格仲，如果有一個機器能幫助我們完成各種相似的分析過程，該多好诵冒！但問題在于凯肋，我們顯然不可能為每種數(shù)據(jù)操控任務去造一臺機器。這個問題要怎么解決呢汽馋？

前輩們已經(jīng)給出了答案侮东，就是通用數(shù)據(jù)操控機器。什么叫“通用”呢豹芯？前輩們觀察到悄雅，很多任務都可以分解為很多小的動作，比如算平均分铁蹈，就可以分解為把兩個數(shù)加起來放到一個地方宽闲，以及把兩個數(shù)作除法放到一個地方，這兩個小的動作握牧。如果我們能找到一個“小動作”集合容诬，由這些“小動作”的各種組合可以進行多種多樣的數(shù)據(jù)操控，然后我們再為每個小動作找到一種高效的機械實現(xiàn)沿腰，那么下一次我們要處理數(shù)據(jù)時览徒，就可以把其“小動作”序列輸入給這個機器，機器不就可以自動地去處理數(shù)據(jù)了嗎矫俺！

如果你認可上面的解答吱殉，那你已經(jīng)觸及到編程的核心了。所謂編程呢厘托，就是在給定“小動作”集合的前提下友雳，對于一個數(shù)據(jù)處理任務，合理地組織“小動作”構成操作序列铅匹，使得其正確而高效地完成任務押赊。

算法

當我談編程時，我想說的是算法。上面提到流礁，編程的核心就是對數(shù)據(jù)處理任務寫出正確而高效的操作序列涕俗。這乍一看是個很容易的問題——不就是用機器模擬人的動作嘛！但別忘了神帅，這個通用機器相比起人再姑，其能力是很受限的，優(yōu)勢也許僅僅在于完成“小動作”時能比人更快找御。舉個例子元镀，假設我們要把所有學生的數(shù)據(jù)按學號排序，而我們能使用的“小動作”又只有簡單的數(shù)據(jù)比較和數(shù)據(jù)移動呢霎桅？一個簡單的想法是栖疑，就像打撲克時大家摸牌的方法一樣，每次取出一個元組滔驶，將它與前面排好序的元組一一比較遇革，并插入到合適的位置。這個方法固然正確揭糕，但它效率如何呢萝快？真的高效嗎？

還有一個或許不太容易理解的方法插佛，就是我們先把所有學生元組均分為兩組杠巡，然后兩組分別排序，然后將兩組排序的結果合併在一起雇寇。注意在描述中出現(xiàn)了“兩組分別排序”氢拥，這其實是一個自引用，即分別排序時使用的方法也是：將元組分成兩組锨侯，然后再分別排序嫩海。舉個例子，對下面8個數(shù)進行排序：

[8,7,2,1,4,5,6,3]

先分為兩組：

[8,7,2,1] [4,5,6,3]

為了省篇幅就拿第一組繼續(xù)演示：

[8,7] [2,1]
[8] [7] [2] [1]

當分到每組只有一個時囚痴，自然可以認為這組已經(jīng)排好序了叁怪，所以我們可以合并結果：

[7,8] [1,2]

再合并：

[1,2,7,8]

假設第一次分的時候的另外一組也這樣排好了，得到：

[1,2,7,8] [3,4,5,6]

最后合并：

[1,2,3,4,5,6,7,8]

例子很簡單深滚。那么問題來了奕谭，這個方法對任意的序列都正確嗎？高效嗎痴荐？與上一段的逐一插入的方法孰優(yōu)孰劣血柳？

這并不是一個那么容易回答的問題，而這還僅僅只是一個簡單的數(shù)據(jù)處理任務生兆。人們?yōu)榱搜芯窟@個問題难捌，提出了算法，即對“小動作”操作序列的正式稱謂，并發(fā)展出各種各樣的研究：從分析算法的正確性根吁、效率员淫，到各種算法設計的方法。實際上击敌，算法設計與分析是一個很大的領域介返，人們針對各種各樣的問題設計出了很多優(yōu)美的算法，難怪大家會感嘆算法設計的藝術愚争。有前輩說過映皆，“程序=數(shù)據(jù)結構+算法”挤聘，由上面的討論轰枝，這個斷言便很好理解了吧。

抽象

當我談編程時组去，我想說的是抽象鞍陨。這也是我認為編程是一種藝術的原因。這里的抽象从隆，與印象派那種抽象是不一樣的诚撵。編程里的抽象，與所謂的建模有點類似键闺。人們在解決不同的問題時寿烟，往往會建立不同的模型。如果我們把一些建模的過程給串起來辛燥，即在一個模型之上再構建一個模型（后者某種程度上依賴前者）筛武，那么不同的模型相當于可以解決不同層次的問題，這就叫做抽象挎塌。

舉個例子徘六，還是剛才的考試數(shù)據(jù)處理，從原始數(shù)值到有結構的學生信息元組數(shù)據(jù)榴都，可以認為后者是對前者的抽象——我們建立了學生信息的模型待锈；然后，我們?yōu)榱私⑼ㄓ脭?shù)據(jù)操控機器嘴高，設計了一套操控數(shù)據(jù)的“小動作”竿音，這套“小動作”就是在學生信息模型上建立起新的抽象，我們可以通過這個層級上的“小動作”去操控相對底層的數(shù)據(jù)拴驮。還能進一步抽象嗎春瞬？比如我們的任務常常需要對一列數(shù)求和，那么我們完全可以在“小動作”層上再做一層抽象莹汤，提供數(shù)列的求和接口快鱼，那么我們在編程時可以直接用這個接口對一列數(shù)求和，而不用觸碰相對底層的“小動作”。

從這個例子中可以看出抹竹，抽象是編程解決問題中至關重要的方法线罕，因為我們使用的是通用數(shù)據(jù)操控機器，而我們解決的問題卻是領域特定的窃判，這個領域可能有它自己的描述系統(tǒng)钞楼。那么，我們可以通過抽象袄琳，在通用數(shù)據(jù)操控層上設計領域特定模型询件，為解決領域特定問題提供接口。其實唆樊，抽象正是一種設計宛琅，從而它使得編程成為了一種藝術。

電腦上安裝的操作系統(tǒng)逗旁，也是個很好的例子嘿辟。電腦可以認為是一種通用數(shù)據(jù)操控機器。這個機器本來是幾乎啥也沒有的片效，沒有計算器红伦、沒有表格……而操作系統(tǒng)的設計者則先建立一層抽象，設計出各種接口淀衣，包裝起對硬件的操控昙读，并另外設計了一套“小動作”，可以更方便膨桥、更有邏輯地調(diào)用各種接口蛮浑。然后，操作系統(tǒng)的設計者再在這一層上建立各種模型——處理文檔的模型国撵、處理幻燈片的模型……其實陵吸，這就是所謂的軟件。

作為結尾介牙，需要提醒大家的是壮虫，編程者設計抽象的品味是大相徑庭的。一些商業(yè)上很成功的程序其實有著很壞的設計环础。如果想要學習編程囚似，那一定要嚴格地審視自己的和他人的程序，思考并評價其設計线得，并慢慢形成自己的“編程品味”饶唤。