计算思维极简指南
我们身处于一个充满数据、信息和代码的时代。
芯片、算法、数据会越来越深入地嵌入我们的生活，甚至有一天，我们会与计算机连接共生。
计算思维并不是一个简单的编程概念，而是一种以解决问题为导向，在长期实践中磨练出的思考方法。
计算思维极简指南
文 | 博雅君
博雅人文（ID：boyarw）
我们身处于一个充满数据、信息和代码的时代。
计算机从实验室里的庞然大物，到今天的无处不在、不可或缺，只用了短短半个世纪。未来，芯片、算法、数据会越来越深入地嵌入我们的生活，甚至有一天，我们会与计算机连接共生。或好或坏，但我们难以抗拒和逃离。我们也无从否认，计算机是这个时代最强大的工具。
传播学大师马歇尔·麦克卢汉曾说：
我们成为我们所看到的东西，
我们塑造工具，此后工具又塑造我们。
技术从来都不是中立的，人类在创造和使用工具的同时，工具也在改变着人类的生活、思维和世界观。就好比一个人日复一日锤钉子，他最后就难以避免地被他每天抡起的那柄锤子所“锤化”。
技术和工具也也塑造着我们的文化，我们用石器时代、青铜时代、蒸汽时代、电气化时代、信息时代来为历史的各个时期命名，不仅仅是因为一种技术代表着一个时代的生产力水平，更因为一种技术塑造着一个时代的社会形态、思维方式和文化特征。
我们这个时代可以称为“计算时代”。身处于“计算时代”，也许你并不需要练就吊炸天的编程绝技，竞争上岗成为996码农大军的一员，但你绝对有必要了解一点计算思维，以及这种思维是怎样塑造世界的。如果你能将计算思维运用到你的生活和工作中，那么恭喜你，你又多了一种应对复杂现实问题的思想工具。
如何了解计算思维呢？博雅君为你准备了这份简明指南。
计算思维并不是一个简单的编程概念，而是一种以解决问题为导向，在长期实践中磨练出的思考方法。下面我们通过追溯计算机的发展历史，聊聊什么是计算思维？计算思维有什么用？如何像计算机科学家一样去看待问题？
01
什么是“计算思维”？
计算思维，是一种以解决问题为导向的思维方式，它通过拆分问题，设置合理的解决步骤来解决问题，同时大幅度提升生产效率。
这和我们普遍的认识很不一样，一般我们说什么思维，比如管理者思维，都是说你要先对这个领域足够熟悉，才能培养出这种思维。但是计算思维刚好相反。是先有计算思维，后有计算机。
在展开讲这个之前，我们先来弄清楚一个基本概念：算法。近些年，算法这个词在互联网行业很流行，但实际上，“算法”这个概念早在十七世纪就已经有了，意思很简单，就是指流程化、规范化的运算步骤。
我们举个例子来说明算法的作用。
在二战时期，美军在用远程炮弹作战前，通常需要先解决一些实际问题，比如射击距离是多远、实时风速是多大等。你当然可以找个专家拿笔现场算，但是在千钧一发的战场上，为了确保算得快，算得准，最好的办法是把运算步骤拆开，交给不同的计算师同时计算。
这么做有两点好处：
第一，每个运算师只算其中一部分，很快能出结果；
第二，计算步骤是提前设置好的，计算师只要执行就可以，甚至不用懂其中的逻辑，每个人只需要流水线化地进行计算就行了，因此运算误差也很小。
这其实就是现在很多超级计算机进行“分布式并行计算”的原理。所以你看，当一个问题可以通过计算被解决时，使用算法思想就能快速、准确地解决它，这就是算法的好处。
最初的算法思维代表了人类对理性、效率的追求。17世纪，当时的西方哲学家认为人都是有主观性的，因此算法甚至被用来推导哲学问题。
工业革命之后，随着技术水平的提升，人们就开始幻想，如果有一台机器，既能控制它的计算步骤，又能让它自动计算，那解决问题的能力不就大大提升了嘛。从这个设想中，我们其实可以归纳出计算机的两个特点：第一是自动化、第二是可编程。
自动化、可编程的机器最早出现在18-19世纪的欧洲。
1768年，瑞士一个钟表师做出了一个能自动写字的人偶，通过组合齿轮，人偶能在纸上写出特定的字，人偶能写字就是“自动化”。
随后，在1804年，在法国出现了可以织出不同图案的织布机，当然，得需要借助不同花纹的打字卡，才能织出各种图案。提前把布匹的花纹通过卡片设计、固定下来，这就实现了“可编程”。
这两种机器的出现说明，在自动化、可编程两方面，人类已有所尝试，但这离计算机还相去甚远。后来，“自动化”和“可编程”这两个特点被结合起来，才出现了现代计算机的雏形。
1830年，因为不满意人类本身的计算能力，英国人巴贝奇决定做一个分析机，来代替人完成计算工作。巴贝奇厉害在哪儿呢？在他的设想中，他不仅希望分析机能自动计算，还希望分析机的计算步骤是可以被设计的，每次的计算的时候，都可以根据需要去设定步骤。但是由于技术尚且不成熟，最终分析机没能实现。
一直到了1945年，随着电子真空管的技术成熟，加上军方的支持，世界第一台通用计算机才在美国诞生，真正实现了自动化与可编程的结合。当然，计算机的诞生远没有我们概括的这么简单，今天限于篇幅我们无法展开。但是你可以发现，尽管几十年来信息产业发展迅猛，但自动化、可编程这两个核心却从未改变过。
小结
计算机思维是一种以解决问题为导向的思维方式，通过流程化地设置解决步骤，可以提升我们的工作效率。工业革命之后，人类开始尝试制作真正的计算机，并期望这种机器有自动化、可编程两种特点。由于技术原因，直到1945年才诞生了第一台通用计算机，但是，这两个核心特点却从未变过。
02
计算思维能帮我们做什么？
我们可以把计算思维的作用分为三个层次：
第一层，计算思维能帮我们实现自动化，提升做事的效率；
第二层，计算思维可以帮助人类攻克一些复杂的问题；
第三层，计算思维可以运用在其他科学领域，让我们从计算的角度去看待世界。
我们先来看第一个层次，计算机思维帮助我们实现自动化，提升效率。
实际上，1940年代尽管计算机已经诞生，但自动化程度还远远不够。随着计算机技术的发展，人们从没停止过对自动化的探究。
我们拿编程语言的发展来举个例子。在计算机刚诞生时，人最早们都是拿“汇编语言”编程，因为汇编语言是属于机器的语言，所以使用起来门槛很高。为了提升自动化程度，就很有必要发明通用简易的编程语言。于是在1957年，人们发明了Fortran语言，这种语言让写公式变得容易。到了1958年，LISP语言出现，提升了符号处理和逻辑运算的能力。1959年又发明了用于商业数据库编写的COBOL语言等。从1957年到1959年，每年都会诞生一门以上的新语言。
再往后，随着软件越做越大，还出现了“面向对象”的程序设计语言，比如现在很流行的C++、JAVA、Python等。以往程序员编程时使用的语言是线程式的，就是说，只需要操控计算机就可以了，而到了面向对象的程序设计这里，程序员要操控的不再是单独一台计算机，而是一系列对象。此外，除了高级编程语言的完善，根据应用需要还衍生出了系统思维、网络思维、安全思维等一系列，进一步提升了自动化水平。以上，就是计算机思维的第一个作用：实现自动化、提升效率。
计算机思维的第二层作用，是可以帮助人类攻克一些复杂的问题。
这里的复杂问题是一种绝对的复杂，和大多数人理解的复杂并不一样。比如，让小学生去做一道高数题，这听上去很复杂，但实际上只是一种相对复杂，只要掌握了方法，还是能够解决的。但是就存在一类问题，光是巨大的运算量人们就难以应对，更不用提找到简单的算法进行优化了。因此我们称其为真正意义上的难题。
我们以“旅行推销员问题”为例：
假如现在你是一个推销员，现在你需要从所在的城市出发，去N个城市进行推销，最后回到你所在的城市。那么应该如何安排路线，总路程才最短呢？
有点数学基础的朋友，肯定能想到用排列组合的解法计算，最后比较出最短路线就可以了。但是，假设这里的N等于10，你会发现需要计算36万种路线，如果是15个城市，那计算量就是百亿级别的了。
像这种随着复杂度的提升，计算量呈指数级别增长的问题，才是真正的难题。
在计算机出现之前，由于计算能力不足，人类对这种问题几乎束手无策。但是，计算机出现之后，虽然难题依然是难题，但至少可以考虑通过改善算法，来提升运算速度。这就是计算机思维的第二个作用：帮助人类攻克复杂的问题。
计算机思维的第三层作用，是给人类提供了新的视角，让人类从计算的角度去攻克其他领域的问题。
20世纪80年代出现的“计算机模拟”研究法，提供了理论、实验两种模式之外的第三种研究方法。这种计算机模拟的好处在哪呢。我们都知道，传统的研究方法在很多场景下都有局限。
举个例子，如果要分析飞机在高空的气流情况，总不能真的在高空实地做实验吧。但是把气流情况模拟成可计算的问题，用计算机模拟飞行系统，就可以解决这个问题，省钱省时间，关键还没什么风险。也就是说，计算机思维可以帮我们模拟真实系统，克服许多传统实验方法的局限。
随着这种研究方法的不断运用，计算机思维渗入到了各种学科，“计算”变成了很多学科领域的底层思维。
所以现在有了很多传统学科与计算机结合的交叉学科，比如计算语言学、数字人文、计算生物学、计算传播学等等，因为很多问题都可以化归为计算问题加以解决。这就是计算机思维的第三个作用：给人类提供了新的视角，让人类从计算的角度去攻克其他领域的问题。
03
“计算思维”的启示
计算机思维在我们的实际生活中能发挥什么作用呢？我在这部分总结了计算机思维的三点启示。借助这三点启示，能帮我们看清生活中许多事情的本质。
计算机思维给我们的第一点启示是：
解决复杂的问题和任务，要学会用流程化的思维应对。
算法的核心在于：通过规范化的运算步骤来提升计算速度，同时保证正确率。
这实际上也是整个机械化生产的秘诀。日常生活中，大多数人都不需要去了解真正的运算逻辑，但是流程化思维仍然对我们有好处。这是计算机思维给我们带来的第一点启示。
第二点启示是：
计算机的发展历史总是受到硬件水平的制约，因此做事情时，要兼顾客观事物的发展条件。
计算思维并非是在计算机出现之后才产生的。但在技术成熟之前，尽管像巴贝奇这些人已经琢磨清楚了基本逻辑，却仍然无法真正发明计算机。思想再伟大，也需要一场硬件革命。想法再丰满，但想要最终解决问题，仍然需要我们顺势而为。这是计算机思维给我们的第二点启示。
第三点启示是：
尽管计算机非常强大，但也并非所有问题都能解决，因此我们要学会明确问题的边界，考虑实用性而不要一味追求最优解。
计算机解决问题的前提在于问题的“可计算”，也就是说，如果问题本身无法被计算，即使信息技术再强大，人类仍然束手无策。
比如我们刚刚提到的那个“旅行推销员问题”，即使有了计算机，但直至目前仍没有找到完美的算法来解决这个问题。但找不到最短路径，不意味着找不到相对短的路径。
因此这个时候，就需要我们明确问题的边界，先在能力范围之内找一个相对好的解决方案，在保证够用的前提下，再去探究最优解，而不是一上来就不达目的不罢休。
以上就是计算机思维带给我们的第三点启示。
总结
计算机思维是一种以解决问题为导向的思维方式，通过流程化地设置解决步骤，可以提升我们的工作效率。这种思维要求计算机具备两种特点，自动化和可编程。
计算机思维的三个作用：
（1）计算机思维能帮人类实现自动化，提升生产效率；
（2）计算机思维给人类提供了计算的思路，让我们有机会去攻克一些真正意义上的难题；
（3）计算机思维可以被运用在其他科学领域，给人类提供了一个看待世界的新视角。
计算思维的三点启示：
（1）要学会用流程化的思维去应对问题；
（2）要正视限制事物发展的客观条件；
（3）明确问题的边界，考虑实用性而不要一味追求最优解。
博雅君陪你读书！