前　　言O(shè)nce Upon an Algorithm: How Stories Explain Computing當(dāng)人們問起我的工作時，話題很快就轉(zhuǎn)向了什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)。說計(jì)算機(jī)科學(xué)是計(jì)算機(jī)的科學(xué)是一種誤導(dǎo)（盡管嚴(yán)格來說并非不正確），因?yàn)榇蠖鄶?shù)人會把計(jì)算機(jī)理解為個人計(jì)算機(jī)或筆記本計(jì)算機(jī)，并推斷計(jì)算機(jī)科學(xué)家整天在構(gòu)造硬件。其實(shí)，將計(jì)算機(jī)科學(xué)定義為對計(jì)算的研究只是在轉(zhuǎn)移問題，因?yàn)樗�立即引出了�?jì)算是什么的問題。多年來，我逐漸意識到，僅僅通過介紹一個又一個的概念來教學(xué)并不是很有效，它太抽象了�，F(xiàn)在，我通常首先將計(jì)算機(jī)科學(xué)描述為對系統(tǒng)性解決問題的研究。每個人都知道問題是什么，每個人也都理解問題的解。在通過一個例子解釋了這個觀點(diǎn)之后，我就有機(jī)會介紹算法的概念了，這使我能夠指出計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)之間的重要區(qū)別。大多數(shù)時候，我不需要談?wù)摼幊陶Z言、計(jì)算機(jī)和相關(guān)的技術(shù)問題，但即使涉及這些問題，通過具體的問題也可以很容易地說明這些概念。本書是對這種方法的詳細(xì)闡述。計(jì)算機(jī)科學(xué)是科學(xué)俱樂部的一名相對較新的成員，有時它似乎還沒有贏得像物理、化學(xué)和生物等嚴(yán)肅科學(xué)學(xué)科那樣的聲望。想象一個涉及物理學(xué)家的電影場景。你可能會看到有人在討論黑板上復(fù)雜的公式，或者穿著實(shí)驗(yàn)服做實(shí)驗(yàn)。這位物理學(xué)家是一位聲譽(yù)卓著的科學(xué)家，他的知識受到珍視�，F(xiàn)在想象一個涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)家的類似場景。你可能會看到一個書呆子坐在一個黑暗、凌亂的房間里，眼睛緊盯著計(jì)算機(jī)屏幕。他瘋狂地敲擊鍵盤，可能是想破解一些代碼或密碼。在這兩個場景中，他們都正在解決一個重要的問題，但是物理學(xué)家可能會對如何解決這個問題提供一些合理的解釋，而計(jì)算機(jī)問題的解仍然是神秘的，往往是神奇的，而且太復(fù)雜了，導(dǎo)致無法向非專業(yè)人士解釋。如果計(jì)算機(jī)科學(xué)對外行來說是無法解釋的，還會有人嘗試進(jìn)一步了解或理解它嗎？計(jì)算機(jī)科學(xué)的主題是計(jì)算，這是一種影響每個人的現(xiàn)象。我指的不僅僅是手機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)或互聯(lián)網(wǎng)。想想折紙飛機(jī)、開車去上班、做飯，甚至是DNA轉(zhuǎn)錄（當(dāng)你讀這句話的時候在你的細(xì)胞中發(fā)生了數(shù)百萬次的過程），這些都是計(jì)算—一種解決問題的系統(tǒng)方法的例子—盡管大多數(shù)人并不這樣認(rèn)為�？茖W(xué)使我們對自然界如何運(yùn)作有了基本的了解，并為我們提供了可靠地建立這種知識的科學(xué)方法。適用于一般科學(xué)的東西也適用于計(jì)算機(jī)科學(xué)，特別是因?yàn)槲覀冊诒姸嗖煌�情況下遇到了眾多形式的計(jì)算。因此，對計(jì)算有基本理解就像具備物理、化學(xué)和生物基礎(chǔ)知識一樣，可以更好地理解這個世界，更有效地解決許多現(xiàn)實(shí)世界的問題。這方面的計(jì)算能力通常被稱為計(jì)算思維。本書的一個主要目標(biāo)是著重于計(jì)算的一般性質(zhì)，進(jìn)而強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)科學(xué)的廣泛適用性。我希望這能激發(fā)人們對計(jì)算機(jī)科學(xué)更廣泛的興趣，使人們愿意對計(jì)算機(jī)科學(xué)有更多了解。我首先指出日�；顒又械挠�(jì)算，然后通過大家熟知的故事解釋相應(yīng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)概念。日常情景取自一個典型的工作日：早上起床，吃早餐，上下班，工作場所的情節(jié)，預(yù)約醫(yī)生，午后的愛好活動，晚餐，晚上反思一天的事件。這些小插曲都將引出書中的一章。然后，這些章節(jié)用七個流行的故事解釋了計(jì)算的概念。每個故事貫穿2或3章，圍繞計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個主題展開討論。本書分兩篇：算法和語言。它們是計(jì)算概念所依賴的兩個主要支柱。表1概述了本書要講的故事和它們所說明的計(jì)算機(jī)科學(xué)概念�！　　　　　　　”�1　本書中的故事故事 　　　　　　　　　　章 　　　主題第一篇 《糖果屋》　　　　　1、2　　 計(jì)算與算法　　　　 夏洛克·福爾摩斯　3、4　　　表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　　　　 印第安納·瓊斯 5、6、7　　問題求解與其局限第二篇 《飛躍彩虹》　　　　8、9 　　語言與語義　　　　 《土撥鼠之日》　　10、11　　控制結(jié)構(gòu)與循環(huán)　　　　 《回到未來》　　　 12、13　　遞歸　　　　 《哈利·波特》 14、15　　類型與抽象我們都喜歡好故事。故事給予我們安慰、希望和力量。它們向我們講述這個世界，讓我們意識到我們面臨的問題，有時還會提出解決方案。故事也可以為我們的生活提供指導(dǎo)。當(dāng)你思考故事教給我們的東西時，你可能會想到愛、沖突、人類的狀況，但我還會想到計(jì)算。當(dāng)莎士比亞筆下的朱麗葉問及名字意味著什么時，她談到了一個關(guān)于表示的重要問題。阿爾貝·加繆的《西西弗斯的神話》提出了如何面對生活的荒謬以及如何發(fā)現(xiàn)永無止境的計(jì)算的問題。故事有多層意義，它們通常包括一個計(jì)算層。本書努力揭開這一層面紗，并為讀者提供一個關(guān)于故事和計(jì)算的新視角。我希望讀者能欣賞這些故事中的計(jì)算內(nèi)容，并且這種新穎的觀點(diǎn)能激發(fā)讀者對計(jì)算機(jī)科學(xué)的興趣。