涂道编程(途道编程机器人怎样)

这本书告诉你，计算机为何能读懂人类语言，编程思维让你更聪明

在这个互联网时代，我们出门购物、拍照、打电话、浏览信息，只需要带上一部智能手机就可以了。如果在20年前，要实现这些功能，需要带一大堆东西。如今，我们口袋里的这台计算机，和50年前送宇航员上月球的那台计算机相比，功能更强大，体积更小巧。计算机为什么功能强大，能读懂人类的语言？直到我看了《写给所有人的编程思维》这本书，解答了心中的疑惑，明白了计算机的工作原理。这一切能都离不开程序员的编程设计，说到编程，人们总是想到程序员坐在电脑面前，敲击着一长串神秘的代码。其实，编程体现的是人类的智慧。在《写给所有人的编程思维》这本书中，阐述了计算机的历史和二进制工作原理，以及如何创建编程思维。计算机的编程需要逻辑、推理和数学。编程思维可以提升思维能力，创造性地解决问题。学习编程思维并不是要掌握编码技巧，而是学习一种解决问题的思维方法。本书有四章内容：学会编程思维；解决问题；学习编程语言；继续努力。本书的作者吉姆·克里斯蒂安，是英国著名的科技教育专家，编程怪才，曾获得Dr.Dobb’s程序设计卓越奖。我们来看计算机是怎样读懂人类语言的，我们如何用编程思维解决问题。计算机的特征。计算机是指能够接收、转换、存储信息，再用设定的形式将信息输出的电子设备。计算机的形式多种多样：手机、平板电脑、台式计算机、笔记本。虽然它们形状各异，但内部的结构都大同小异，都有：主板、网络、输入和输出设备、外存储器、随机存储器、微处理器。微处理器就是人们常说的中央处理器或CPU,是计算机的大脑，负责处理“思维”工作。在微处理器的内部，有成千上万个开关等待电信号的到来，电信号通过通道和闸门的开关，以二进制数字的形式生成。微处理器的核越多，每秒能够运行的指令也就越多。编程就是将人的想法、思维，翻译成计算机能读懂的二进制数字语言，转换成计算机要执行的动作。计算机的语言--二进制。计算机中所有的输入和输出，都是由无数个0和1组成的二进制数字经过编码、解码，转换成计算机能识别的代码实现的。二进制是1679年，由德国天才大师莱布尼茨研发出来的。二进制是一种计数方式，只用到两个数字0和1，因为计算机只能识别0和1组成的代码。0和1这两个数字掌管计算机内部晶体管的开关，1表示开，0表示关。人们操作计数机，就是通过控制计算机内部晶体管的开关，引导电流进入正确的方向，实现程序运行的。我们工作、生活中常用的算数是十进制，就是逢10进1。计算机的二进制规则是逢2进11和0就是计算机能懂的语言，表示开和关，是和否，真和假。在二进制中，数字1，用1表示；数字2用10；数字3用11；数字4用100；数字8用1000。如果用十进制，两只手只能数到10，但如果用二进制，一只手就能数到31。如果用两只手，就能数到1023，因为在二进制中，后一根手指的数值是前一根手指的两倍。第1只手的小拇指表示16，另一只手的大拇指就表示32，食指就代表64，中指代表128，无名指代表256；小指代表512。这个游戏很好玩，能够锻炼创新思维和逻辑思维。二进制数值还可以用来表示英文的26个字母，A用数字1；B用10；C用11；……如果这组信息：1000 101 1100 1100 1111 拼写出来就是“你好”，这样就将人类语言转化成计算机能懂的语言。计算机语言讲究语法和语境，一个逗号，一个字母就能改变整个句子的意思，可以说，差之毫厘，失之千里。计算机的编程语言经历了机器语言、汇编语言、高级语言三个阶段，世界上的编程语言有100多种，但是常用的只有10-15种，这里介绍几种编程语言。算法就是为了完成某项任务，按照设定的顺序执行的一系列明确的指令。算法中指令越具体、越明确，指令运行时出错的概率就越小。比如我们让一个叫小智的机器人来整理床铺。因为小智不明白“整理床铺”的做法，我们整理的要求是：把羽绒被、毯子、枕头收拾好，所以我们下达的指令要具体、清晰。1. 将羽绒被平整地铺在床上。2. 将毯子平整地铺在羽绒被上。3. 将枕头放在毯子的上面。算法就像做菜使用的菜谱，是计算机要执行的命令，我们来看一下，给机器人小智发出指令，做一个加奶酪的三明治。你看，在上面的步骤中，描述很具体，讲到了如何握刀，刀口的方向，其实，还可以具体到小刀的角度和抹黄油的速度。在7-10步中，指令包括了涂抹黄油的时间，因为小智不知道涂抹黄油多少才算够了，所以，程序员做出估算，大概需要三秒时间。编程语言的设计要做到便捷、高效，在算法编写时，要做很多具体的指令，不仅繁琐，而且还有重复。为了避免重复的指令，在编程中，可以用循环来处理一些基础的指令，让程序变得简单一些。比如，我们让机器人小智走过来10步，我们要说10次“向我走1步”，这样下达的指令不仅繁琐，还容易在次数上出错，解决方法就是用循环：“向我走10步。”循环就是执行重复的指令，直到过程结束的一种结构。循环分为两种：计数循环和条件循环。计数循环是通过次数控制的循环，叫for循环。for循环会一直重复指令，不管结果如何。条件循环式通过条件来控制循环次数，就是While循环。在算法中运用循环，修改一个语句就能完成双倍的编程工作，达到事半功倍的效果。比如，我们在三明治的程序指令中，可以运用循环来提高效率。在第10步之后，多加一条指令：重复以上1-10步。这样，机器人就会重复工作，但是这样会出现无限循环，机器人会按照指令工作，一直在面包片上涂抹黄油，直到面包片用完，最后程序崩溃。为了避免这一缺陷，我们要对程序进行修补，将步骤11修改为：重复以上1-10步，直到给两片面包片涂完黄油为止。这样增加了一个特定的条件，就使机器人的操作更加完美。编程中经常会遇到变量，变量就像一个贴着标签的盒子，里面装有变量名和变量值。电子游戏中经常遇到变量，比如，游戏角色还剩多少条命，命的次数是变量。我们人体也有变量，比如：头发的长短，身高、体重的变化，年龄的增长。下面我们来做一个猜年龄游戏。在这个游戏中，程序中的年龄适用于任何年龄的人，人的年龄就是变量名，年龄的数值是变量值，可以编写出：（(年龄×2+1）×5+5）×10-100==年龄经过推算，左边的公式最后的结果是100倍年龄，划掉最后两个00，自然就是年龄了，这个游戏玩的就是数学魔术。条件语句是计算机根据给定的信息做出选择的语句。生活中，我们每天都要根据条件做出选择。比如：如果人行道信号灯是红色，那么我们就要等待绿灯亮，否则就可能被车撞倒。下面我们来做一道和条件语句相关的题：假如你去找朋友约翰还钱，结果发现，约翰、詹姆斯、威廉是一模一样的三胞胎，有人告诉你，约翰、詹姆斯总是说谎话，只有威廉说真话，你只能问一句话，确认此人是不是约翰，你会怎么问？正确答案是：“你是詹姆斯吗？”因为威廉说真话：“不是。”詹姆斯说谎话：“不是。”只有约翰说谎话，是唯一一个回答“是”的人。调试这一术语起源于20世纪40年代，是美国海军少将格雷斯·赫柏提出的。她在哈佛大学为计算机编写程序时发现了一只真正的虫子（bug）钻进了计算机，使计算机无法正常运行，调试（debugging除去虫子）由此而来。调试就是仔细检查编写过程、算法、流程图，排除并修复使程序无法正常运行的问题或错误。在编写程序的过程中，计算机只是执行接受的指令，不会像人类一样思考，所以，在程序编写完成后，要花很多时间在代码的调试上。调试常用的方法是：寻找bug（程序错误）；给代码加注释；小黄鸭调试法。小黄鸭调试法看似很笨，却很有效，就是在电脑旁放一个小黄鸭，然后对一无所知的小黄鸭解释程序中的所有细节。这个方法的奥妙是，程序员给不懂编程的人解释代码如何运行时，必须非常详细的讲解代码运行的细节，程序员就会发现到程序中的错误，自己解决问题。编程思维包括理性推理、逻辑思维和数学运算，学习编程思维能够创造性地解决问题、表达思想。编程思维有四个部分：问题分解；模式识别；抽象思维；算法设计。比如，我们要在一些网站上登录，会被要求输入验证码，这就是模式识别，目的是为了防止其他人伪装成用户开启别的功能。使用抽象思维时，要抛开那些与问题无关的信息。比如，你星期天下午两点要去打球，家离球场有5.2公里，你上午要给花浇水，拖地板，中午要去妈妈家吃饭，估计一点钟能吃完，妈妈家距离球场有3.5公里，那么在一点到两点的时间内，要走多远的路？在所有的信息中浇花、拖地都与去球场无关，因为妈妈家离球场的距离更近，唯一的相关信息只有一个：妈妈家离球场有3.5公里。你一定听说过数学天才高斯的故事。1785年，高斯的老师给学生出了一道题，把1-100的数字全部加起来，老师本来想多占用一些课堂时间，没想到令老师吃惊的是，只有8岁的高斯很快给出了答案：5050。在那个年代并没有计算机，高斯也不是从头到尾将数字一个个相加。我们来看高斯是怎样用编程思维来解决问题。首先是问题分解，他将一个大问题分解成小问题，找出每组数字的规律性，就是每对首尾数字相加，得数相同。其次是形成自己的模式识别，可打乱顺序，只要把所有数字相加就可以，1+100=101,2+99=101……，有50组首尾相加等于101的数字。再次是采用抽象思维，略去了不必要的算数步骤,没必要将首尾数字依次相加到最后一组，最后是算法设计，是用乘法进行运算：50×101=5050。无论计算机的功能多么强大，也是人类赋予的，真正强大的还是人的大脑。随着互联网的发展，人们的生活已经离不开计算机，比如：用手机打电话、听歌、拍照；用电脑发邮件、浏览财经信息；在超市买东西结账，只需扫码商品，计算机会自动结算金额，核对账单。《写给所有人的编程思维》这本书告诉我们，编程是人与计算机之间的桥梁，人类通过编程创造了更加美好的世界。我们可以不学编程，但要学习编程思维。编程思维是我们解决问题的元技能，与我们的生活息息相关，工作、学习，甚至家务劳动，都离不开编程思维的逻辑能力和创造力，学习编程思维就是学会思考。