什么叫“我是搞計(jì)算機(jī)的”

什么叫“我是搞計(jì)算機(jī)的”？作者：陳道蓄，南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授本文發(fā)表在《計(jì)算機(jī)教育》陳老師的這篇文章從軟件的角度解釋了計(jì)算機(jī)科學(xué)，技術(shù)，工程和應(yīng)用的不同之處，雖然有很多人從事計(jì)算機(jī)方向的工作，但這幾個(gè)“名詞”背后意味著什么沒(méi)有多少人真正清楚。往小處講，這篇文章回答了為什么學(xué)計(jì)算機(jī)的不會(huì)修電腦這個(gè)讓人無(wú)語(yǔ)的問(wèn)題。往大處講，這篇文章回答了計(jì)算機(jī)為什么會(huì)成為一個(gè)很大很專(zhuān)業(yè)的學(xué)科這個(gè)如此本質(zhì)的問(wèn)題。導(dǎo)言計(jì)算機(jī)無(wú)疑是20世紀(jì)對(duì)人類(lèi)生活影響最大的科技成果之一,與同樣影響深遠(yuǎn)的航天科技的偉大成果相比，計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于普通人日常生活的影響是直接而顯著的,它在短短幾十年中，滲透到人類(lèi)生活的各個(gè)方面，同時(shí)也就產(chǎn)生了一大批人在職業(yè)上被稱(chēng)為是“搞計(jì)算機(jī)的”。本文試圖從計(jì)算機(jī)軟件的角度來(lái)探討計(jì)算機(jī)作為一個(gè)“行當(dāng)”是否包含了太多的內(nèi)容，以至于有必要區(qū)分其科學(xué)、技術(shù)、工程以及應(yīng)用等不同的方面，并希望這會(huì)引起計(jì)算機(jī)從業(yè)者，特別是計(jì)算機(jī)教育工作者更深入的討論，讓我們的人才培養(yǎng)更有針對(duì)性，效果更顯著。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域是個(gè)在大眾高度關(guān)注下的領(lǐng)域，許多介紹計(jì)算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用的刊物出現(xiàn)在街頭報(bào)刊亭中，這個(gè)行業(yè)中的許多頭面人物幾乎像文體明星一樣具有公眾顯示度。但是，作為一個(gè)學(xué)科，公眾頭腦中的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)有多大的準(zhǔn)確性呢？我們先看看大眾視野中的計(jì)算機(jī)技術(shù)。PC、Windows、office、因特網(wǎng)、WWW以至于Linux、奔騰這些名詞會(huì)隨時(shí)從沒(méi)有任何專(zhuān)業(yè)背景的人口中脫出，五彩繽紛的視頻效果是不少中學(xué)畢業(yè)生希望進(jìn)入這一專(zhuān)業(yè)的重要?jiǎng)恿?，而要更“?zhuān)業(yè)”一些，恐怕想到的也就是“編程”了。另一方面，如果我們選擇近四十年來(lái)圖靈獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)成果作為在專(zhuān)家的視角下這一領(lǐng)域最有影響的進(jìn)展的一個(gè)標(biāo)志，那么遠(yuǎn)不止是一般公眾，即使是“搞計(jì)算機(jī)的”，對(duì)其中大多數(shù)人和成果都不那么熟悉。從1966年開(kāi)始到2003年共頒獎(jiǎng)38屆，有47位獲獎(jiǎng)人，其中有15人主要成果涉及形式系統(tǒng)與程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和方法，有14人主要成果涉及計(jì)算機(jī)算法及其復(fù)雜性理論。許多計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的本科生在聽(tīng)到對(duì)其中有些成果的介紹時(shí)，甚至表示不知道這也算是“搞計(jì)算機(jī)的”。許多人有一種看法：“計(jì)算機(jī)只不過(guò)是工具”，其后面隱含的話就是“主要就是應(yīng)用”。這本身沒(méi)有什么不對(duì)，但用它來(lái)作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)定位的出發(fā)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生極大的誤導(dǎo)。即使是菜刀這樣的工具，也會(huì)涉及科學(xué)、技術(shù)、工程和應(yīng)用的各個(gè)層面，如圖1所示，菜刀過(guò)于簡(jiǎn)單，其他學(xué)科的知識(shí)足夠它的需要了，因此沒(méi)有什么“菜刀科學(xué)”。計(jì)算機(jī)軟件則不然，它涉及了科學(xué)、技術(shù)、工程和應(yīng)用等眾多復(fù)雜的內(nèi)容，讓我們從不同的角度來(lái)看看，在各個(gè)方面“搞計(jì)算機(jī)的”人究竟在做些什么。圖1菜刀的啟示按照傳統(tǒng)的說(shuō)法，從事科學(xué)的人是“發(fā)現(xiàn)者”，他們?cè)噲D發(fā)現(xiàn)自然、社會(huì)等方面存在的規(guī)律；從事技術(shù)工作的人是“創(chuàng)造者”，他們利用已發(fā)現(xiàn)的規(guī)律試圖創(chuàng)造新的物品、工具、方法來(lái)滿足人類(lèi)的需要，從事工程的人則是“實(shí)現(xiàn)者”，以合理的成本建造或生產(chǎn)穩(wěn)定可靠的結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品滿足大量人群的需要，如圖2所示。圖2計(jì)算機(jī)軟件相關(guān)的專(zhuān)業(yè)內(nèi)容科學(xué)首先來(lái)考慮計(jì)算機(jī)科學(xué)。計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)該是試圖發(fā)現(xiàn)一類(lèi)非自然結(jié)構(gòu)的內(nèi)在規(guī)律的學(xué)科，這類(lèi)結(jié)構(gòu)中涉及的現(xiàn)象（既非純粹的自然現(xiàn)象，又非一般意義上的社會(huì)現(xiàn)象）的解釋不能在已有的學(xué)科中得到。其實(shí)“什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)”這個(gè)問(wèn)題并不容易回答。以色列學(xué)者哈雷爾在《算法學(xué)：計(jì)算的本質(zhì)》一書(shū)中提出這樣的問(wèn)題：論技術(shù)的影響，電話也很大，為什么沒(méi)有電話科學(xué)？論技術(shù)復(fù)雜性，人造衛(wèi)星很復(fù)雜，為什么沒(méi)有被廣泛接受的人造衛(wèi)星科學(xué)。他認(rèn)為其實(shí)計(jì)算機(jī)是計(jì)算的工具，用計(jì)算機(jī)給這門(mén)科學(xué)命名，就像用“手術(shù)刀科學(xué)”給外科學(xué)命名一樣地不合適。當(dāng)計(jì)算機(jī)科學(xué)這門(mén)新學(xué)科出現(xiàn)時(shí)（一般認(rèn)為美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)在首位圖靈獎(jiǎng)得主佩利的領(lǐng)導(dǎo)下建立了最早的計(jì)算機(jī)科學(xué)系）主要內(nèi)容就是“算法”和“形式系統(tǒng)”，是“程序設(shè)計(jì)的科學(xué)”（不是現(xiàn)在大眾理解的“編程”）。每個(gè)科學(xué)學(xué)科都有其所謂的“終極”問(wèn)題。計(jì)算機(jī)科學(xué)的“終極”問(wèn)題被認(rèn)為是“什么可以被自動(dòng)地計(jì)算？”在計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科出現(xiàn)近五十年后，隨著計(jì)算環(huán)境的發(fā)展，有很多還不清楚的問(wèn)題需要我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)其答案。例如Internet已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)客觀存在，但我們對(duì)其中數(shù)據(jù)與服務(wù)的分布、需求的模式、協(xié)同方式等等還了解很少，即使是傳統(tǒng)的算法領(lǐng)域，很多問(wèn)題還沒(méi)有解答。軟件本身日益復(fù)雜，如什么是合理的體系結(jié)構(gòu)等等，這些方面的新知識(shí)將大大加深我們對(duì)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)及其有效性的理解。技術(shù)說(shuō)到技術(shù)，我們要?jiǎng)?chuàng)造什么？概括起來(lái)看，人類(lèi)希望用計(jì)算機(jī)來(lái)做三件事：*模擬：從解方程到令人陶醉其中的虛擬現(xiàn)實(shí)，都是模擬*通信：從跨越空間的常規(guī)意義上的通信到用存儲(chǔ)功能實(shí)現(xiàn)的跨時(shí)間的*控制：從巨大的火箭到洗衣機(jī)技術(shù)發(fā)展在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，將圍繞這三方面的功能，往高度人性化方向發(fā)展。汪成為院士曾在他的報(bào)告中用圖描述了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，如圖3所示。圖3計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)在試圖實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，軟件本身的開(kāi)發(fā)技術(shù)也在不斷得到發(fā)展。從面向?qū)ο?，到軟件?gòu)件技術(shù)、中間件技術(shù)，新的工具和方法似乎天天在出現(xiàn)。但有一個(gè)經(jīng)常導(dǎo)致?tīng)?zhēng)論的問(wèn)題是：近年來(lái)軟件技術(shù)的進(jìn)步是革命性的，還是只不過(guò)是改良？這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有答案，但每個(gè)人都有自己的觀點(diǎn)。我認(rèn)為，自面向?qū)ο蠹夹g(shù)出現(xiàn)以來(lái)，軟件技術(shù)的進(jìn)步雖然令人印象深刻，但主要是建立在硬件環(huán)境的進(jìn)步以及量的積累上的，所以還談不上是革命性的。面向?qū)ο蟮乃枷?、理論和方法出現(xiàn)三十多年了，其科學(xué)上的先驅(qū)達(dá)爾、奈加特以及阿蘭·凱對(duì)幾十年來(lái)技術(shù)進(jìn)步的巨大貢獻(xiàn)通過(guò)2001年度和2003年度的圖靈獎(jiǎng)得到了肯定，盡管他們的“有形”成果Simula和Smalltalk從來(lái)沒(méi)有廣泛流行過(guò)。軟件技術(shù)的革命性進(jìn)步還在等待計(jì)算機(jī)科學(xué)的成果來(lái)推動(dòng)，如圖4所示。圖4拉力強(qiáng)勁，推力不足工程軟件產(chǎn)品的質(zhì)量難以保證，開(kāi)發(fā)過(guò)程常常不易控制，這是困擾軟件產(chǎn)業(yè)界多年的問(wèn)題，而這一問(wèn)題并不能單靠技術(shù)和工具來(lái)解決。軟件開(kāi)發(fā)的工程化要求開(kāi)發(fā)人員成為真正意義上的工程師。工程師作為制造者、實(shí)現(xiàn)者與發(fā)現(xiàn)者、創(chuàng)造者有很大的不同。我們可以這樣來(lái)看科學(xué)家與工程師思維方式的差別：前者要“說(shuō)人之未說(shuō)，是非任人評(píng)判”，要在一點(diǎn)上深入下去，可以暫時(shí)“不及其余”；而后者則要為用戶(hù)負(fù)責(zé)，必須承擔(dān)責(zé)任，他們必須面面俱到，即使不是關(guān)鍵技術(shù)上的不足也可能導(dǎo)致產(chǎn)品在市場(chǎng)上全面失敗，他們的工作必須基于制度與規(guī)范約束下的合作。計(jì)算機(jī)教育家坦能鮑姆有個(gè)形象的說(shuō)法：上帝創(chuàng)造世界卻忘記了寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，科學(xué)家的任務(wù)就是補(bǔ)寫(xiě)出這部說(shuō)明書(shū)，而工程師的職責(zé)則是用一角錢(qián)做出傻瓜必須用一元錢(qián)才能做的事。其實(shí)二者各有各的難處。美國(guó)進(jìn)行的有關(guān)計(jì)算機(jī)教育的調(diào)查報(bào)告中提到，接受過(guò)正規(guī)的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教育的人去從事工程工作時(shí)缺乏的相關(guān)技能知識(shí)包括溝通、人機(jī)交互、項(xiàng)目管理、軟件成本、軟件度量、可靠性與容錯(cuò)、需求，甚至于職業(yè)倫理。應(yīng)用隨著信息化進(jìn)程加速，與計(jì)算機(jī)相關(guān)的人員增加最快的應(yīng)該是應(yīng)用人員。他們往往并不是指應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工程師，而是另外兩方面的人員：一是各個(gè)不同的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)用計(jì)算機(jī)去實(shí)現(xiàn)他們各自計(jì)算需求的專(zhuān)業(yè)人員，另一部分是從組織層次建立和維護(hù)信息系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)人員。前者不應(yīng)該是“搞計(jì)算機(jī)的”，而后者在美國(guó)ACM指導(dǎo)性教學(xué)計(jì)劃編制者那里則被列為“計(jì)算學(xué)科”下的一個(gè)新學(xué)科，與“計(jì)算機(jī)科學(xué)”、“軟件工程”等并列，名稱(chēng)被定為“信息技術(shù)”(IT)似乎并不合適，照該分支學(xué)科教學(xué)計(jì)劃編制者之一Lunt教授的說(shuō)法：“實(shí)在想不出更合適的名稱(chēng)。”應(yīng)用可能是在我國(guó)計(jì)算機(jī)教育界有最多誤區(qū)的一個(gè)方面。我想引用應(yīng)用數(shù)學(xué)家林家翹在《科學(xué)時(shí)報(bào)》的一次訪談中說(shuō)的話：現(xiàn)在我們嚴(yán)重問(wèn)題是沒(méi)有重視應(yīng)用數(shù)學(xué)和實(shí)用數(shù)學(xué)（數(shù)學(xué)的應(yīng)用）二者的區(qū)別。應(yīng)用數(shù)學(xué)主動(dòng)提出研究對(duì)象中的數(shù)學(xué)問(wèn)題，通過(guò)問(wèn)題的解加深對(duì)研究對(duì)象的認(rèn)識(shí)，而實(shí)用數(shù)學(xué)的主要目的是滿足社會(huì)需要，幫助服務(wù)對(duì)象解決他們提出的數(shù)學(xué)問(wèn)題。我想我們可以說(shuō)“我們嚴(yán)重的問(wèn)題是沒(méi)有重視計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用二者的區(qū)別”，隨著信