如何用計算機思維解決問題

計算機思維,是現在比較流行的一種思維方式。原谷歌科學家,著名投資人吳軍在他的《谷歌方法論》上,援引清華全球創新學院院長,計算機專家,教授史元春關于計算機思維的解釋,回答了聽眾的問題。他把計算機思維整理成三點,分享如下。

第一點,宏觀層。把現實問題轉變成可以通過計算來完成的問題。比如阿爾法狗戰勝李世石這件事。關于這一點,就是一種把現實問題建立成模型的能力,說得通俗一點,就是解決問題的套路。舉一個簡單的例子,比如用excel做一個可以計算的表格,來簡單計算你的財務問題。如果擴展一下呢,比如你想要做時間管理。可以用計算機做一個模型來統計你的時間使用情況,你可以根據你自己的需要進行不同方向的統計輸出。比如可以統計某一個時間占總時間的比例,也可以統計某一個項目的計劃用時間和實際用的時間的相差百分比,進而調整你的時間使用方式。計算機看視頻,就是把視覺信號轉換成數字信號進行傳送,然后到了你的電腦上,再把數字信號還原成色彩信號,讓你的眼睛能夠看得到。各種音頻也是如此,是音頻到數字再到音頻的變化過程。只要能夠計算的,計算機就可以去做。

電腦游戲也是通過建立一個模型,把這個模型做成程序,你下載這個程序,安裝到你的電腦或手機里,然后你敲鍵盤或者按鼠標,或者在手機觸屏上的操作,吧動作傳輸給電腦或手機,電腦或手機再轉換成數字信號,傳送給電腦或手機已經建立好的模型,也就是游戲程序。這樣,你操作的人物就有了各種動作,可以打怪升級了。

現實生活中,我們遇到的事情可能會更復雜。如果想要建立計算機模型,就要把復雜的問題進行簡單化。把可能不相關的干擾問題省略,只把最相關的問題挑出來建立模型,然后便于計算機進行計算。當然有時候我們建立的模型如果太簡單,也容易讓計算機做出不靠譜的運算來。比如你去某飯店吃飯,吃飯之前,可能會有免費的小菜,比如花生米。你把花生米吃掉了,計算機就會判斷你很喜歡花生米,服務員根據計算機得出的結論,不斷給你送花生米。還比如你在網上瀏覽某一個頁面,看到了電飯鍋。你在電飯鍋頁面逗留了幾分鐘,不太靠譜的大數據就以為你對電飯鍋感興趣,你打開網絡,會不斷收到各種電飯鍋的頁面,搞得你不勝煩惱。這是失敗的模型的例子。成功的模型,比如谷歌電腦下圍棋戰勝人類棋手這件事。雖然計算量很大,但是計算相對簡單并且有邏輯。我們人類的大腦有時候對一件事情的判斷非常隨機,就像前面說的飯店的花生米問題,也許就是那天餓了,早飯沒吃,所以就多吃了幾粒花生。計算機就誤以為你特別喜歡花生。

第二點,是中觀層。這個詞是史元春教授發明的,針對宏觀,和微觀兩個層面,介于這兩個層面之間的一個區域,史教授定義成“中觀層”這是什么區域呢?就是計算機的處理不同任務的整體優化。我們在生活中,有時候是來什么任務,就去處理什么任務。而計算機的方式,是進行優化。優化的好處,就是合理利用計算機的資源。什么是優化呢?就是讓處理任務的順序,以及處理什么任務更加合理。什么是合理利用資源呢?通過調整順序,可以讓計算過程更加合理。比如燉牛肉的時候,先燉肉,后放土豆,否則土豆可能就太爛了。這就是合理調配資源。

在中觀層,史教授還提到了計算機的遞歸原理。這種方式,是從上到下的分解一個任務,在自下而上地一步步完成。整體結構就像一個金字塔。著名的麥肯錫的金字塔原理,我們翻譯成結構化思維,就是這樣一種思維方式。在我們論述一個問題的時候,層層遞進,自上而下,每一級,都是對下一級的總結,自下而上,而每一個下級,就是對上一級的說明。

第三點,是微觀層。微觀層,首先是檢索,所有的資源,可以用最快的方法訪問,或者說找到。在生活中,我們經常有找不到一件衣服,或者一樣東西的情況,這就是沒有用計算機思維去管理自己的物品。大腦反復想這些同樣的問題,是對大腦資源的極大浪費。比如一個女孩子衣服很多的時候不知道穿哪一件。如果幾十件,翻一翻的時間還算可以接受。如果是幾百件上千件的時候,麻煩就來了。計算機思維,就能夠解決這樣雖然很多,但是計算起來有邏輯可遵循的問題。

前一段時間,在知乎上有一個非常有意思的問題,問,李白都喝過什么酒?我們通常的思維方式,是買一套李白全集,然后一頁一頁的翻找關于酒相關的頁面。省錢一點的方法,是去圖書館查閱藏書。這種方法雖然省錢,但是會費時間。去圖書館來回的路程,加上找到書架上的書,然后再一頁一頁的翻。都需要時間。

如果用計算機思維,怎么解決這個問題呢?計算機思維,思考的是能不能讓跟酒有關的頁面自動的跳出來。如果從網上搜索的話,也很不經濟,頁面太多,而且,我們也不知道能不能窮盡。就是說,就是無法判斷搜到的頁面是不是涵蓋了所有跟李白和酒相關的頁面。那么,有沒有專門的唐詩的電子書呢?如果有,就可以通過電子書里面的檢索來搜索。于是去亞馬遜,發現有全唐詩。才0.98元。買來以后可以搜李白和酒了。但是這種搜索還是太麻煩,電子書不支持模糊搜索,就是不支持搜兩個關鍵詞。那么再進一步思考,有沒有專門是李白詩集的電子書呢?又是在亞馬遜,找到了李白全集電子版,也才0.98元。到此,就差不多解決了李白喝過什么酒的基本問題了。在電子書李白全集里輸入酒,然后數就可以了。當然有些詩沒說什么酒,只是提到了酒,這些頁面可以略過。提到就的名字的,有些酒的說法,跟現代可能有所不同。比如白酒,據說在唐朝還沒出現,那么李白詩歌中的白酒,指的就不是我們現在所說的白酒了。 這是題外話。

微觀層的第二方面就是緩存。凡事留有余地,便于快速反應。很多使用手機的用戶會發現,打開一個程序以后,不完全關閉,只是把界面關掉,這樣重新調用這個程序會很快。但是如果徹底關閉手機的app,再想打開使用,會發現需要的時間更長。之所以能夠快速打開,就是緩存在起作用。

越是大的復雜的程序,就越需要大的內存來支持。所以,讓緩存留有余地,是以備不時之需。
在工作中,我們出差或者辦事,最好是預留一些時間,避免路上出現其他情況,導致趕不上飛機。這也是計算機思維。所謂凡事留有余地。

總結一下計算機思維處理問題的方法,有宏觀、中觀、微觀三個方面:
宏觀,就是把現實中的問題轉換成計算問題,把問題轉換成計算機模型。
中觀,就是把轉換成的計算問題進行優化,并用遞歸原理,把問題分解成小問題,從上到下,層層分解,在從下到上,層層解決問題。
微觀,就是建立檢索,高效運行。通過建立緩存,留有一定的余地。

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