第 一 部 分 语 言 大 师 : 如 何 与 机 器 对 话 到 了 年, 有 一 门 科 学 编 程 语 言 脱 颖 而 出, 它 就 是 约 翰 巴 科 斯 和 他 在 IBM 公 司 的 同 事 合 作 设 计 的 Fortran( 取 自 formula translation 的 缩 写

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1 约 翰 巴 科 斯 第 一 部 分 语 言 大 师 : 如 何 与 机 器 对 话 假 设 现 在 第 二 次 世 界 大 战 刚 结 束 不 久, 而 你 是 一 位 总 工 程 师, 负 责 一 项 计 算 机 制 造 计 划 你 收 集 了 一 堆 电 线 和 开 关, 任 务 是 构 建 出 一 台 机 器, 以 便 预 测 飞 机 在 空 中 的 飞 行 模 式 鉴 于 当 时 的 技 术 水 平, 你 只 能 使 用 一 些 不 可 靠 的 部 件, 而 且 构 建 的 机 器 要 便 于 装 配 这 台 机 器 消 耗 的 电 力 足 以 供 应 一 个 小 型 工 厂 此 外 你 还 为 它 配 备 了 一 个 足 以 容 纳 几 千 个 字 符 的 存 储 器 加 法 器 乘 法 器, 以 及 一 套 用 于 计 算 的 指 令 集 指 令 是 最 不 需 要 操 心 的 问 题, 它 们 只 需 表 达 清 楚, 能 够 完 成 任 务 即 可 为 了 提 高 效 率, 你 需 要 让 各 种 指 令 尽 可 能 与 工 程 设 计 的 细 节 相 适 应 这 台 机 器 的 存 储 器 具 有 不 同 的 运 行 速 度 和 能 耗, 因 此 你 需 要 设 定 一 个 指 令 组 用 于 在 慢 速 存 储 器 和 快 速 存 储 器 之 间 传 递 数 据, 设 定 另 一 个 指 令 组 用 于 在 快 速 存 储 器 中 对 数 据 进 行 四 则 算 术 运 算 或 其 他 操 作 这 种 分 组 方 式 无 疑 不 利 于 编 写 预 测 飞 行 模 式 的 程 序, 如 果 将 存 储 器 视 为 一 种 不 分 类 的 资 源 来 进 行 指 令 分 组, 应 该 会 容 易 不 少, 但 你 并 不 为 此 担 心 在 当 时, 一 毛 钱 就 能 雇 来 一 打 学 数 学 的 编 程 人 员, 而 相 比 之 下, 机 器 本 身 却 非 常 精 致 昂 贵 且 罕 见 五 年 之 后, 情 况 发 生 了 根 本 性 的 变 化 你 吃 惊 地 发 现, 随 着 对 程 序 的 需 求 高 涨 以 及 硬 件 成 本 的 降 低, 程 序 设 计 的 费 用 要 远 高 于 硬 件 的 购 买 和 维 护 成 本 ( 这 种 态 势 一 直 延 续 了 下 来 到 了 0 世 纪 0 年 代 中 期, 在 大 多 数 企 业 的 软 件 开 发 环 节 中, 程 序 设 计 的 开 支 已 经 达 到 了 硬 件 开 支 的 0 倍 左 右 ) 因 此 你 为 自 己 制 定 了 两 个 新 的 目 标 : 缩 短 程 序 第 一 个 版 本 发 布 所 需 要 的 时 间, 以 及 让 程 序 更 易 于 改 进, 以 适 应 客 户 需 求 的 变 化 你 决 定 修 改 编 程 人 员 与 机 器 沟 通 所 使 用 的 语 言 新 的 语 言 应 当 反 映 出 所 要 解 决 问 题 的 结 构, 而 不 再 是 反 映 存 储 器 的 快 慢 层 级 和 算 术 运 算 每 一 种 行 业 都 会 根 据 自 身 的 目 的 而 发 明 某 种 语 言, 例 如 电 影 导 演 会 用 开 拍 (action) 这 个 简 单 的 术 语 来 表 示 摄 像 师 开 始 拍 摄, 演 员 开 始 表 演, 其 他 人 员 各 就 各 位 由 于 在 0 世 纪 0 年 代 中 期, 计 算 机 主 要 应 用 于 纯 科 学 和 数 据 处 理, 因 此 你 更 关 注 的 是 创 造 一 种 数 学 语 言, 包 括 运 算 公 式 求 和 以 及 向 量 数 组 为 了 开 拓 思 路, 你 拜 访 了 许 多 研 究 人 员, 也 了 解 了 许 多 项 目, 它 们 允 许 程 序 员 输 入 类 似 (X + Y)/Z 这 样 的 数 学 表 达 式, 然 后 计 算 机 就 能 自 行 编 译 并 且 进 行 相 应 的 运 算 0

2 第 一 部 分 语 言 大 师 : 如 何 与 机 器 对 话 到 了 年, 有 一 门 科 学 编 程 语 言 脱 颖 而 出, 它 就 是 约 翰 巴 科 斯 和 他 在 IBM 公 司 的 同 事 合 作 设 计 的 Fortran( 取 自 formula translation 的 缩 写, 即 公 式 翻 译 ) 这 门 语 言 至 今 仍 然 是 自 然 科 学 界 使 用 最 为 广 泛 的 编 程 语 言 与 此 同 时, 一 个 研 究 团 队 在 年 开 辟 了 计 算 机 的 一 个 崭 新 领 域 : 人 工 智 能 (artificial intelligence) 这 门 学 科 的 一 个 目 标 是 创 造 出 具 备 人 类 推 理 能 力 的 计 算 机 由 于 人 类 大 部 分 的 推 理 过 程 都 需 要 进 行 抽 象 ( 例 如 积 木 的 相 对 位 置 句 子 的 语 法 不 同 洗 衣 皂 的 优 缺 点 ), 偏 重 数 学 运 算 的 Fortran 语 言 对 此 并 不 适 用 卡 内 基 - 梅 隆 大 学 的 艾 伦 纽 厄 尔 和 赫 伯 特 西 蒙 建 议 用 符 号 表 (list of symbols) 来 表 现 抽 象 概 念, 并 且 把 推 理 过 程 视 为 一 种 符 号 操 作 (symbol manipulation) 假 设 有 一 块 红 色 积 木 一 块 蓝 色 积 木 和 一 块 黄 色 积 木 一 个 岁 大 的 小 孩 也 可 以 告 诉 我 们, 如 果 红 色 积 木 在 蓝 色 积 木 之 上, 而 黄 色 积 木 又 在 红 色 积 木 之 上, 那 么 黄 色 积 木 必 然 也 在 蓝 色 积 木 之 上 将 前 两 个 事 实 用 符 号 表 来 表 示, 我 们 可 能 会 写 :(above redblock blueblock) 以 及 (above yellowblock blueblock) 之 后 引 用 符 号 操 作 规 则, 我 们 便 能 得 出 : 如 果 (above x y) 和 (above z x), 则 (above z y) 年 轻 的 约 翰 麦 卡 锡 对 这 一 想 法 印 象 深 刻, 但 他 认 为 纽 厄 尔 和 西 蒙 的 设 计 过 于 复 杂 他 简 化 了 设 计, 加 入 了 两 个 强 大 的 功 能, 也 就 是 我 们 所 知 的 递 归 (recursion) 和 求 值 (eval), 并 且 创 造 了 一 门 称 为 Lisp 的 语 言 ( 取 自 list processing 的 缩 写, 即 表 处 理 ) Lisp 不 仅 是 人 工 智 能 方 面 的 首 选 语 言, 且 自 年 诞 生 起, 和 Fortran 一 起 不 断 为 计 算 机 语 言 的 设 计 提 供 灵 感 这 一 年 的 夏 天, 一 个 国 际 计 算 机 科 学 家 小 组 在 苏 黎 世 成 立, 开 始 设 计 纳 入 Lisp 元 素 的 Fortran 语 言 的 继 任 者 他 们 的 精 诚 合 作 产 生 了 里 程 碑 式 的 Algol 0, 它 直 接 催 生 了 Pascal C 和 Ada 这 些 语 言, 同 时 也 是 从 PostScript 到 Excel 等 各 种 语 言 的 直 系 祖 先 然 而 到 了 0 世 纪 0 年 代 早 期, 一 些 研 究 人 员 逐 渐 发 现 由 Fortran Algol 和 Lisp 所 衍 生 出 来 的 上 百 种 语 言 都 存 在 着 一 个 共 同 的 弱 点 : 写 出 来 的 程 序 让 人 很 难 读 懂 在 实 际 工 作 中, 人 们 发 现 如 果 想 修 改 程 序 的 行 为, 往 往 都 需 要 整 个 重 写 拥 有 生 物 学 背 景 的 艾 伦 凯 认 为 应 该 把 程 序 构 建 成 像 活 的 生 物 那 样 : 由 独 立 自 主 的 细 胞 构 成, 彼 此 通 过 讯 息 传 递 进 行 合 作 他 认 为 通 过 自 主 的 单 元 来 构 建 程 序, 将 会 使 这 些 单 元 能 够 融 入 新 的 上 下 文 情 境 对 于 这 种 细 胞, 他 使 用 了 对 象 (object) 一 词 来 称 呼, 并 且 将 这 种 方 式 称 为 面 向 对 象 (object-orientation) 对 象 的 行 为 取 决 于 它 得 到 的 讯 息 约 翰 巴 科 斯 (John Warner Backus, 00) 被 称 为 Fortran 语 言 之 父, 年 获 得 图 灵 奖 本 书 第 章 详 细 介 绍 了 他 的 生 平 艾 伦 纽 厄 尔 (Allen Newell, ) 专 于 计 算 机 科 学 和 认 知 信 息 学 领 域, 是 信 息 处 理 语 言 (IPL) 的 发 明 者 之 一 年 他 和 赫 伯 特 西 蒙 因 人 工 智 能 方 面 的 基 础 贡 献 而 一 同 被 授 予 图 灵 奖 赫 伯 特 西 蒙 (Herbert Alexander Simon, 中 文 名 为 司 马 贺, 00) 是 现 代 一 些 重 要 学 术 领 域, 如 人 工 智 能 信 息 处 理 决 策 制 定 注 意 力 经 济 组 织 行 为 学 复 杂 系 统 等 的 创 建 人 之 一, 并 且 获 得 了 很 多 荣 誉, 如 年 的 图 灵 奖 年 的 诺 贝 尔 经 济 学 奖 以 及 年 的 美 国 国 家 科 学 奖 章 约 翰 麦 卡 锡 (John McCarthy, 0) 是 人 工 智 能 方 面 的 鼻 祖, 年 获 得 图 灵 奖 参 见 本 书 第 章 艾 伦 C. 凯 (Alan Curtis Kay,0 ) 在 面 向 对 象 编 程 和 窗 口 式 图 形 用 户 界 面 方 面 作 出 了 先 驱 性 的 贡 献 00 年 获 得 图 灵 奖 参 见 本 书 第 章

3 第 一 部 分 语 言 大 师 : 如 何 约 与 翰 机 器 巴 对 科 话 斯 比 如 说, 在 与 图 片 有 关 的 程 序 中, 可 以 用 旋 转 0 度 开 始 打 印 这 样 的 讯 息 或 命 令 来 描 述 常 用 行 为 而 如 果 是 操 控 登 月 机 器 人 的 程 序, 则 可 能 是 收 集 岩 石 样 本 或 者 找 到 高 度 超 过 米 的 石 块 0 世 纪 0 年 代 中 期, 艾 伦 凯 带 领 他 在 施 乐 公 司 的 团 队 设 计 出 了 首 个 面 向 对 象 的 语 言 Smalltalk 大 批 年 轻 人 在 数 年 间 加 入 了 它 的 用 户 群 由 此 开 始,Smalltalk 深 刻 地 影 响 了 C++ 等 日 趋 成 熟 的 编 程 语 言, 其 自 身 也 衍 生 了 一 批 专 业 的 追 随 者 过 去 四 十 年 间, 世 界 上 诞 生 了 成 百 上 千 种 编 程 语 言, 约 有 0 种 在 今 天 仍 然 被 广 泛 使 用, 其 中 包 括 文 字 处 理 电 子 表 格 图 形 设 计 和 动 画 设 计 等 领 域 的 专 用 语 言 就 像 工 具 帮 助 木 匠 解 决 问 题 一 样, 一 门 好 的 编 程 语 言 也 能 帮 助 我 们 解 决 计 算 机 的 问 题 而 且 编 程 人 员 也 正 如 木 匠 习 惯 于 自 己 的 工 具 那 样 习 惯 于 自 己 钟 爱 的 语 言 语 言 学 家 本 杰 明 沃 尔 夫 曾 经 说 过 : 语 言 塑 造 了 我 们 思 考 的 方 式, 决 定 了 我 们 思 考 的 内 容 他 这 番 话 是 针 对 人 类 语 言 所 言, 而 计 算 机 语 言 则 进 一 步 印 证 了 这 一 主 张, 尤 其 是 那 些 灵 感 来 源 于 巴 科 斯 麦 卡 锡 和 凯 的 成 果 的 计 算 机 语 言 0 本 杰 明 沃 尔 夫 (Benjamin Lee Whorf, ) 是 美 国 人 类 语 言 学 的 重 要 人 物 年 于 耶 鲁 大 学 师 从 人 类 语 言 学 家 萨 丕 尔, 提 出 了 萨 丕 尔 - 沃 尔 夫 假 说, 创 立 了 语 言 决 定 论 和 语 言 相 对 论, 认 为 语 言 影 响 并 制 约 着 人 类 的 思 维 模 式

4 第一部分 语言大师 如何与机器对话 约翰 约翰 巴科斯 不断进取的发明家 我们不知道自己想要什么 也不知道该怎样去做 一切都是顺其自然地发生 我们 面临的第一个挑战就是不知道这种语言看上去应该是什么样子 然后就是怎样解析表达 式 这是个大问题 而且在今天来看 我们当时的做法非常笨拙 约翰 巴科斯谈及Fortran的发明过程 巴科斯 常言道 需要乃发明之母 不过对有些人来说 发明的动力并非来自需要 而纯粹只是因为 受不了事物的混乱和低效 约翰 巴科斯就是这样一位发明家 他开启了三个伟大的发明 第一 门高级编程语言Fortran 为高级语言描述语法规则的巴科斯 诺尔范式 以及函数式编程语言FP 他的这三大贡献至今仍推动着世界上的科研和商务的发展 然而对巴科斯自己来说 这些发明之 所以诞生 只是由于他对当时的概念工具感到不耐烦 对效率低下的厌恶似乎来自于家庭的遗传 第一次世界大战前 巴科斯的父亲从阿特拉斯火 药公司的一个小职员被提拔为首席化验师 这家公司主要生产用于炸药的硝化甘油 他的晋升有 着充足的理由 他们的工厂产量很低 而且经常会发生爆炸事故 却一直无法找出原因 产品的生 产对作业温度极其敏感 我的父亲发现他们的高价德国温度计不准确 于是他前往德国 学习了温度计的制作技术 并且生产出了一批高质量的温度计 之后 工厂的爆炸事故 明显少多了 第一次世界大战期间 老巴科斯应征入伍成为一名军需官 战后他并未得到政府允诺的杜邦 公司①的职位 于是转行做了一名证券经纪人 到年约翰 巴科斯在费城出生时 他的父亲 已经在一战后的经济繁荣中略有发迹 巴科斯在特拉华州威明顿市度过了他的童年时光 之后在 宾夕法尼亚州波茨敦市就读于著名的希尔中学② ① 杜邦公司 DuPont 是世界排名第二大的美国化工公司 创办于0年 早期以制造火药而出名 ② 希尔中学 The Hill School 是一所美国的大学预科学校 年建立 十校联盟成员 著名校友还包括美国前 国务卿贝克

5 约翰 巴科斯 我每年的考试都不及格 从来就没认真过 我讨厌学习 成天游手好闲 为此我不 得不每年都参加新罕布什尔州的暑期补习班 我其实很高兴 因为在那里我可以驾驶帆 船 玩得非常痛快 年巴科斯好不容易从希尔中学毕业 依照父亲的意愿进入弗吉尼亚大学主修化学 他对 理论知识还比较感兴趣 但痛恨实验室 大部分时间 巴科斯都忙于参加各种派对 坐等年龄一 到就去服兵役 到第二学期结束为止 他每周定期参加的课程只有一门不计学分的音乐鉴赏 最 后他终于引起了校方的注意 弗吉尼亚大学的生涯也随之结束 随后他于年入伍 巴科斯成为了一名下士 在佐治亚州的斯图尔特堡带领一队防空兵 不久他在一次能力测试 中表现优异 于是被指派前往匹兹堡大学攻读工程学预科 而之后的一次医学能力测试可以说是 救了他的命 战友们被装船参加阿登战役① 而我则跑到哈弗福特学院念医学预科 作为医学院预科的一部分 巴科斯在亚特兰大一家医院的神经外科病房实习 治疗头部创伤 一次意外的巧合 巴科斯被诊断出患有骨肿瘤 在颅内安装了一块金属板 不久之后 他就读于 花与第五大道医院的医学专科学校 现在的纽约医学院 但只坚持了九个月 我受够了 医学专科学校的人不喜欢思考 他们只会死记硬背 而且也要求你这样 做 在那里根本不允许你思考 在此期间 巴科斯感觉颅内的那块金属板不太合适 于是到附近专门研制金属板的斯塔顿岛 医院 希望能更换一个 由于对医院提出的设计方案不满意 他掌握了相关技术后自己设计了一 款 在此之后 巴科斯退出了医学领域 在纽约找了一间小公寓住下来 每个月租金美元 当时我真的不知道这辈子到底想要干些什么 因为我喜欢音乐 所以想要搞一套高 保真音响 但在当时并没有这种设备 于是我上了一所无线电技术学校 在那里我遇到 了一位非常好的老师 也是我遇到的第一位好老师 他要我与他合作 帮某个杂志做些 电路特性的计算工作 我记得做了一些相对简单的运算 得出了放大器电路曲线上的几个关键点 工作非常 艰苦 乏味 但是它引发了我对数学的兴趣 它能付诸真正的应用 正是这一点吸引了我 巴科斯进入了哥伦比亚大学的基础教育学院 开始读一些数学课程 他不喜欢微积分 但对 代数很感兴趣 到了年春 岁的巴科斯还有几个月就将拿到数学学士学位 但仍然对自己 的前途一无所知 就在这个春天的一天 巴科斯参观了位于麦迪逊大街的IBM计算机中心 当时他参观了可选 循序电子计算器 Selective Sequence Electronic Calculator SSEC 这是一台IBM早期基于电子 0 ① 阿登战役也称突出部战役 Battle of the Bulge 是第二次世界大战期间纳粹德国年西线最大的阵地反击战 双方投入近0个师 德军和盟军各伤亡万余人 其中.万人为美军 被称为第二次世界大战期间美军最血腥的 一次战役

6 第一部分 语言大师 如何与机器对话 真空管制造的机器 SSEC体积非常庞大 占据了很大一个房间 其上密布着仪表和线路 在参观中 巴科斯向 带他参观的人提出自己想找一份工作 而她让他去找主管谈 我说算了 我没法去 当时我看上去很邋遢 头发也很乱 但是她坚持让我试试 所以我还是去了 他们让我参加一个测验 我做得还可以 巴科斯受聘在SSEC上工作 这台机器实际上并不是现代意义上的计算机 它没有储存软件 的存储器 因此程序每次都得靠穿孔纸带 喂 进去 SSEC有着成千上万个电子机械部件 运 行并不是很可靠 在那台机器上工作很有乐趣 你可以独自使用整个机器 你必须时刻就位 因为那 玩意儿每三分钟就会出错 然后停止运行 你必须想办法让它重新启动 编程的情况也很原始 一份操作说明和一份指令清单 这就是你能做的编程 要想完成一件事情 每个 人都得自己想办法 而完成事情的方法有无数种 所以人们自然会用各种各样的方式 来编程 巴科斯在SSEC上工作了三年 他的首个大项目是月球历表的计算 即计算在任一给定时刻 月球的位置 在当时 IBM有能力供养一个纯科学部门 他们曾与哥伦比亚大学合作一个项目 想办法将穿孔卡和纸带机用于科学研究 公司的收入来源主要是为企业和政府生产纸带机 夺人 眼球的庞然大物SSEC只是为这种技术起到些宣传作用 而技术本身最终还是被IBM淘汰了 不 管公司当初是出于什么动机 巴科斯毕竟从SSEC的工作中学到了很多东西 同时他也为科学计 算作出了自己的第一次贡献 在小型机上做多位数运算的痛苦 迫使他开发了Speedcoding程序 Speedcoding 用小字长表示大数值 在计算机领域 作为整体进行四则运算的一串数码单位称为 字 word 这些字的长度都 是固定的 根据硬件不同 通常能包含到位数字 由于这种长度的限制 必须采用特别的手 段才能表现出以埃 千万分之一毫米 或者光年为单位的数值 著名数学家约翰 冯 诺依曼 ① 是科学计算领域的先驱之一 早在匈牙利的童年时期 冯 诺依曼就被视为数学天才 高中尚未毕业就发表了自己的首篇数学论文 他的记忆力也同 样惊人 曾一句不漏地复述出整部 剑桥世界古代史 而这只是为了取乐 他一生的科研成就 ① 约翰 冯 诺依曼 John Von Neumann 0 美籍匈牙利人 现代电子计算机创始人之一 被称为计算 机之父 他在计算机科学 经济学 量子力学及几乎所有数学领域都作出过重大贡献 年以不到0岁的年纪 成为普林斯顿大学的终身教授 年转入该校高等研究院 与爱因斯坦等人一起为最初的六位教授 年被 追授美国国家基础科学奖

7 约翰 巴科斯 包 括 古 典 数 学 和 量 子 力 学 方 面 的 基 础 理 论 以 及 提 出 了 博 弈 论 年 冯 诺 依 曼 移居美国 进入了普林斯顿大学高等研究院 并且在第二次世界大战期间的曼哈顿计划①中承担 了领导作用 冯 诺依曼意识到 在原子弹的设计过程中需要涉及非常大和非常小的数字的运算 而宾夕 法尼亚大学莫尔电机工程学院 Moore School 的一个电子计算器项目引起了他的兴趣 年 他加入了这个项目 最初作为观察员 之后便开始亲身参与 并且大力提倡在计算机中既存储指 令又存储数据的方法 这种方法在今天早已应用于所有的计算设备② 第二次世界大战结束后 冯 诺依曼研制了自己的计算机 名为 约翰尼克 并且设计了 一批早期程序 用于解答核物理中一些无法通过手工解决的问题 出于对科学计算的浓厚兴趣 他建议在计算机中使用一种 换算因子 scaling factor 来存储和操作那些非常大或者非常小的 数字 原理其实很简单 假设一个计算机字只能存储位数字 那么要想表示数字 就需要向计 算机字中写入 并且指定其换算因子为0 要想表示. 则同样写入 然后指定换算因 子为- 表示0则指定换算因子为 表示 0 000则指定换算因子为 依次类推 正值的换 算因子等于跟在数字后面的0的个数 而负值的换算因子则等于小数点后的数字个数 在进行运算时 编程人员也许并不知道每次计算的精确结果 但他们应该能知道它的换算因 子是多少 至少冯 诺依曼认为是这样 没错 原理确实很简单 但前提是你碰巧还是一个优 秀的数学家 巴科斯从程序员的角度出发 对此提出了自己的看法 这样的结果是 你必须对问题了如指掌 知道其中各种换算因子 否则数字就会溢出 或者因为取整时误差太大而出现错误 在这样一种计算机条件下 编程工作变得非常复杂 与IBM的同事哈伦 海尔里克 Harlan Herrick 一起 巴科斯开发了一款名为Speedcoding 的程序 利用浮点数来支持运算 浮点数自身带有换算因子 从而为编程人员卸下了重担 巴科 斯在Speedcoding积累的经验为他日后迎接更大的挑战奠定了基础 当时每个人都知道编程的费用是多么昂贵 租赁机器需要数百万美元 而编程的成 本与之相比只多不少 编程费用居高不下是因为你必须雇佣很多人力用 汇编 或者第 二代语言写程序 这些语言与满是 0 和 的机器码或者说二进制系统相比 进步非常有 限 汇编语言相当浪费时间 只为一台机器写命令就要费九牛二虎之力 然后还必须校 正由此所产生的大批错误 在这种混乱拖沓中往往会丢失程序本来的目标 ① 曼哈顿计划 Manhattan Project 是美国陆军部自年起开始实施的核武器研究计划 该工程集中了当时西方 0 国家 除纳粹德国外 最优秀的科学家 动员人数超过0万 历时年 耗资0亿美元 于年成功地进行了 世界上第一次核爆炸 并按计划制造出两颗实用的原子弹 整个工程取得圆满成功 但也引发了针对科学家道德 的争论 ② 提倡并不等同于发明 冯 诺依曼将此归功于阿兰 图灵 其设想的 机器 也能存储指令 而电子存储器的真 正构建则应归功于莫尔学院的约翰 艾克特 John Eckert 他利用水银延迟线原理 用充满水银的振动管来存储 数据 从而首开先河 原书注

8 第一部分 语言大师 如何与机器对话 Fortran 第一门高级计算机语言 年月 巴科斯向当时他在IBM的老板卡斯伯特 赫德 Cuthbert Hurd 提交了一份备 忘录 建议为IBM 0机设计一种编程语言 该机器当时已经具备浮点运算能力 这个项目后来 被称为 公式翻译 也就是Fortran 它的目标非常明确 这种语言只是为了大幅度缩短编程的时间 我并没有想过会在别的机器上使用它 当时也几乎没有什么别的机器 但首先 巴科斯需要面对时任IBM公司顾问的冯 诺依曼的强烈反对 他并不认为编程存在多大的问题 我认为他当时反对的主要理由之一是 在浮点运 算中你很难知道自己会得到什么 而如果保持定点 fixed point 你起码在出现问题时 知道问题出在哪里 但是他没有考虑到编程成本的问题 他认为 Fortran 简直就是不切 实际 白费力气 最终赫德还是批准了这项计划 冯 诺依曼也不再坚持 巴科斯招募的团队兼收并蓄 不拘 一格 既有经验丰富的程序员 也有初出茅庐的数学系毕业生 年秋天 他的程序研究小组 已经有了一个清晰的目标 为IBM 0打造一款能让编程更加容易的语言 正如他们所见 设计语言并不是最困难的部分 真正的挑战在于如何翻译语言 让机器能够 直接理解 进行这项翻译任务的程序被称为 编译器 compiler 今天的大学生可以在一学期 之内就设计并实现出一个新的语言编译器 但在当时 巴科斯和他的团队缺少这种算法 尤其是 对编译器的核心部分 语法分析器 parser 的设计 他们一直止步不前 计算机的语法分析和我们在初中学过的语句分析很类似 可能大部分人一毕业就都丢在脑后 了 在语句分析中 我们需要找出不同部分之间的关系 例如限定词 名词 动词 形容词和 副词 然后用树形结构图表现出来 参见图- 句子 名词短语 限定词 动词短语 副词 名词 形容词 动词 The Jamaican athlete skied beautifully. 图- 分析一个英语句子

9 约 翰 巴 科 斯 对 于 编 译 器 而 言, 则 是 由 语 法 分 析 器 先 画 出 树 形 结 构 图, 再 将 高 级 语 言 ( 人 类 易 于 理 解 的 语 言 ) 翻 译 成 机 器 语 言, 以 一 系 列 指 令 的 形 式 直 接 输 入 到 计 算 机 的 电 路 中 ( 不 同 模 式 的 计 算 机 往 往 支 持 不 同 的 指 令, 这 也 是 Windows 系 统 的 计 算 机 上 不 能 运 行 Mac 程 序 的 原 因 ) 机 器 语 言 程 序 的 效 率 取 决 于 设 计 人 员 使 用 那 些 存 储 速 度 高 但 存 储 时 间 短 的 寄 存 器 (register) 的 效 率 现 代 计 算 机 最 少 有 个 寄 存 器, 有 些 则 达 到 几 千 个 与 寄 存 器 相 比, 随 机 存 取 存 储 器 RAM (Random Access Memory) 可 以 储 存 数 百 万 字 节 的 海 量 信 息, 但 由 于 其 存 储 速 度 较 慢, 绝 大 部 分 计 算 行 为 仍 然 发 生 在 寄 存 器 中 比 如 说,(A + B)/C 这 样 一 个 数 学 表 达 式 可 能 会 被 翻 译 成 以 下 指 令 序 列 : () 复 制 A 的 值 到 寄 存 器 () 复 制 B 的 值 到 寄 存 器 () 复 制 C 的 值 到 寄 存 器 () 将 寄 存 器 和 寄 存 器 的 值 相 加, 并 将 结 果 放 入 寄 存 器 () 用 寄 存 器 除 寄 存 器 的 值, 并 将 结 果 放 入 寄 存 器 在 这 个 例 子 中, 算 术 运 算 需 要 将 数 据 放 入 寄 存 器 中 ( 有 些 机 器 不 需 要 将 数 据 放 入 寄 存 器, 但 相 应 的 运 算 也 会 慢 很 多 ) 如 果 在 下 一 步 运 算 中, 除 了 变 量 A B C 外 还 需 要 D 和 E, 那 么 编 译 器 就 要 决 定 是 将 D 和 E 的 值 放 入 新 的 寄 存 器 和, 还 是 再 次 使 用 之 前 的 和 这 个 决 定 又 取 决 于 A B 和 C 将 何 时 被 再 次 用 到, 以 及 其 他 很 多 因 素 这 个 问 题 非 常 复 杂, 至 今 也 尚 未 完 全 得 到 解 决 巴 科 斯 和 他 的 团 队 属 于 首 批 寻 求 合 理 方 案 的 人 而 最 大 的 挑 战 在 于 Fortran 的 新 功 能 :DO 循 环 语 句 循 环 语 句 能 让 程 序 员 更 加 方 便 地 执 行 重 复 性 计 算 比 如 说 以 下 指 令 序 列 : DO J =, 00 C[J] = A[J] + B[J] CONTINUE 该 指 令 将 A 的 第 一 个 元 素 和 B 的 第 一 个 元 素 相 加, 得 到 C 的 第 一 个 元 素, 然 后 将 A 的 第 二 个 元 素 和 B 的 第 二 个 元 素 相 加, 得 到 C 的 第 二 个 元 素, 依 次 类 推 循 环 的 贵 族 发 明 者 巴 科 斯 和 其 他 0 世 纪 0 年 代 的 从 业 计 算 机 科 学 家 们 可 能 不 知 道 的 是, 循 环 这 个 概 念 早 在 00 多 年 前 就 已 经 诞 生 了 年, 诗 人 拜 伦 勋 爵 的 女 儿 奥 古 斯 塔 爱 达 遇 到 了 查 尔 斯 巴 贝 奇, 当 时 他 正 在 设 计 一 种 名 为 分 析 机 (Analytical Engine) 的 机 械 式 计 算 机 器 爱 达 在 岁 奥 古 斯 塔 爱 达 拜 伦 (Augusta Ada Byron, ) 是 英 国 诗 人 拜 伦 之 女, 母 亲 是 数 学 家 安 娜 伊 莎 贝 拉 (Anne Isabella Milbanke, 0) 婚 后 成 为 洛 夫 莱 斯 伯 爵 夫 人 爱 达 翻 译 了 查 尔 斯 巴 贝 奇 早 期 的 程 序 设 计 著 作 分 析 机 概 论 (analytical engine), 她 被 公 认 为 是 世 界 上 第 一 位 计 算 机 程 序 员 0 年 美 国 国 防 部 开 发 的 编 程 语 言 就 以 Ada 为 名, 纪 念 这 位 先 驱 查 尔 斯 巴 贝 奇 (Charles Babbage, ) 是 英 国 文 学 家 数 学 家 哲 学 家 机 械 工 程 师, 计 算 机 概 念 的 第 一 奠 基 人 著 有 世 界 上 第 一 部 关 于 计 算 机 程 序 的 专 著 他 发 明 的 分 析 机 是 现 代 电 子 计 算 机 的 雏 型 0

10 0 第一部分 语言大师 如何与机器对话 时就展现了极佳的数学天赋 是当时极少数能够理解巴贝奇高瞻远瞩思想的人之一 二人展开 了维多利亚式的终身合作关系 这也让爱达成为世界上当之无愧的第一位计算机程序员 在为 分析机设计程序的过程中 爱达根据需要提出了循环和子程序的概念 爱达整理出了一篇描述分析机的笔记 但拒绝以自己的名字发表 因为她认为女性不应当 撰写科学论文 在巴贝奇和她的丈夫洛夫莱斯伯爵 the Earl of Lovelace 的敦促下 她才同 意用自己的姓名缩写A.A.L署名 爱达的一生以悲剧结束 她变成了一个赌徒 酒鬼 瘾君子 最后死于癌症 享年岁 完全是拜伦笔下的那种不幸结局 要想有效地编译DO语句 需要用到一种特殊的 变址寄存器 index register Fortran最初 是为了IBM 0设计的 而IBM 0上只有个变址寄存器 因此属于非常宝贵的资源 哈伦 海尔里克一发明 DO 语句 我们就知道会有问题 如何实现 我们只有 个变址存储器 但却需要面对许多下标 subscript 上例中的 J 就是一个下标 较复 杂的程序可能会包含 0 个以上的下标 在程序里 我们很难去判断哪些信息应该使用哪一个变址存储器 如果只用常规方 法 得到的代码会很糟糕 我们明白必须去分析代码出现的频率以及其他种种因素 巴科斯对效率的关注带动了团队的所有成员 Fortran的设计者们很清楚 如果编译得到的机 器语言还不如人们手写的效率高 编译就失去了价值 这门新的高级语言就会乏人问津 出于这 种原因 他们把将近一半的工作重心都直接放在了如何生成高效的代码上 此举让Fortran一直因 为良好的性能而广受赞誉 IBM 0机总共只有大概0位用户 包括通用电气公司 联合飞机制造公司 洛克希德公司 等一些飞机制造行业的厂商 年月 西屋电气公司成为了Fortran的第一个商业用户 巴科 斯的团队为他们送过去一套存有语言编译器的穿孔卡片 他们意识到这就是全套 Fortran 没有看任何说明就让它运行起来 当时他们在研 究流体力学 计算飞机机翼结构的承压性能等 用于新型飞机的设计 在此之前 他 们只能通过大型计算器或者风洞来进行研究 Fortran的第一次应用没有遇到任何问题 但不久之后西屋公司的科学家和其他一些人发现 Fortran编译器中存在着大量错误 巴科斯团队在随后的个月内修正了这些错误 巴科斯领导他的精英团队工作了年 进行了各种复杂的尝试 耗费了大量的精力 但他始 终对自己在其中的贡献保持极度的谦逊 让我独自获得如此多的荣誉 可以说对其他成员很不公平 还有罗伯特 纳尔逊 哈伦 海尔里克 洛伊丝 海贝特 罗伊 纳特 艾文 齐洛尔 谢尔登 贝斯特 大 卫 赛尔 理查德 戈德堡 彼得 谢里登 是他们创造了大量的成果 管理这样一个 团队并不困难 大家干得都很愉快 我的主要职责就是每天下午两点钟提醒大家结束午 餐时的象棋比赛 让他们继续工作

11 约 翰 巴 科 斯 在 发 布 0 多 年 后,Fortran 依 然 是 科 学 计 算 的 首 选 语 言 之 一 这 门 语 言 至 今 仍 在 不 断 改 进 的 事 实 就 是 最 好 的 证 明 例 如 在 年, 一 个 国 际 标 准 委 员 会 给 Fortran 加 入 了 一 个 新 特 性, 程 序 员 能 够 命 令 编 译 器 允 许 多 台 计 算 机 ( 如 果 它 们 有 空 的 话 ) 共 同 完 成 一 个 DO 循 环 语 句 不 过 这 些 故 事 说 来 话 长, 已 经 脱 离 了 本 书 的 范 围 0 世 纪 0 年 代 后 期, 巴 科 斯 停 止 了 自 己 在 Fortran 方 面 的 工 作 然 而 他 对 编 程 语 言 的 贡 献 才 刚 刚 开 始 年 月, 一 个 由 商 界 学 术 界 的 杰 出 计 算 机 科 学 家 组 成 的 国 际 委 员 会 在 苏 黎 世 召 开 会 议, 目 标 是 改 进 Fortran, 并 设 计 出 一 种 单 一 的 标 准 化 的 计 算 机 语 言 他 们 的 成 果 是 一 种 国 际 化 的 代 数 算 法 语 言 (algebraic language), 后 来 被 称 为 Algol 与 Fortran 相 比,Algol 有 两 个 显 著 的 优 点 首 先, 这 门 新 的 语 言 引 入 了 局 部 变 量 (local variable) 的 概 念 每 一 个 程 序 都 会 命 名 很 多 不 同 的 数 据 元 素, 例 如 在 前 文 Fortran 的 那 个 例 子 中, 我 们 命 名 了 元 素 A B 和 C 通 常 一 个 程 序 包 含 的 数 据 元 素 很 多, 因 此 程 序 员 可 能 会 由 于 疏 忽 而 导 致 重 复 命 名, 也 就 是 将 一 个 已 经 存 在 的 名 称 又 指 派 给 了 一 个 新 的 元 素, 而 这 会 引 发 一 些 恼 人 的 错 误 名 字 太 常 见 的 人 一 定 能 直 观 地 感 受 到 这 种 麻 烦 : 账 单 寄 错 了 地 址, 信 用 卡 因 为 错 误 的 原 因 而 被 拒 绝, 或 者 深 夜 接 到 电 话 结 果 找 错 了 人, 等 等 在 程 序 设 计 领 域, 在 整 个 程 序 中 一 直 保 持 含 义 不 变 的 名 称 叫 做 全 局 变 量 (global), 而 弄 混 对 象 的 情 况 则 叫 做 名 称 冲 突 (name collision) 避 免 名 称 冲 突 的 方 式 之 一 是 让 名 称 的 使 用 环 境 局 部 化 比 如 说, 在 约 克 城 提 到 公 爵 一 般 指 的 是 约 克 公 爵, 而 在 新 港 爵 士 音 乐 节 上 提 到 公 爵, 则 很 可 能 指 的 是 艾 灵 顿 公 爵 与 之 相 似, 局 部 变 量 指 的 是 名 称 只 在 某 个 有 限 环 境 下 有 效 的 计 算 机 存 储 单 元 在 这 个 环 境 之 外, 同 样 的 名 称 可 以 指 派 给 其 他 的 存 储 单 元 Fortran 只 允 许 全 局 命 名, 而 Algol 则 可 以 局 部 命 名 除 了 更 加 方 便 之 外, 局 部 命 名 也 使 得 随 后 约 翰 麦 卡 锡 引 入 的 递 归 这 种 编 程 形 式 成 为 可 能 计 算 机 的 递 归 函 数 是 在 一 定 程 度 上 按 照 自 身 来 定 义 的 举 一 个 日 常 生 活 中 递 归 定 义 的 例 子, 假 设 一 个 女 子 对 自 己 母 系 祖 先 的 定 义 为 : 我 的 母 亲 是 我 的 母 系 祖 先, 而 我 母 亲 的 所 有 母 系 祖 先 都 是 我 的 母 系 祖 先 这 个 定 义 初 看 起 来 好 像 是 循 环 的, 不 过 让 我 们 仔 细 地 揣 摩 一 下 假 设 安 妮 是 芭 芭 拉 的 母 亲, 芭 芭 拉 是 卡 罗 尔 的 母 亲, 卡 罗 尔 是 多 娜 的 母 亲 ( 我 们 也 可 以 继 续 定 义 尤 妮 斯 弗 洛 伦 斯, 等 等 ) 根 据 我 们 的 定 义, 芭 芭 拉 是 卡 罗 尔 的 母 亲, 因 此 她 就 是 卡 罗 尔 的 母 系 祖 先 而 安 妮 也 是 卡 罗 尔 的 母 系 祖 先, 因 为 她 是 芭 芭 拉 的 母 系 祖 先 ( 芭 芭 拉 的 母 亲 ) 我 们 已 经 知 道 安 妮 是 卡 罗 尔 的 母 系 祖 先, 那 么 她 必 然 也 是 多 娜 的 母 系 祖 先 通 过 递 归, 程 序 员 能 够 将 一 个 问 题 拆 分 成 许 多 个 同 样 的 小 问 题, 然 后 将 各 个 小 问 题 的 解 答 整 合 到 一 起 比 如 说, 要 想 整 理 一 大 堆 文 件, 我 们 可 以 将 它 们 分 成 两 半, 先 整 理 一 半, 再 整 理 另 一 半 最 后 再 把 它 们 放 在 一 起 约 克 公 爵 (Duke of York) 是 贵 族 头 衔, 通 常 被 授 给 英 国 国 王 的 第 二 个 儿 子, 除 非 该 头 衔 由 一 个 前 任 君 主 的 儿 子 所 拥 有 艾 灵 顿 公 爵 (Edward Duke Ellington, ) 是 美 国 著 名 作 曲 家 钢 琴 家, 对 于 爵 士 音 乐 的 发 展 影 响 深 远 0

12 第一部分 语言大师 如何与机器对话 从严格的理论意义上来说 递归和局部命名并没有让Algol变得比Fortran更强 但是它们启 发了一种新的思考方式 从而在日后产生了深度优先搜索 depth-first search 等算法技巧 我们 将会在后面章节中讨论这种算法 巴科斯喜欢Algol蕴含的那些思想 但同时也意识到 要想清晰地表达它们将会非常困难 他们只是坐在那里玩文字游戏 说明应该这样 而例子应该那样 这些 Algol 委员 会 满是关于术语的徒劳辩论 让人非常烦恼 我发现得做点什么 人们需要学会如何 准确地使用 Algol 为了解决这一问题 巴科斯使用了一种叫做 上下文无关文法 context-free languages 的 形式体系 该体系刚刚由语言学家诺姆 乔姆斯基①发明 参见下页的补充内容 上下文无关文 法与巴科斯 诺尔范式 乔姆斯基的发明则来源于埃米尔 波斯特在重写语法方面的成果 至于巴科斯到底是如何想到这种综合方法的 这个问题一定会让历史学家们忙上一阵 有一点我很困惑 我认为自己研究语法的想法来源于埃米尔 波斯特 因为我曾经 在莱姆庄园 Lamb Estate IBM 设在马萨诸塞州哈德逊的智囊机构 上过马丁 戴维斯② 的课 所以我想如果需要描述什么东西 直接按波斯特说的那样做就行 但是马 丁 戴维斯告诉我说他很久以后才教过这门课 根据戴维斯的记录是在 0 年和 年 所以我不知道应该怎样解释 对于乔姆斯基我一无所知 我是一个孤陋寡闻的人③ 巴科斯的发明最终成为著名的巴科斯 诺尔范式 Backus-Naur Form 缩写为BNF 其中经 历了一连串的偶然 第一个偶然发生在年月 当时联合国教科文组织将在巴黎召开一次关 于Algol的会议 而巴科斯准备了一份有关精确语法的报告 准备在会上发言 这份报告我完成得太晚了 结果未能被收录进大会的官方报告集 于是我只好自己 带了一堆报告到会议上 因此分发的效果并不太理想 但是彼得 诺尔 Peter Naur 读到了它 所以一切都不一样了 诺尔是一位来自丹麦的数学家 他改进了巴科斯的符号表示法 并用于描述整个Algol语 言 当编程语言界开始试用Algol时 诺尔的参考手册被公认为是描述该语言语法的最好参考 资料 ① 诺姆 乔姆斯基 Noam Chomsky 是麻省理工学院教授 为0世纪理论语言学研究作出了重要贡献 ② 马丁 戴维斯 Martin Davis 也是计算机科学发展史上的先驱人物 纽约大学名誉教授 ③ 据马丁 戴维斯推测 Fortran团队的成员 哈佛大学出身的逻辑学家理查德 戈德堡可能曾与巴科斯讨论过波斯 特或乔姆斯基的研究成果 原书注

13 约翰 巴科斯 上下文无关文法与巴科斯 诺尔范式 为了方便理解巴科斯 诺尔范式 我们可以参照以下一些英语短语的描述 其中 名词短 语 和 动词短语 这两个术语借用自现代语言学 句子 名词短语 动词短语 名词短语 冠词 形容词 名词 冠词 名词 动词短语 动词 名词短语 形容词 红色的 蓝色的 黄色的 大的 小的 聪明的 名词 房子 女孩 男孩 动词 喜欢 打 限定词 the a 竖线符号 表示可选 比如说 限定词可以是 the 也可以是 a 这种语法告诉我 们 the girl likes the boy 女孩喜欢男孩 是一个正确的句子 因为 the girl 构成了一个 名词短语 而 likes the boy 是一个动词短语 而 a smart house likes the boy 聪明的房子 喜欢男孩 这句话尽管在语义上不合常理 在语法上仍然是正确的 在编程语言中 巴科斯-诺尔范式也具有这种特性 只要遵从其规则 我们就能得到语法 上正确的程序 编译器就能成功地将它翻译成机器语言 并且保留其在高级语言程序中的原有 含义 当然 原始的程序仍然可能没有意义 编译器只保证翻译的正确性 与原程序是否正确 无关 从自己的发明中解放程序设计 巴科斯发明了世界上最早和最流行的编程语言之一 并且发展了一种可以描述上千种语言的 符号系统 很多人 甚至很多杰出的科学家都可能会满足于这些成就而止步不前 但巴科斯没有 他甚至并不确定自己是否喜欢这些成果 当你写完一个 Fortran 程序后 其实并不知道程序到底会怎样运行 你只知道它读 取了两个数 然后将它们相乘 然后把值储存起来 然后怎样怎样 最后进行判断 如 此等等 但你很难弄清楚它实际上都计算了些什么 你也很难用其他方法进行计算 因 为你基本上并不理解程序在做什么事情 巴科斯的目标是让程序员只需表达出他们 要什么 而无需知道 怎样做 年他荣获 图灵奖 并发表了名为 程序设计能否从冯 诺依曼形式中解放出来 的演讲 向整个计算机科 学界提出了自己的观念 在这里提到冯 诺依曼与他早年间曾反对Fortran的开发并无关系 巴科斯所针对的是冯 诺 依曼对计算机的特征阐述 即处理器与存储器相连接 而程序和数据都储存在存储器中 在巴科 斯看来 这种特征意味着这样一个基本循环过程 从存储器中调取数据 对其执行一些操作 然 0

14 第 一 部 分 语 言 大 师 : 如 何 与 机 器 对 话 后 将 结 果 返 回 存 储 器 而 他 认 为 凡 是 遵 循 这 种 范 式 的 编 程 语 言 都 必 然 缺 乏 透 明 度 以 约 翰 麦 卡 锡 的 Lisp( 主 要 用 于 人 工 智 能 ) 和 肯 尼 斯 艾 佛 森 的 APL 语 言 为 基 础, 巴 科 斯 提 出 了 一 种 叫 做 FP 的 语 言, 其 主 要 目 的 是 用 数 学 函 数 来 构 建 程 序 一 般 语 言 ( 冯 诺 依 曼 式 的 语 言 ) 和 类 似 FP 的 函 数 式 语 言 的 主 要 差 别 在 于, 前 者 实 际 上 是 在 直 接 修 改 计 算 机 内 存, 而 后 者 则 主 要 依 赖 于 复 合 函 数 (function composition) 巴 科 斯 在 他 的 图 灵 奖 获 奖 演 说 中 介 绍 了 FP, 并 使 用 了 求 两 个 数 组 的 内 积 作 为 例 子 这 是 在 物 理 中 常 用 的 一 种 运 算 标 准 的 冯 诺 依 曼 式 语 言 大 体 上 会 以 如 下 形 式 来 写 这 个 运 算 : c := 0 for i := step until n do c := c + a[i] * b[i] 巴 科 斯 从 几 个 方 面 批 评 了 这 一 公 式, 尤 其 是 以 下 两 点 第 一,c 不 断 被 修 改, 因 此 理 解 该 程 序 的 唯 一 办 法 就 是 理 解 这 种 修 改 其 实 是 把 一 个 新 的 乘 积 (product) 加 在 一 个 运 行 中 的 总 和 (total) 上 因 此 若 想 理 解 程 序, 人 们 必 须 能 在 头 脑 中 执 行 一 遍 代 码 第 二, 在 公 式 里 定 义 了 动 态 数 组 (a 和 b) 及 其 长 度 (n) 要 想 适 用 于 一 般 的 动 态 数 组, 这 些 都 需 要 作 为 参 数 进 行 传 递 在 大 多 数 语 言 中, 这 都 是 一 个 比 较 棘 手 的 过 程 而 在 FP 中, 内 积 运 算 可 以 定 义 为 如 下 形 式 : Def Innerproduct = (Insert +)(ApplyToAll *)(Transpose) 这 个 公 式 要 从 右 往 左 理 解 Transpose 是 将 两 个 动 态 数 组 的 对 应 元 素 配 对 在 上 例 中,a[] 应 和 b[] 配 对,a[] 应 和 b[] 配 对, 依 次 类 推 (ApplyToAll *) 是 用 每 一 对 的 乘 积 来 替 换 它 的 值, 而 (Insert +) 则 将 这 些 乘 积 累 加 巴 科 斯 认 为 这 样 做 有 三 个 主 要 的 优 点 其 一, 没 有 隐 藏 的 状 态 ( 例 如 上 面 程 序 中 的 变 量 c); 其 二, 它 对 任 意 两 个 同 样 长 度 的 动 态 数 组 都 有 效, 因 为 它 没 有 定 义 参 数 ( 也 就 避 开 了 参 数 传 递 的 问 题 ); 其 三, 这 当 中 没 有 涉 及 重 复 运 算, 因 为 在 这 个 叫 做 复 合 的 过 程 中, 每 一 步 操 作, 或 者 说 每 一 个 函 数 (Transpose ApplyToAll 和 Insert) 都 只 针 对 前 一 步 的 结 果 应 用 了 一 次 具 有 讽 刺 意 味 的 是, 函 数 式 语 言, 包 括 FP, 并 没 有 流 行 起 来, 而 其 原 因 正 是 Fortran 流 行 的 原 因 : 函 数 式 语 言 的 程 序 很 难 编 译 成 高 效 的 形 式 随 着 处 理 器 和 存 储 器 运 转 速 度 的 提 高, 权 威 人 士 预 测 人 们 对 程 序 效 率 的 关 注 可 能 会 大 大 降 低 不 过 这 些 预 测 至 今 尚 未 实 现 除 此 之 外,FP 语 言 也 不 适 用 于 许 多 日 常 的 编 程 任 务, 尤 其 是 那 些 需 要 经 常 读 取 数 据 修 改 数 据 然 后 将 其 返 回 数 据 库 的 任 务, 例 如 更 新 账 目 明 细, 等 等 像 这 样 的 任 务 天 生 就 适 于 使 用 冯 诺 依 曼 范 式 设 计 一 种 函 数 语 言 然 后 将 其 与 实 际 工 作 结 合 起 来 是 很 难 的 每 一 个 试 图 这 样 做 的 人 都 会 遇 到 各 种 各 样 的 问 题 就 算 巴 科 斯 没 有 解 决 这 个 问 题, 他 也 漂 亮 地 提 出 了 这 个 问 题 其 他 计 算 机 科 学 家 将 接 过 他 手 中 的 火 炬 继 续 前 进 年 退 休 之 后, 巴 科 斯 功 成 身 退, 离 开 了 计 算 机 科 学 界 乃 至 整 个 科 学 界 肯 尼 斯 艾 佛 森 (Kenneth Iverson,0 00) 年 开 发 了 APL(A Programming Language), 这 是 一 种 强 大 表 达 丰 富 而 且 简 明 的 编 程 语 言 年 他 因 对 数 学 表 达 式 和 编 程 语 言 理 论 的 贡 献 而 获 得 图 灵 奖

15 约翰 巴科斯 他每天都练习冥想 并阅读克里希那穆提①和伊娃 皮拉卡斯②有关人类内省方面的著作 大多数科学家之所以成为科学家 是因为他们畏惧生活 在科学中有所成就无疑非 常诱人 因为在此过程中无需与人产生冲突 无需应付艰难的人际关系 可以完全按自 己的方式生活 在这个近乎纯净的象牙塔里 你可以全力施展自己的才华 而没有任何 痛苦 与生活中的困难相比 解决科学问题的困难简直就是微不足道的 而自我反省则不是一种科学活动 它不可重复 也没有好的理论用以指导你如何去 做或者追求什么 通过对自己的反省 你可以真正理解宇宙的奥秘 这是非常奇妙的一 件事情 而这是通过任何物理定律都做不到的 0 ① 克里希那穆提 Jiddu Krishnamurti 被公认为0世纪最伟大的灵性导师 他一生走访全球0多个国 家演讲 演讲被辑录成0多本书 并被译为0多种语言 被印度及当代佛家学者认为是龙树菩萨再世 ② 伊娃 皮拉卡斯 Eva Pierrakos 是小说家雅各布 韦士曼之女 她创建了自我转化体系Pathwork 目的是达到 人性的纯净化

16 第 一 部 分 语 言 大 师 : 如 何 与 机 器 对 话 约 翰 约 翰 麦 卡 锡 不 走 寻 常 路 的 常 识 逻 辑 学 家 如 果 希 望 计 算 机 具 有 一 般 的 智 能, 那 么 其 外 在 结 构 就 必 须 基 于 一 般 的 常 识 和 推 理 约 翰 麦 卡 锡 麦 卡 锡 一 个 岁 的 小 女 孩 在 玩 一 辆 塑 料 玩 具 卡 车, 把 它 推 来 推 去, 嘴 里 模 仿 着 喇 叭 声 她 知 道 不 能 在 餐 桌 上 玩 它, 也 不 能 用 它 去 打 弟 弟 的 头 去 学 校 之 前, 她 会 把 卡 车 放 到 弟 弟 够 不 着 的 地 方 放 学 回 家 后, 她 也 知 道 在 原 来 的 地 方 可 以 找 到 自 己 的 玩 具 车 引 导 她 的 行 为 和 期 望 的 推 理 非 常 简 单, 任 何 一 个 同 龄 的 小 孩 都 能 理 解 但 是 大 多 数 计 算 机 却 不 能 计 算 机 的 问 题 一 部 分 在 于 它 缺 少 一 般 岁 小 孩 能 从 父 母 那 里 学 到 的 日 常 社 会 知 识, 例 如 不 能 损 坏 家 具, 不 能 伤 到 自 己 的 弟 弟 ; 另 一 部 分 在 于 计 算 机 没 有 我 们 的 日 常 推 理 能 力 人 类 使 用 的 是 一 种 基 于 经 验 的 常 识 推 测 体 系, 它 与 常 规 逻 辑 不 同, 因 此 也 与 一 般 计 算 机 程 序 员 的 思 维 不 同 常 规 逻 辑 使 用 的 是 一 种 被 称 为 演 绎 (deduction) 的 推 理 形 式 演 绎 让 我 们 能 从 所 有 失 业 演 员 都 当 了 服 务 生 和 托 米 是 个 失 业 演 员 这 两 个 陈 述 中 推 断 出 托 米 是 个 服 务 生 这 一 新 的 陈 述 其 优 点 在 于 它 的 可 靠 性 如 果 前 提 成 立, 那 么 结 论 一 定 成 立 同 时 演 绎 推 理 也 是 单 调 的 (monotonic, 数 学 术 语, 其 基 本 含 义 为 不 变 的 ) 如 果 你 发 现 了 新 的 事 实, 但 并 不 与 前 提 相 矛 盾, 那 么 结 论 仍 然 成 立 然 而, 尽 管 我 们 大 多 数 人 都 在 学 校 学 过 演 绎 推 理, 却 很 少 在 实 际 生 活 中 用 到 岁 的 小 女 孩 相 信 自 己 的 卡 车 还 在 原 来 的 位 置, 是 因 为 她 把 它 放 在 了 弟 弟 够 不 着 的 地 方 但 如 果 某 天 她 在 出 门 时 看 到 弟 弟 学 会 了 爬 凳 子, 可 能 就 不 会 这 么 有 把 握 了 岁 小 孩 掌 握 的 常 识 推 理 主 要 依 靠 基 于 经 验 的 推 测, 而 这 可 能 会 由 于 新 事 实 的 出 现 而 不 得 不 作 出 非 单 调 的 修 改 而 且 并 不 是 只 有 岁 小 孩 会 如 此 就 算 是 公 认 的 演 绎 推 理 大 师 歇 洛 克 福 尔 摩 斯, 也 并 不 经 常 用 到 演 绎 推 理 在 关 于 一 匹 受 伤 赛 马 的 冒 险 故 事 银 色 马 中, 福 尔 摩 斯 运 用 其 天 赋 的 洞 察 力 得 出 结 论, 看 门 狗 没 有 叫 是 因 为 它 认 识 罪 犯 我 们 的 侦 探 确 实 才 智 超 群, 而 且 推 论 看 来 合 情 合 理, 最 后 在 故 事 中 也 证 明 是 正 确 的, 但 他 用 的 却 不 是 演 绎 推 理 狗 可 能 是 被 麻 醉 了 戴 了 口 套, 或 者 当 时 正 在 野 地 里 追 兔 子 程 序 员 知 道 如 何 让 计 算 机 进 行 演 绎 推 理, 因 为 计 算 机 能 够 理 解 其 中 涉 及 的 数 学 但 如 果 想 让

17 约翰 麦卡锡 计算机进行人类赖以生存的这种推测性的 而又常常是正确的 常识推理 就得发明一种全新的 数理逻辑 而这正是约翰 麦卡锡为自己设立的目标之一 麦卡锡的成名还有其他原因 他发明了人工智能领域的首要语言Lisp list processing 表处 理 而且自其诞生之日起 就为编程语言设计提供了丰饶的思想源泉 同时 作为一名教师和 难题设计师 他在密码学和平面性检验等亚学科领域激发了众多计算机科学家的灵感 我们将在 拉宾①和陶尔扬②的章节中再行描述 约翰 麦卡锡年出生于波士顿一个共产党积极分子家庭 童年在四处奔波中度过 他的 父亲是一名爱尔兰天主教徒 先后做过木匠 渔民和工会组织者 全家一直马不停蹄地奔波 从 波士顿搬到纽约 然后又搬到洛杉矶 他的母亲是立陶宛犹太人 最初在联邦通讯社当新闻记者 后来就职于一家共产主义报刊 最后成为了一名社会工作者 麦卡锡早年对科学的兴趣与家庭的 政治信仰密不可分 当时普遍相信技术对人类必将有利无害 我记得还是小孩的时候 曾读过一本书叫 做 十万个为什么 是前苏联作家米 伊林③在 0 世纪 0 年代早期写的一套通俗科普 书 在美国好像没有这样的书 有趣的是 十几年前我在报上看到过报道一个特别早熟 的中国孩子 而他也读过 十万个为什么 麦卡锡认为自己的青少年时期平淡无奇 但事实证明并非如此 在上高三时 他得到了一份 加州理工学院的课程目录 上面列出了该校一年级和二年级的微积分课本 他买了这些书 完成 了所有的练习题目 这使得他最终在年进入加州理工后得以免修头两年的数学课程 年 麦卡锡开始攻读数学系的硕士学位 同年月他参加了加州理工主办的希克森脑行 为机制研讨会 大数学家 计算机设计大师约翰 冯 诺依曼在会上演讲了一篇关于自复制自动 机 self-replicating automata 的论文 这是一种可以对自身进行复制的机器 尽管当时的与会人 员并没有明确地将机器智能与人类智能联系起来 但冯 诺依曼的讲话却激发了麦卡锡的好奇心 年在普林斯顿大学数学系作博士论文时 麦卡锡首次开始尝试在机器上模拟人类智能 我把有智能的东西看做是一个有限自动机 与同样是有限自动机的环境相连 我和 约翰 冯 诺依曼见了面 他对此非常赞成 敦促我一定要把这篇论文写出来 但最后 我并没有写出来 因为我认为它还不够成熟 自动机 模拟的是随着时间从一个状态转入另一个状态的机器 比如说 普通的手动变速 箱汽车在驾驶员点火启动之后会从 熄火 状态转入 空挡但启动 状态 如果驾驶员挂挡前进 0 ① 迈克尔 O.拉宾 Michael O. Rabin 是以色列计算机科学家 年获得希伯来大学理学硕士学位 年获普林斯顿大学博士学位 年获得图灵奖 参见本书第章 ② 罗伯特 E.陶尔扬 Robert E. Tarjan 在数据结构和算法的设计与分析方面作出了众多创造性贡献 于 年与约翰 霍普克罗夫特共同获得图灵奖 参见本书第章 ③ 米 伊林 M. Ilin 是中国老一辈读者十分熟悉的前苏联作家 抛开政治因素不谈 他的作品脍炙人口 对我国 的科普创作界产生了很大影响

18 第一部分 语言大师 如何与机器对话 则转入 启动且挂一挡 状态 而 交互式自动机 interacting automaton 则是根据其自身的 状态以及它所观察到的其他自动机的状态决定从某个状态转入另一状态 有些自动机是智能的 可看做是自带驾驶员 但并不是必须智能 交互式自动机试图在这两种类型之间建立一种连续 性的统一体 麦卡锡放弃了自己对利用自动机模拟人类智能的首次尝试 但在十几年之后 当他从事情境 演算 situational calculus 方面的工作时 关于状态和状态转换的思想将重新浮出水面 在这段时间中 麦卡锡始终没有放弃制造一台像人类那样智能的机器这一想法 年夏 普林斯顿大学的一个研究生杰里 雷纳 Jerry Rayna 向麦卡锡建议 可以找一些对机器智能感 兴趣的人去收集一些该领域的文章 麦卡锡找的第一批人就有克劳德 香农① 信息论 亦即通 信数学理论的发明者 香农的理论最初用于远程通信 后被广泛用于语言学 数学以及计算机科 学等领域 香农不喜欢华而不实的术语堆砌 他整理的卷宗为 自动机研究 Automata Studies 而其中收集到的文章让我很失望 里面有关智能的内容并不多 所以在 年开始筹备达特茅斯计划时 我希望开门见山 使用了 人工智能 这一术语 目的是让参与者们弄清楚我们是在干什么 年在达特茅斯学院举办的夏季人工智能研讨会是计算机科学史上的一座里程碑 这项涉 及0人 耗时个月的雄心勃勃的研究计划 其目标是 基于 我们能够精确 全面地描述人类 智能中的学习等特征 并制造出机器模拟之 这一构想 继续阔步前进 引自其提案 研讨会的四位组织者 麦卡锡 马文 明斯基② 当时还在哈佛大学 纳撒尼尔 罗切斯 特③ IBM的杰出计算机设计师 和香农 向洛克菲勒基金会申请了一笔资金支持 金额在今天 看来几乎少得可怜 主要组织者每人00美元 再加上 外地与会人员的火车票 总共00美元 麦卡锡在提案中写到 他将研究语言和智能二者间的关系 希望通过程序使计算机能 进行 棋类游戏并完成其他任务 时隔0年后回忆起这次研讨会时 麦卡锡以他特有的直率形容了自 己当时的愿景和期望 我为这次会议设定的目标完全不切实际 以为经过一个夏天的讨论就能搞定整个项 目 我之前从未参与过这种模式的会议 只是略有耳闻 实际上 它和那种以研究国防 为名义的军事夏令营没什么区别 创造一台真正智能的机器是一个极为困难的过程 尽管这次会议在实质上并未解决任何具体 问题 但它确立了一些目标和技术方法 使人工智能获得了计算机科学界的承认 成为一个独立 ① 克劳德 香农 Claude Shannon 00 美国数学家 信息论的创始人 曾是美国科学院院士 伦敦皇家 科学院院士 年获得电子电气工程师协会荣誉奖章 美国国家科学奖章 ② 马文 明斯基 Marvin Minsky 是麻省理工学院人工智能实验室的创始人之一 著有多部人工智能和哲 学方面的作品 他是美国工程院和美国科学院院士 年获得图灵奖 00年获得本杰明 富兰克林奖章 ③ 纳撒尼尔 罗切斯特 Nathaniel Rochester 00 毕业于麻省理工 年起加盟IBM 是该公司第一位 系统设计师 年计算机先驱奖获得者

19 约翰 麦卡锡 的而且最终充满着活力的新兴科研领域 虽然大多数与会者在会后并未继续从事该领域的研究 但另外那少数人中却产生了一批在该领域影响深远的成就 来自卡内基梅隆大学的艾伦 纽厄尔 赫伯特 西蒙和J. C.肖 J. C. Shaw 描述了他们的第 二代信息处理语言 Information Processing Language IPL 这三位科学家致力于构建一种名 为 逻辑理论机 的程序 用于验证基本逻辑和博弈论中的定理 而为了做到这一点 他们设计 出IPL 这种程序语言以便于操作对象符号 例如象棋的棋子或者逻辑变量里的真值 由于这种 操作与针对数字的算术运算非常不同 他们提议使用一种所谓的 表结构 让我们冒昧地借用 爱丽丝梦游仙境 来说明如何利用表来进行符号处理 假设柴郡猫告诉 爱丽丝 不是我疯了 就是帽匠疯了 我们用C H A代表三种观点 分别是柴郡猫疯了 帽 匠疯了和爱丽丝疯了 猫之前的那句声明可以用表的形式表示为(or C H) 然后猫又告诉爱丽丝 不是你疯了 就是帽匠疯了 聪明的爱丽丝会把这个声明和之前的那个一起表示为(and (or C H) (or A H)) 最后猫又说 我们三个中只有一个疯了 也就是说 至少有两个没有疯 爱丽丝可以 将其表示为(and (or C H) (or A H) (or (and (not A) (not C)) (and (not A) (not H)) (and (not C) (not H)))) 把这些声明表示成表的形式之后 我们就可以定义一些表操作的规则 例如(and (or X Y) (or Z Y)) = (or (and X Z) Y) 也就是说 如果不是X成立就是Y成立 而且不是Z成立就是Y成立 那 么不是X和Z都成立 就是Y成立 应用这样一些规则 我们就能得出结论(and H (not C) (not A)) 那么 根据柴郡猫的说法 只有帽匠疯了 通过表来进行逻辑推理的优点在于 在推理的过程中表可以扩展 收缩和重组 此外 我们 可以用同一种形式表示规则和数据 在研讨会大多数与会者们看来 表操作无疑是这次的赢家 达特茅斯会议的另一项成就是马文 明斯基关于构建几何定理证明机的提案 明斯基在纸上试验 了几个例子 认为证明几何定理可能是对纽厄尔和西蒙提出的基于规则的方法的一种很好的应 用 IBM公司的赫伯特 格林特 Herbert Gelernter 和纳撒尼尔 罗切斯特决定去实现这个程序 格林特日后又开发了一种帮助有机化学家合成新化合物的工具 他的儿子大卫 格林特 David Gelernter 是并行程序设计和医学人工智能领域著名的研究者及设计者 麦卡锡身为这个定理证 明项目的顾问 有机会为智能行为编写程序 格林特和他的助手卡尔 格贝里希 Carl Gerberich 采纳了我的建议 以 Fortran 为蓝本设计了 FLPL Fortran 表处理语言 Fortran List Processing Language 其中也 加入了一些他们自己的想法 年 约翰 巴科斯和他在IBM的团队发布了首个高级编程语言Fortran 将从事数字运算 的程序员从为每一台计算机写汇编语言中解放出来 直到今天 Fortran仍然是科学和工程计算中 的通用语言 FLPL首次尝试了扩展Fortran的符号操作能力 年夏天在IBM工作时 麦卡锡试 图用FLPL为自己在高中时常用的代数微分应用写一个表程序 但很快发现需要用到递归条件表 达式① 而Fortran却不支持递归 ① 比如说 y的微分等于y乘以y的微分 这就是一种递归 因为表达式的微分是依照其组成部分的微分进行定义的 原书注 0

20 0 第一部分 语言大师 如何与机器对话 如果 Fortran 支持递归 我就能用 FLPL 做下去 我甚至也考虑了如何往 Fortran 中 加入递归的问题 但是那样做过于复杂 事实证明 IBM很快就失去了对人工智能的兴趣 一些客户认为智能机器可能会威胁到他们 的工作岗位 因此0世纪0年代初期的IBM市场营销都把计算机说成是非智能的快速运算设备 百依百顺 只按要求行事 麦卡锡不再纠缠于修补Fortran 而是转头发明了Lisp 纽厄尔 肖和西蒙后来把IPL形容为 一种越变越复杂的语言 而麦卡锡则把他的Lisp形容为一种越变越简单的语言 Lisp 是 list processing language 表处理语言 的缩写 确如其名 Lisp中所有的数据都 用表来表示 这些表都被包含在圆括号中 比如说 Robert taught Dennis 可能就是表示 罗伯 特教丹尼斯 这个句子的一个表 在这种情况下 顺序是很重要的 因为它指明了是谁在教谁 而 apple tomato milk 则可能表示一个购物清单 在这种情况下 顺序就不重要了 因为 这三种商品可以按任意顺序购买 上述这两个例子中 表都包含了 原子 atom 作为元素 原子和表不同 是Lisp中最小的符号单位 不包含其他任何组成部分 而表还能够包含 而且一 般都会包含 其他表作为组成部分 比如说 Robert taught Carol and Dennis 反映了句子的 语法结构 其中的圆括号指明卡罗尔和丹尼斯都是动词 教 的对象 再比如 times plus x y 表示 x + y 这里的顺序也很重要 而且圆括号表明x和y是一起的 通过这种方式 表不仅能够表示构成科学和工程的标准数学结构 还能表示构成语言的语句 结构 从一开始 麦卡锡就拥有一个热情高涨的合作者团队 当我在 年秋天回到麻省理工的时候 我和明斯基有了一个大工作室 一台键 控打孔机 此外还配备了一名秘书 两个程序员和六个数学专业的研究生 我们是在春 天时向杰里 威斯纳 Jerry Wiesner 申请的这些 理由是为我们的人工智能项目做准备 我们连书面提案都没准备 申请就得到了批准 很幸运 当时麻省理工的电子研究实 验室刚刚与美国军方签署了一份无固定目标的双向合作协议 而相应的资源还没有到位 我想这种灵活的资源调配正是美国的人工智能研究起步领先于其他国家的原因之一 纽厄 尔-西蒙的研究之所以能进行 也是由于美国空军在当时向兰德公司提供了弹性的支持 随着工作的深入 麦卡锡希望改进这种语言的表达能力 年 为了展示Lisp可以明确地 表达任何可计算函数 他加入了一个叫做 求值 eval 的功能 求值 允许程序定义新的函数或者过程 procedure 然后将其作为程序的一部分执行 而 大多数语言在执行新函数之前都会强制程序中止运行 并且 重新编译 由于求值函数可以带 动并执行任何函数 它扮演了一种 通用图灵机 ①的角色 是其他计算机的通用模拟器 求值概念具有非常实际的意义 比如说 由于国际金融市场时刻都在变化 股票交易所必须 ① 图灵机又称确定型图灵机 是阿兰 图灵于年提出的一种抽象计算模型 在理论上可以计算任何直观可计算 的函数 图灵机作为计算机的理论模型 在有关计算理论和计算复杂性的研究方面得到了广泛的应用

21 约 翰 麦 卡 锡 每 周 天 每 天 小 时 不 停 地 提 供 计 算 服 务 如 果 有 人 写 了 一 个 程 序, 可 以 用 新 的 方 法 分 析 路 透 社 的 股 票 数 据, 股 票 经 纪 人 很 可 能 希 望 马 上 就 使 用 它, 但 又 绝 不 想 中 断 自 己 机 器 的 使 用 求 值 让 这 一 切 成 为 可 能 Lisp Lisp 的 基 本 操 作 典 型 的 Lisp 函 数 和 过 程 要 么 是 把 一 个 表 拆 开, 要 么 是 把 几 个 表 合 并 成 一 个 新 表 比 如 说, 追 加 (append) 函 数 可 以 将 两 个 表 首 尾 相 接, 从 而 生 成 一 个 新 表 如 果 我 们 打 算 用 名 词 和 动 词 短 语 造 句, 这 可 能 会 很 有 用, 例 如 现 在 有 两 个 人 物 鲍 勃 和 爱 丽 丝, 那 么 (append (Bob kissed) (Alice)) 将 生 成 (Bob kissed Alice) 这 个 新 表 另 一 个 有 用 的 函 数 倒 置 (reverse) 可 以 颠 倒 表 中 的 元 素 顺 序 例 如 (reverse (append (Bob kissed) (Alice))) 将 生 成 (reverse (Bob kissed Alice)), 之 后 再 生 成 (Alice kissed Bob) 而 如 果 把 两 个 函 数 互 换 一 下, 例 如 (append (reverse (Bob kissed)) (Alice)), 则 会 生 成 (append (kissed Bob) (Alice)), 之 后 再 生 成 (kissed Bob Alice) 不 论 鲍 勃 和 爱 丽 丝 之 间 的 关 系 如 何, 我 们 能 够 看 出 Lisp 程 序 可 以 由 函 数 构 成, 而 这 些 函 数 可 以 处 理 并 产 生 新 的 表 这 正 是 吸 引 巴 科 斯 发 明 FP 的 东 西 Lisp 中 的 递 归 和 求 值 麦 卡 锡 把 递 归 作 为 Lisp 处 理 策 略 中 的 核 心 部 分 递 归 是 用 操 作 本 身 对 其 进 行 定 义 的 一 种 方 法, 因 此 程 序 员 可 以 把 问 题 变 简 单 后 再 进 行 定 义, 从 而 绕 过 了 循 环 定 义 的 禁 忌 比 如 说, 如 果 某 个 表 只 包 含 一 个 元 素, 我 们 可 以 定 义 这 个 表 倒 置 后 仍 然 为 它 本 身 如 果 这 个 表 包 含 多 个 元 素, 我 们 可 以 如 下 定 义 它 的 倒 置 : 倒 置 除 第 一 个 元 素 以 外 的 所 有 元 素, 再 在 其 后 追 加 上 第 一 个 元 素 这 句 话 看 起 来 有 点 拗 口, 我 们 可 以 这 样 说 明 : 把 表 L 中 的 第 一 个 元 素 称 作 是 L 的 头 部, 表 示 为 (head L), 而 余 下 的 元 素 称 作 L 的 尾 部, 表 示 为 (tail L) 根 据 Lisp 的 理 念, 我 们 就 可 以 写 出 这 样 一 段 程 序 ( 语 法 并 不 精 确 ): define (reverse L) as if L has one element then L else (append (reverse (tail L)) (list (head L))) 我 们 可 以 套 用 一 个 具 体 的 例 子, 而 这 次 变 成 了 三 角 关 系 : 鲍 勃 爱 丽 丝 再 加 上 卡 罗 尔 那 么 (reverse (Alice Bob Carol)) = (append ((reverse (Bob Carol)) (Alice))) = (append ((Carol Bob) (Alice))) = (Carol Bob Alice) 由 于 函 数 和 过 程 本 身 是 定 义 为 表 的, 因 此 我 们 也 可 以 用 其 他 函 数 和 过 程 来 构 造 它 们 这 样 求 值 函 数 就 可 以 带 动 并 执 行 这 种 函 数 或 过 程 了 Lisp 中 蕴 含 的 思 想 吸 引 了 负 责 设 计 Algol 语 言 ( 巴 科 斯 和 诺 尔 为 其 发 明 了 巴 科 斯 诺 尔 范 式 ) 的 国 际 委 员 会 0 年, 在 该 委 员 会 于 巴 黎 召 开 的 会 议 上, 麦 卡 锡 正 式 提 出 了 递 归 和 条 件 表 达 式 0

22 第一部分 语言大师 如何与机器对话 这两个概念 在标记方法上 委员会有了些争论 但最终仍然接受了他的思想 Algol是第一个采用Lisp创新的语言 但绝对不是最后一个 Algol的后继语言如Pascal C Ada以及其他大多数现代编程语言都支持递归和条件表达式 但直到最近 主流语言都不支持求 值 主要原因在于语言设计者们担心程序员往运行中的程序里添加新功能可能会很危险 不过如 今的很多程序都必须每周天 每天小时地连续运行 人们对求值这种特性的需求越来越迫切 因此大多数实验性语言都包含了求值或类似求值的功能 近0年来 Lisp一直是人工智能领域的标准语言 麦卡锡并未预料到它会有如此长的寿命 甚至曾建议将其修改成类似Algol那样 然而该领域的编程人员仍然喜欢Lisp最初的语法 麦卡锡 和在他之前的巴科斯 之后的艾伦 C. 凯一样 最终已无法控制自己发明的语言的发展方向 让常识合乎逻辑 幸运的是 麦卡锡一直都只是把Lisp看做一种手段 目的是达到他的主要目标 至今也依然 如此 制造一台像人那样有智慧的机器 在他于年发表的论文 具有常识的程序 中 麦卡锡详细地阐述了这一目标 以这篇论 文为起点 他开始了穷其一生的不懈求索 力求将数学的精确应用到所谓 常识 这一难以捉摸 的推理形式之中 为了具体说明这一目标 他将具有常识的程序定义为 对任意给定的事物 自己已知的或别 人告知的 能够独立演绎推理出它将产生的一系列直接结果 作为例子 他描述了一个人从书 桌边离开并驱车前往机场这一事件涉及的推理过程① 在论文介绍后的讨论环节中 著名的逻辑学家和语言学家耶霍舒亚 巴尔 希勒尔②将麦卡锡 的方法形容为 半生不熟的 和 伪哲学的 他认为麦卡锡所提倡的推理不能被称为是 演绎 推理 因为其结论并不总是成立 希勒尔指出 叫辆出租车去机场不是更便宜吗 难道不能退 订这趟航班 或者做点别的事情 麦卡锡回应了批评 他同意自己的论文基于 不明确的哲学假定之上 每当我们设计程 序让计算机学习经验时 就是在把某种认识论添加到程序中 从那时起 解决认识论问题成了 麦卡锡和其他少数人工智能理论家研究的重心所在 在读者了解这些研究之前 也许想知道最开始为什么会有人想把常识纳入到计算机程序中 来 这对科学或社会能带来什么好处 麦卡锡给出了答案 所有的科学以及专业理论中都引入了常识 当你想要改进理论时 你总要回到常识 ① 麦卡锡举的例子是这样的 假设我在家里坐在书桌边 而且我想去机场 我的车也停在家里 问题的解决方法是 步行到汽车边 驾驶汽车 然后前往机场 他举这个例子的本意是想说明 推理程序需要有 正式声明的前提 才能得出相关结论 ② 耶霍舒亚 巴尔 希勒尔 Yehoshua Bar-Hillel 是犹太哲学家 逻辑学家 语言学家 0世纪0年 代在美国麻省理工学院电子学实验室从事研究工作 后任希伯莱大学逻辑和科学哲学教授 国际科学史和科学哲 学联合会主席

23 约翰 麦卡锡 推理 因为是常识推理主导着你的试验 所以 如果有人想设计出更好的象棋程序 就需要对自己的成果进行试验 让它分 析各种棋局 有关进行何种试验的所有推理都立足于常识框架之内 我们从很多科学家的著作中都能找到类似的观点 例如理查德 费曼①在他著名的物理学讲 义中讨论对称时 就提出了如下观点 我们所有的物理思想 在应用中都需要一定的常识 它们并不只是纯粹的数学的或 抽象的思想 当我们说把仪器移动到新的位置 得到的现象相同时 必须正确理解这句 话的意思 它的意思是我们移动了所有我们认为相关的东西 如果得到的现象不同 可 能是因为有些相关的东西被遗漏了而没有移动 我们就要把它们找出来 ② 常识推理的主要优点之一在于其应变性 当环境中出现了新情况时 它能够很好地适应 麦 卡锡给出了下面的例子 假设一位旅客要从格拉斯哥经伦敦飞往莫斯科 再假定他知道自己得购买机票 也 知道整个旅程的目的地顺序 很多程序都能够进行如下推理 如果他从格拉斯哥飞到伦敦 再从伦敦飞到莫斯科 那么他就会在莫斯科 但如果他在伦敦把机票丢了怎么办 原计划将不再有效 但如果 原计划中包含了再买一张机票的情况 就不会有问题 然而现有的实用程序都不能像这 样细致地设置环境条件 年 麦卡锡已是斯坦福大学的人工智能实验室主任 他提出了一种名为 情境演算 的 逻辑理论 其中 情境 代表着世界的一个状态 当主体 agent 行动时 情境就会相应发生变 化 主体下一步如何行动取决于他对情境的了解 在麦卡锡的旅行例子中 没有意识到自己丢了机票的旅客会直接前往机场 而意识到自己丢 了机票的旅客则可能会去旅行社 找 假设有智能的 代理人进行交涉 情境演算和有限自动机 finite automata 理论中都有状态转换的概念 但情境演算中的推理 不仅取决于情境 同时还取决于主体对情境的了解 主体知道或能够知道得越多 作出的决策就 会越正确 而这正是他所希望的 情境演算理论吸引了众多研究人员 他们用各种方式应用这 一理论或其变体 但它本身也引起了新的大问题 在主体众多且互相联系的世界中 与一个主体相关的情境可能会随着其他主体的行为发生改 变 当然 在我们的常识世界中 我们知道其他主体的大多数行为在实质上并不会影响我们自己 的决策 ① 理查德 费曼 Richard Feynman 是著名的美国物理学家 年诺贝尔物理奖得主 他提出了费 曼图 费曼规则和重正化的计算方法 均为研究量子电动力学和粒子物理学的重要工具 ② 出自The Feynman Lectures on Physics 纽约Addison-Wesley出版社 年版 理查德 费曼著 罗伯特 雷顿 Robert B. Leighton 马修 辛特斯 Matthew Sands 整理 第一卷 第-页 原书注 0

24 第 一 部 分 语 言 大 师 : 如 何 与 机 器 对 话 比 如 说, 丢 三 落 四 的 旅 客 ( 主 体 A) 的 行 为 不 会 因 为 美 国 总 统 ( 主 体 B) 在 华 盛 顿 特 区 晨 跑 时 买 了 一 个 小 松 饼 而 发 生 改 变 逻 辑 不 会 告 诉 我 们 这 两 个 行 为 无 关, 但 是 直 觉 会 让 我 们 得 出 这 样 的 结 论 ( 除 非 你 相 信 那 些 子 虚 乌 有 的 阴 谋 论 ) 在 与 爱 丁 堡 大 学 的 帕 特 里 克 海 耶 斯 合 著 的 一 本 书 中, 麦 卡 锡 用 框 架 问 题 (frame problem) 来 表 示 如 何 简 洁 地 找 出 不 受 某 特 定 行 为 影 响 的 众 多 事 实 这 一 普 遍 问 题 简 而 言 之, 当 特 定 的 行 为 发 生 时, 框 架 问 题 不 必 具 体 列 出 所 有 未 变 化 的 事 物 大 多 数 成 功 的 破 案 都 依 赖 于 对 框 架 问 题 的 洞 察 英 勇 的 侦 探 在 找 到 破 案 线 索 时, 实 际 上 是 辨 别 出 了 多 数 人 可 能 会 摒 弃 或 忽 视 的 行 为 和 主 体 之 间 的 联 系 例 如 在 银 色 马 中, 福 尔 摩 斯 从 看 门 狗 没 有 叫 这 一 行 为 确 认 了 狗 的 主 人 就 是 罪 犯 而 其 他 人, 包 括 他 可 敬 的 伙 伴 华 生 医 生 在 内 都 没 有 想 到 这 一 点 福 尔 摩 斯 在 他 的 调 查 开 始 之 前 作 出 了 如 下 评 论 : 对 这 件 案 子, 思 维 推 理 的 艺 术, 应 当 用 来 仔 细 查 明 事 实 细 节, 而 不 是 用 来 寻 找 新 的 证 据 这 件 惨 案 极 不 平 凡, 如 此 费 解, 并 且 与 那 么 多 人 有 切 身 利 害 关 系, 使 我 们 颇 费 推 测 猜 想 和 假 设 困 难 在 于, 需 要 把 那 些 确 凿 的 事 实 无 可 争 辩 的 事 实 与 那 些 理 论 家 记 者 的 虚 构 粉 饰 之 词 区 别 开 来 计 算 机 所 处 的 环 境 随 时 都 可 能 出 现 新 的 意 外 的 事 实 要 想 解 决 框 架 问 题, 它 必 须 像 歇 洛 克 福 尔 摩 斯 那 样 运 用 一 套 新 的 推 理 方 法 年 马 文 明 斯 基 出 版 了 表 征 知 识 的 框 架 (A Framework for Representing Knowledge, 麻 省 理 工 学 院 出 版 社 ) 一 书, 主 张 人 工 智 能 不 应 该 使 用 逻 辑, 因 为 逻 辑 与 生 俱 来 就 是 保 守 的 为 了 理 解 他 的 论 点, 我 们 假 设 你 听 说 朋 友 有 一 只 叫 做 班 卓 的 鸟 你 想 象 中 的 情 境 可 能 包 括 班 卓 会 飞 但 如 果 现 在 你 的 朋 友 告 诉 你, 班 卓 是 只 企 鹅, 或 者 被 剪 过 翅 膀, 或 者 腿 被 绑 起 来 了, 或 者 惧 怕 飞 行, 你 就 不 会 再 认 为 班 卓 会 飞 了 虽 然 没 有 违 背 班 卓 是 只 鸟 的 事 实, 但 新 的 信 息 却 让 你 改 变 了 最 初 的 结 论 明 斯 基 把 这 种 推 理 形 式 称 为 是 非 单 调 的 (nonmonotonic) 经 典 的 演 绎 推 理 都 是 单 调 的 只 要 和 旧 的 信 息 不 矛 盾, 新 的 信 息 就 不 会 改 变 原 来 的 结 论 日 常 的 推 理 中, 充 满 了 非 单 调 性 我 们 相 信 总 统 先 生 在 华 盛 顿 特 区 大 吃 小 松 饼 不 会 影 响 到 伦 敦 希 斯 罗 机 场 的 旅 客, 但 如 果 我 们 发 现 当 地 著 名 的 萨 克 斯 音 乐 会 就 以 他 吃 小 松 饼 作 为 开 场 信 号, 我 们 就 会 改 变 主 意 了 麦 卡 锡 把 非 单 调 性 看 作 是 解 决 框 架 问 题 的 一 种 途 径 有 智 慧 的 主 体 在 进 行 推 理 时, 从 直 觉 上 会 先 假 定 遥 远 的 行 为 不 会 产 生 影 响 ; 而 一 旦 发 现 这 些 行 为 事 实 上 可 能 有 关, 则 需 要 重 新 推 理 与 明 斯 基 不 同, 麦 卡 锡 认 为 逻 辑 是 解 决 这 个 问 题 唯 一 可 靠 的 基 础 为 了 做 到 这 一 点, 逻 辑 需 要 一 种 用 于 推 测 的 形 式 化 基 础 麦 卡 锡 提 出 了 限 定 推 理 (circumscription) 这 一 规 则 允 许 主 体 进 行 如 下 推 测 : 我 已 经 知 道 了 全 部 可 能 具 有 性 质 P 的 对 象 因 此 如 果 遇 到 新 的 对 象, 我 会 假 设 它 不 具 有 性 质 P 帕 特 里 克 海 耶 斯 (Patrick Hayes, ) 是 剑 桥 大 学 数 学 系 学 士 爱 丁 堡 大 学 人 工 智 能 专 业 博 士 在 他 年 轻 时 与 约 翰 麦 卡 锡 合 著 的 从 人 工 智 能 角 度 看 待 的 哲 学 问 题 一 书 中, 第 一 次 明 确 声 明 了 逻 辑 知 识 表 征 中 人 工 智 能 领 域 的 基 础 概 念 出 自 The Complete Sherlock Holmes, 第 页 原 书 注

25 约翰 麦卡锡 例如对于班卓来说 你假定它会飞 也就是说你针对鸟类限定了 不会飞 的性质 而对 于一只叫做强波的大象来说 你限定了 会飞 这一性质 即在没有相反证据的情况下 假定 这只大象不会飞 因为它不具备会飞的性质① 因此 限定推理便于我们对事物进行基于经验 的猜测 在了解到更多事实之后可能会证明它是错误的 但同时它也使我们能够作出一些有用的 假设 在一个给定的情境中 要想知道应该限定哪些性质 必须先了解世界上的事实 在班卓和强 波的例子中 我们必须知道普通的鸟都会飞 而普通的大象都不会 人类几乎不假思索就能运用 这些知识 但对计算机而言却是重大的挑战 比如说 百科全书告诉你拿破仑死于 年 而威灵顿公爵②死于 年 拿破 仑死时 是英国政府关押在圣赫勒拿岛的囚徒 但是百科全书本身很可能不会告诉你威灵顿公爵是否听说了拿破仑的死讯 你必须 用常识去分析百科的内容才能知道 你也许会进行如下推理 威灵顿公爵很可能听说了拿破仑的死讯 因为他的戎马一生中有 大半都为拿破仑所困扰 因此你可以限定 未听说自己关注的人的死讯 作为性质P 而更简单 的问题 拿破仑是否听说了威灵顿公爵的死讯 你可以限定 听说比自己晚死的人的死讯 作 为性质P 最根本的问题在于 如何利用情境的上下文背景来作出自然的推测 例如将军普遍都会关注 他们的对手 麦卡锡开始开发一种新的逻辑形式 使其能够处理和利用上下文背景 其中的部分目标就是要理解人们在说什么 如果 AI 系统无法利用上下文背景 它 就不能理解人们在对话中叙述的内容 这个问题的难度极大 不仅是机器难以正确地应用上下文背景 就算是人类自身有时也会有 困难 已故的前白宫发言人托马斯 奥尼尔③曾讲过一个欢迎新任总统罗纳德 里根④就职的故 事 奥尼尔告诉里根 他有格罗弗 克利夫兰⑤用过的书桌 里根笑着说他曾经在电影里扮演 0 ① 这一段话可能有些拗口 对于小鸟班卓来说 性质P指的是 不会飞 套用上一段的推测方法 即 我已经知道 了全部不会飞的鸟 比如企鹅 鸵鸟 被剪过翅膀或者怕飞的鸟 因此如果遇到新的鸟 我会假设它不是不会 飞的鸟 即会飞 而对于大象强波 性质P则变成了 会飞 即 我已经知道了全部会飞的大象 即不存在 因此如果遇到新的大象 我会假设它不会飞 ② 威灵顿公爵一世 Arthur Wellesley 约 是英国军人及政治家 世纪上半叶最具影响力的军事及政 治人物之一 正是他在滑铁卢战役中击败了拿破仑 ③ 托马斯 奥尼尔 Thomas O Neill 是美国民主党政治家 从年至年长期担任美国众议院 议长 因公开反对里根总统而出名 ④ 罗纳德 里根 Ronald Reagan 00 是美国第0任总统 年至年 共和党人 踏入政坛之前 他曾担任过比赛评论员 救生员 专栏作家和电影演员 ⑤ 格罗弗 克利夫兰 Stephen Grover Cleveland 0 是美国第和任总统 也是该国历史上唯一一名 分开任两届的总统 民主党人

26 第 一 部 分 语 言 大 师 : 如 何 与 机 器 对 话 过 克 利 夫 兰 里 根 说 的 是 棒 球 运 动 员 格 罗 弗 克 利 夫 兰 亚 历 山 大, 而 奥 尼 尔 说 的 则 是 美 国 的 两 任 总 统 如 此 多 的 问 题, 如 此 少 的 答 案 开 启 了 常 识 推 理 的 潘 多 拉 魔 盒, 促 使 麦 卡 锡 开 始 研 究 一 种 能 允 许 任 意 加 入 新 的 事 实 的 形 式 体 系 他 将 其 称 为 容 变 能 力 (elaboration tolerance) 一 旦 允 许 变 化, 新 的 事 实 可 能 会 使 推 理 者 在 保 留 部 分 结 论 的 同 时 改 变 之 前 作 出 的 一 些 结 论 要 想 得 到 所 有 正 确 和 不 正 确 的 结 论, 可 能 需 要 用 到 基 于 某 些 预 判 的 可 能 性 得 到 的 限 定 推 测, 例 如 鸟 会 飞, 而 大 象 不 会 至 于 如 何 判 断 哪 些 推 测 可 能 成 立, 这 需 要 知 识, 以 及 把 知 识 系 统 化 整 理 成 上 下 文 背 景 或 微 理 论 (microtheory) 的 方 法 推 理 者 采 取 行 动, 知 识 也 会 相 应 增 长, 因 而 又 会 创 造 出 新 的 事 实 这 些 能 力 环 环 相 扣 相 互 依 赖 在 年 发 表 的 论 文 中, 麦 卡 锡 提 出 其 目 标 是 构 建 一 台 机 器, 使 其 能 够 执 行 一 些 简 单 的 任 何 非 低 能 的 人 都 能 进 行 的 文 字 推 理 过 程 从 字 面 上 看, 这 一 任 务 似 乎 并 不 算 难 事, 但 目 标 依 然 非 常 遥 远 读 到 这 里 也 许 有 读 者 会 问, 麦 卡 锡 试 图 为 人 工 智 能 提 供 逻 辑 基 础, 他 的 众 多 尝 试 到 底 算 是 成 功 了, 还 是 失 败 了? 在 他 自 己 看 来, 自 情 境 演 算 之 后 他 的 工 作 鲜 有 付 诸 实 践 的 医 疗 诊 断 或 者 预 测 股 票 价 格 等 专 业 系 统 的 开 发 者 们, 无 不 想 方 设 法 地 避 免 在 自 己 的 系 统 中 进 行 非 单 调 推 理 或 者 一 般 上 下 文 背 景 推 理 麦 卡 锡 和 他 的 同 事 们 揭 示 出 来 的 困 难, 如 今 成 了 不 得 靠 近 的 警 示 牌 但 在 未 来 可 能 会 完 全 不 同 如 果 项 目 的 覆 盖 面 广 阔, 而 又 深 不 见 底 ( 就 像 道 格 拉 斯 莱 纳 特 的 Cyc, 试 图 对 亿 万 事 实 和 规 则 进 行 编 码 ), 就 必 将 面 临 许 多 难 以 解 决 的 困 难 任 何 这 类 使 用 逻 辑 的 项 目 都 必 须 建 立 在 麦 卡 锡 的 工 作 成 果 之 上 ( 我 们 在 莱 纳 特 一 章 中 将 会 提 到, 他 的 项 目 运 用 了 R. V. 古 哈 提 出 的 微 理 论, 而 古 哈 则 师 从 麦 卡 锡 ) 现 有 的 逻 辑 工 具 能 否 够 用? 麦 卡 锡 承 认 他 并 不 知 道 格 罗 弗 克 利 夫 兰 亚 历 山 大 (Grover Cleveland Alexander, 0) 是 美 国 职 棒 大 联 盟 MLB 的 投 手, 年 入 选 棒 球 名 人 堂 里 根 在 年 的 传 记 影 片 胜 利 之 队 中 扮 演 了 他 出 自 希 腊 神 话 宙 斯 将 一 个 盒 子 交 给 潘 多 拉, 但 禁 止 她 打 开 潘 多 拉 抑 制 不 住 好 奇 心 打 开 了 盒 子, 结 果 从 盒 子 中 跑 出 了 大 量 的 瘟 疫 和 灾 祸 潘 多 拉 后 悔 莫 及, 赶 紧 盖 上 盒 子, 只 有 一 点 渺 茫 的 希 望 留 在 盒 中 据 说 这 就 是 世 人 虽 饱 经 忧 患 但 仍 怀 抱 希 望 的 由 来 道 格 拉 斯 莱 纳 特 (Douglas Lenat,0 ) 是 当 今 人 工 智 能 界 的 泰 斗, 美 国 人 工 智 能 协 会 创 始 人 之 一 Cyc 是 一 个 致 力 于 将 各 领 域 的 本 体 及 常 识 知 识 综 合 地 集 成 在 一 起, 并 在 此 基 础 上 实 现 知 识 推 理 的 人 工 智 能 项 目 其 目 标 是 使 人 工 智 能 的 应 用 能 够 以 类 似 人 类 推 理 的 方 式 工 作 这 个 项 目 是 由 道 格 拉 斯 莱 纳 特 在 年 设 立 的 参 见 本 书 第 章 罗 摩 占 陀 罗 V. 古 哈 (Ramachandra V. Guha, ) 毕 业 于 印 度 理 工 学 院 马 德 拉 斯 分 校, 现 任 职 于 谷 歌 他 是 Cyc 项 目 早 期 的 共 同 领 导 者 之 一

27 约翰 麦卡锡 利用逻辑表达世界中的事实的进展一直都很缓慢 亚里士多德没有发明形式体系 莱布尼茨①没有发明命题演算 尽管这种形式体系比他和牛顿同时发明的微积分更加简 单 乔治 布尔②发明了命题演算 却没有发明谓词演算 戈特洛布 弗雷格③发明了谓 词演算 但从未尝试过将非单调推理形式化 我想我们人类明白 要明确地表征我们思 维过程中的各种事实 表面来看似乎简单 实际上是很困难的 0 ① 戈特弗里德 莱布尼茨 Gottfried Wilhelm von Leibniz 是德国数学家及哲学家 是历史上少见的 通才 被誉为十七世纪的亚里士多德 他和牛顿先后独立发明了微积分 而且使用的数学符号要优于牛顿 他和 笛卡儿 斯宾诺莎被称为世纪三位最伟大的理性主义哲学家 ② 乔治 布尔 George Boole 爱尔兰数学家 哲学家 他深入钻研数理逻辑问题 成功地建立了第 一个逻辑演算 并由此创立了布尔代数 成为现代信息技术的数学基础 由于他的特殊贡献 很多计算机语言中 都将逻辑运算称为布尔运算 ③ 戈特洛布 弗雷格 Gottlob Frege 德国数学家 逻辑学家和哲学家 是数理逻辑和分析哲学的奠 基人

28 第一部分 语言大师 如何与机器对话 艾伦 艾伦 C.凯 清晰的浪漫主义梦想 所有对事物的认识都始自于我们不愿盲目地接受这个世界 艾伦 C.凯 C.凯 长久以来 科学家们一直梦想着机器能够改善人们生活的质量 早在世纪 哲学家和数学 家戈特弗里德 威廉 冯 莱布尼茨就曾设想过一种机器 能通过逻辑推理来平息所有的争论 三个世纪之后的年 计算机的雏型 微分分析仪 differential analyzer 的发明人范内瓦 布 什①在 大西洋月刊 杂志上发表了一篇名为 诚如所思 ②的文章 在这篇文章中 布什预测将 来会出现一种叫做 Memex 的设备③ 能够让普通人在资料库中以链接的形式查询 浏览各种 微缩胶片 从多方面了解自己感兴趣的主题 科幻作家罗伯特 海因莱因④后来基于他的创意写 了一则短篇故事 而这则故事让一个岁的小男孩着了迷 他就是艾伦 凯 从那时起 凯开始了他自己充满理想主义的设计发明生涯 他在FLEX机及其后续的Dynabook 原型机 编程语言Smalltalk等方面作出的贡献 都极大地影响了现代个人计算机的设计 由他创 造出的术语 面向对象 object-orientation 则是0世纪0年代中期以来编程领域最基本的规范之 一 而他与洛杉矶一所公立学校合作的项目 也反映出其自身对于教育体制的不满和反思 0年 艾伦 凯出生于美国麻萨诸塞州的春田市 一年后举家迁至他父亲的故乡澳大利亚 凯的父亲是一位设计假肢的生理学家 母亲则是一位艺术家和音乐家 我的父亲是科学家 母亲是艺术家 所以在我童年的家庭氛围中充满了各式各样的 ① 范内瓦 布什 Vannevar Bush 0 是美国著名科学家 教育家 拥有个不同学位 被誉为 美国世 纪的工程师 信息时代的教父 与原子弹 硅谷和互联网等0世纪许多著名的事件都有着千丝万缕的联系 ② 诚如所思 As We May Think 年月发表于 大西洋月刊 Atlantic Monthly 第期第卷 这篇文章被 信息界公认为信息科学领域的经典之作 ③ Memex取自 memory & index 的缩写 意为智能资料存储系统 也有人根据其读音译为 满觅思 这一设备 正是当今被广泛应用的超文本结构的原始思想 ④ 罗伯特 海因莱因 Robert Heinlein 0 是最有影响和争议的美国硬科幻小说作家之一 五次获得星 云奖 七次获得雨果奖 与艾萨克 阿西莫夫和阿瑟 克拉克并称为科幻小说三巨头

29 艾伦 C.凯 想法 以及各种各样表达它们的方式 我至今也从未把 艺术 和 科学 分开过 我的外祖母是一名教师 学者和女权运动者 同时也是麻省大学阿默斯特分校的创 始人之一 外祖父是克利夫顿 约翰逊 一位相当有名的插画家 摄影师和作家 出版 了 00 多本书 此外他还是一位音乐家 弹奏钢琴和管风琴 我出生于他去世的那一 年 家里人都认为我是最像他的后代 不管是在兴趣上还是气质上 年初 澳大利亚有可能受到日本的侵略 凯全家又重返美国 年到年 他们一 直住在麻省海德莱市郊的约翰逊农场 凯岁还在澳洲时就学会了阅读 因此很陶醉于农场的新 环境 家里有近000本书 以及大量的绘画作品 我记得读过维利 雷①的一本书 名字叫 火箭 导弹和星际旅行 给我触动很深 的一点是 如果你从某个星球要去另一个星球 直着飞过去是不对的 你不能让飞船直 接瞄准那颗行星 而应该瞄准它即将运行到的某个地方 有关星际旅行的憧憬让凯兴奋不已 但学校生活对他来说就很乏味了 到上学时 我已经读过好几百本书了 我从一年级开始就知道老师们在骗我们 因 为我早就从书里知道了其他观点 学校里基本上只允许一种观点 老师的观点或者教科 书的观点 他们不喜欢你持有不同的意见 所以就会出现斗争 当然了 我会用自己五 岁的声音和他们争论 凯从他的母亲那里接受了音乐的熏陶 他是学校唱诗班的男高音领唱 十几岁开始弹吉他 二十岁时甚至能以专业吉他手的身份挣钱谋生 他看到了音乐与计算之间的直接联系 计算机程序有点类似格里高利圣歌 单声部的旋律不断在乐章中来回变化 并 行程序则更类似于复调③ ② 根据凯的类比 格里高利圣歌的一个乐章会针对某段主旋律进行多个变奏④ 而在计算机程 序的循环中 同一段指令序列也会被重复多遍 每一次都会以不同的值开始 直到某个 终止值 stopping value 判断循环结束 之后转入下一个循环 类似于格里高利圣歌的下一段旋律 而 在复调音乐中 多个不同的主旋律会同时进行 就像在并行程序中会同时执行多段指令序列 年 凯的父亲获得了纽约一家医院的工作 全家迁往长岛 凯进入了布鲁克林技术高中 0 ① 维利 雷 Willy Ley 0 是美籍德裔科普作家 为火箭和航天飞行技术的普及作出了大量贡献 月球 背面的一个火山口即以他的姓氏命名 ② 格里高利圣歌是教皇格里高利一世采用的宗教颂歌 在中世纪音乐中极具代表性 音乐以简单 低沉的管风琴为 伴奏 或完全无伴奏 压抑的男声连绵起伏 时而徘徊于幽沉的低音部 时而又突然攀升至难以想象的高音区 音域跨度极大 其他特点包括旋律简单 节奏自由 采用调式音阶 ③ 复调 polyphony 是一种 多声部音乐 作品中含有两条或两条以上的独立旋律 通过技术性处理 和谐地结 合在一起 ④ 变奏 variation 是一种乐曲的结构形式 即不断反复乐曲的主旋律 在反复的过程中加以变化

30 0 第一部分 语言大师 如何与机器对话 纽约市最好的科技高中之一 由于有不服从学校的行为 他被勒令暂时休学 很快又患上了风湿 热 他以为必须复读一年 结果发现自己已经拿到了足够的学分 完全可以直接毕业 问题是 下一步怎么办 我去了西弗吉尼亚州的贝森尼学院念书 主修生物 辅修数学 但后来在 年 因为抗议学校关于犹太人的限额问题被赶了出来 于是我到了丹佛 教了一年的吉他课 然后我被召入伍 当时有这么一项条款 就是如果军队要招募你 你可以自选一个志愿 兵种进行申请 于是我到美国空军待了两年 我爱读书 于是读了军方的所有规章制度 发现我正 在接受培训成为士官 而如果我退出了士官培训 就会变成普通士兵 相应的服役期也 会从 年变成 年 所以我就退出了那个培训 在美国空军时 凯通过了一项能力测试 成为了一名程序员 在IBM 0上工作 这个型号 的计算机在当时非常流行 市面上大约有 000台 他们需要编程人员 在那个年代 编程是一种低级职业 而且大部分程序员都是女 性 我的老板就是女的 他们也招收语言学家 的确是个很有意思的群体 当时我有个朋友 他负责的部分就是我们今天所说的操作系统 控制计算机的程 序 你要知道 0 的存储器只有 K 000 个字符 所以它的操作系统必须小于 K 结果他做到了 机器能够进行真正复杂的批处理 简直是个奇迹 我协助他工作 所以 也了解了一些编程的思想 新思路的萌芽 要想成为伟大的软件设计者 首先需要有能力把单纯的想法转化为正确 有效的程序 其次 要能慧眼识珠 善于发现其他的优秀编程思想的价值 年 凯的工作是为空军解决各个航空训练设备之间数据和过程 procedure 的传输问题 他发现不知哪个程序员想出了一个聪明的办法 就是把数据和相应的过程捆绑到一起发送 通过 这种方式 新设备里的程序就可以直接使用过程 而无需了解其中数据文件的格式 如果需要数 据方面的信息 可以让过程自己到数据文件里找 这种抛开数据 直接操作过程的想法对凯而言 是一个极大的触动 为他日后形成 对象 的概念埋下了伏笔 离开空军后 凯认为自己应该完成大学学业 于是考入了科罗拉多大学 科罗拉多的数学系比贝森尼学院要好 但是生物系不行 大部分时间我都泡在博尔 德分校的校剧院里写舞台音乐 不论什么专业 任何人都能参与剧院的活动 而一年大 概能上演 部作品 很了不起 我根据 霍比特人历险记 ①写了一部戏 也参与了其 ① 霍比特人历险记 The Hobbit 是 指环王 作者英国作家托尔金 J. R. R. Tolkien 于年出版的小说 叙 述了霍比特人比尔博 巴金斯为何拥有魔戒的故事 因此也被称为 指环王前传

31 艾伦 C.凯 他一些作品 凯曾认真考虑过自己是否应该转行从事音乐 但最终还是拿到了数学和分子生物学的双学 位 于年顺利从科罗拉多大学毕业 他又一次面临自己职业生涯的选择问题 我考虑过医学 但感觉自己没有足够的责任心 现在我还是这么认为 他还考虑过哲学 但最终放弃了 最后他决定去犹他州立大学念计算机科学系 关于犹他大学 我只知道它的海拔超过 000 英尺 而且有博士点 我很享受山里 新鲜的空气 之前我曾想过去威斯康星大学念哲学 幸亏没去成 而科罗拉多的博尔德 分校没有博士点 于是我身无分文跑去了犹他 对计算机我还比较感兴趣 除他之外 计算机科学系还有个研究生和位教授 由戴夫 埃文斯 Dave Evans 带领 在此之前他曾经在加州大学伯克利分校负责计算机科学系 进了犹他读博 在分到办公桌之前你先得读一大堆手稿 它们是关于 Sketchpad①的 基本上 如果你理解不了 Sketchpad 在犹他就别想挺胸做人 他们还有一项传统 就是让新来的研究生干最脏最累的活 我的办公桌上摆着一堆 磁带和一张纸条 上面写着 这是 UNIVAC 0 机上跑的 Algol 语言 如果它不能运 行 就把它弄好 那其实就是第一版的 Simula② 伊凡 苏泽兰③于年提出的 画板 Sketchpad 是有史以来第一个交互式计算机图形系 统 而且非常成熟 它提出了主图 master drawing 和例图 instance drawing 的概念 程序员 可以在 主图 部分定义各种限制条件 这些条件可以很简单 例如 直线L的端点与某点P之间 的距离应为英寸 也可以很复杂 例如 形状M的弯曲应遵从牛顿定律 Sketchpad会检查各 个例图 然后根据主图的这些限制条件对它们进行修改 Simula语言是年由挪威人克利斯登 奈加特和奥利-约翰 达尔④共同开发的一种语言 它也支持类似主图与例图的概念 只是相关术语有所不同 在这两种语言中 程序员可以定义主 图的行为 然后让每个例图都遵从这一行为 关于这些想法 凯进行了很多思考 他开始寻找某 种基础构件 支持一种简单 有效的编程风格 我的灵感就是把这些看做生物学上的细胞 我不确定这一灵感来自何处 但肯定不 ① Sketchpad是伊凡 苏泽兰在麻省理工攻读博士时开发出的三维交互式图形系统 使用了早期的电子管显示器 以 0 及当时才刚刚发明的光电笔 是之后众多交互式系统的蓝本 ② Simula是一种编译式的编程语言 它被认为是第一个面向对象程序设计的编程语言 ③ 伊凡 苏泽兰 Ivan Sutherland 是计算机图形学之父 虚拟现实之父 于年获得图灵奖 ④ 克利斯登 奈加特 Kristen Nygaard 00 和奥利-约翰 达尔 Ole-Johan Dahl 00 都是挪 威计算机科学家 一同开发了最早的面向对象编程语言Simula-I和Simula- 为此二人在00年共同获得图灵奖 00年共同获得冯 诺依曼奖

32 第一部分 语言大师 如何与机器对话 是在我看到 Sketchpad 的时候 Simula 也没有给我太多启发 与生物学的类比让凯总结出三大原则 第一 每个 例 细胞都遵从 主 细胞的某些基本 行为 第二 每个细胞都能独立运作 它们之间由能透过细胞膜的化学信号进行通信 第三 细 胞会分化 根据环境不同 同一个细胞可以变成鼻子的细胞 也可以变成眼睛或者脚趾甲的细 胞 在日后凯将会把 主/例 区别 信息传递和分化原则运用到Smalltalk的设计中 但此刻它们 还只是一些初步的想法 似乎重要 却尚无用武之地 FLEX 和 Dynabook 犹他州立大学有许多项目的资金支持都来自于美国国防部的高级研究规划署 Advanced Research Projects Agency ARPA 当时可谓是ARPA的黄金时代 年至年规划署的负责 人是J.C.R.利克里德① 他拥有心理学背景 而且对人机交互领域非常感兴趣 从年到0年 ARPA赞助了一系列大胆的项目 其中一些只是出于对项目负责人的信 心 根本与军事无关 0年的曼斯菲尔德修正案要求ARPA只赞助与军事相关的项目 规划署 的名字也被改为国防高级研究规划署 Defense Advanced Research Projects Agency DARPA 年联邦政府又将名字改回了ARPA 再次回归亲民方针 在ARPA的资助下 麻省理工学院林肯实验室的威斯利 克拉克②于年开发出首台个人 计算机LINC③ 这种计算机重达数百磅 与今天的掌上电脑相去甚远 但在当时这种项目只要存 在就足以令人兴奋 类似的研究很快跟进 而戴夫 埃文斯对此也有所耳闻 埃文斯曾经在本迪克斯 Bendix 公司当过副总裁 这是一家干实事的公司 他经 常为手下带的学生找一些咨询方面的工作 我去了几个月之后 他也帮我找了一份当地 的咨询工作 当时是 年 戴夫 埃文期认识的一个家伙正打算设计一种台式机 但他不懂 软件 我懂软件 所以这看上去是个绝配 这个 家伙 就是埃德 基德尔 Ed Cheadle 这个项目就是FLEX机 基德尔是个很棒的家伙 典型的得克萨斯大块头 天性乐观 我们俩相处得非常融 洽 很快开始讨论应该如何设计这台机器 他希望把它设计成一种能为医生 律师 专 家服务的工程工作站 很快我们就遇上了个人计算机最主要的问题 无法预测用户的需求 一旦所有人都 ① J. C. R. 利克里德 J. C. R. Licklider 0 教授于年从麻省理工加入ARPA 据估计 在他任职期间 整个美国计算机科学领域有0%的研究都由ARPA赞助 使得ARPA不仅成为互联网的诞生地 同样也是电脑图形 并行过程 计算机模拟飞行等重要成果的诞生地 ② 威斯利 克拉克 Wesley Clark 开发出世界上最早的个人计算机 于0年被授予计算机先驱奖 ③ LINC之名取自林肯实验室的头个字母 同时也是 Laboratory Instrument Computer 的缩写 即实验室设备控制 计算机

33 艾伦 C.凯 有权使用 你就会出问题 所以我很早就对可扩展语言 用户能够根据自身领域的术语 和操作进行修改的计算机语言 产生了兴趣 兰德公司曾试验过 JOSS 这是一种为非计算机用户 这里也就是经济学家 设计的系统 我们的想法是把 FLEX 做成像 JOSS 那样 事实也确实如此 FLEX 有多 个窗口 甚至还有类似图标那样的东西 尽管FLEX拥有现代个人计算机的一些特征 凯仍然觉得不太满意 部分原因在于它笨重的 个头有0磅 年夏 他在伊利诺伊大学进行了一次有关FLEX机的演讲 演讲受到了欢迎 而凯却对紧随其后的一次参观记忆犹新 在那里我们看到了第一块平板显示器 从会议回来后我花了大半个晚上的时间 试 图用摩尔定律计算出什么时候我才能把 FLEX 机装到一块小显示器的背面去 年 物理学家戈登 摩尔①就预测 从基准年年开始 集成电路板上的密度会逐年 翻番 也就是说电路的尺寸每年都会减半 依次计算 凯发现FLEX的0 000个电路元件在0 年左右可以放入显示器的背面 事实证明这一猜测颇为准确 年秋季 凯拜访了麻省理工人工智能实验室的西蒙 派珀特博士② 派珀特曾与瑞士儿 童心理学家让 皮亚杰③一同工作过 他开发了一种简单的编程语言LOGO 并且提倡教儿童使 用这种语言自行编程 凯亲眼看到麻省莱克星顿公立学校的孩子们正在编写真正的程序 这一经 历改变了他对个人计算机的看法 我们曾把个人计算机比作私人汽车 而大型机则是公共铁路 在看到派珀特所做的工作之后 我发现之前的比喻不再成立 孩子们自然不会去开 车 我们需要关心的是他们如何识别媒介 掌握文明社会的符号系统 拿到犹他州立大学的博士学位之后 凯到斯坦福大学人工智能实验室工作了一年 年至 0年 教授系统设计 0 我对人工智能真的不太感兴趣 部分原因在于它太难了 我的生物学背景告诉我 为 人工智能建立一套可行性标准绝不是件容易的事 每次我坐下来思考这个问题 总发现 那些令其他人满意的成果无法令我满意 在我看来 他们所做的东西并不能称为是智能 ① 戈登 摩尔 Gordon Moore 是英特尔公司的创立人之一 摩尔定律的提出者 摩尔定律的内容是 约 每隔个月 集成电路上可容纳的晶体管数目便会增加一倍 性能也将提升一倍 或者说 每隔个月 每美 元所能买到的电脑性能将翻两倍以上 这一定律揭示了信息技术进步的速度 ② 西蒙 派珀特 Seymour Papert 美国麻省理工学院终身教授 教育信息化奠基人 数学家 计算机科 学家 心理学家 教育家 近代人工智能领域的先驱之一 他于年基于LISP创立了LOGO编程语言 LOGO 是一种解释型语言 它内置一套海龟绘图 Turtle Graphics 系统 通过向海龟发送命令 用户可以直观地学习程 序的运行过程 因此很适合于儿童以及数学教学 ③ 让 皮亚杰 Jean Piaget 0 法籍瑞士人 近代最有名的儿童心理学家 他的认知发展理论成为了这 个学科的典范

34 第一部分 语言大师 如何与机器对话 马文 明斯基是一个例外 他发展出了 心智社会 society of minds 的想法 明 斯基对生物学很感兴趣 而且他越想越觉得从生物学上得到了很多启示 在斯坦福教书期间 凯开始构思另一种个人计算机 书本般大小 能将用户 特别是孩子 们 与世界相连 0年月 施乐公司的首席科学家杰克 高曼 Jack Goldman 说服高层在加州帕洛阿尔 托市建立了一个长期科研部门 帕洛阿尔托研究中心 即PARC Palo Alto Research Center 并邀请ARPA的梦想家鲍勃 泰勒①加盟管理 泰勒许诺凯以极大的自由 让他有机会 听从自己 的本能行动 于是凯加入了施乐PARC 开始设计一种叫做KiddiKomp的笔记本电脑 用一块小 电视屏幕 英寸 作为显示器 并配有可拆卸的键盘和鼠标 在凯加入之后 泰勒从一家名叫伯克利计算机公司的濒临倒闭的小企业挖来了很多人才 其 中包括巴特勒 兰普森② 年获得图灵奖 等名人 随后 从斯坦福研究院的增智研究中心 Augmentation Research Center 的道格 恩格尔巴特③带领的开拓性用户界面团队也来了许多研 究人员 包括鼠标的合作发明人比尔 英格利什 Bill English 英格利什鼓励凯申报预算 建 立团队 凯不情不愿地当起了领导者 组建了 学习研究工作组 Learning Research Group LRG 开始招募和他一样对笔记本电脑这一想法怀有热情的人 到了年夏天 凯开始设计一种新的 语言 名字叫做Smalltalk 这个名字非常不起眼 以至于它的任何成就都会让人感到惊喜 面向对象 的诞生 Smalltalk确实与生物学上的类比相吻合 相互独立的个体 细胞 通过发送讯息彼此交流 每一条讯息都包含了数据 发送者地址 接收者地址 以及有关接收者如何对数据实施操作的指 令 凯希望这种简单的讯息机制能贯彻到整个语言中去 到了年月 他已经完成了对基本 想法的简化 甚至能把Smalltalk的整个定义写在一张纸上 这些想法组成了凯所谓 面向对象 的核心内容 它在0世纪0年代变成了软件设计的基本技巧 如今 对 面向对象 这一术语过度的滥用几乎导致它失去了自己本来的意义 而它最基础 的含义仍然来自类比的对象 独立 相互交流的生物细胞 细胞在特定环境下对特定化学信号产 生特定蛋白质 与此类似 计算机对象也会对特定计算机讯息作出特定反应 比如说 一个代表 ① 鲍勃 泰勒 Bob Taylor 于0年至年担任施乐PARC主任 他的魅力在于能把性格迥异的科学家 们捏合在一起 共同将各种有趣且有益的想法付诸实践 并形成有应用前景的成果 ② 巴特勒 兰普森 Butler Lampson 在硬件 软件 编程语言 计算机应用 网络等方面均有建树 年因分布式系统获得图灵奖 年获得计算机先驱奖 ③ 道格 恩格尔巴特 Douglas Engelbart 是美国发明家 鼠标的发明者 同时领导团队开发了超文本系 统 远程会议系统等瞩目的成果

35 艾 伦 C. 凯 视 频 游 戏 的 计 算 机 对 象, 会 对 敲 击 键 盘 移 动 鼠 标 等 讯 息 作 出 改 变 屏 幕 显 示 并 同 时 调 整 得 分 的 反 应 而 玩 家 们 只 需 了 解 游 戏 外 在 的 表 现 即 可, 无 需 弄 清 背 后 的 工 作 原 理 把 内 部 活 动 的 信 息 隐 藏 起 来, 这 就 是 面 向 对 象 的 精 髓 由 于 所 有 的 交 流 都 是 通 过 讯 息 来 实 现 的, 因 此 只 要 对 象 收 到 的 讯 息 和 给 出 的 反 应 能 够 适 用 于 新 的 环 境, 那 么 对 象 就 可 以 从 一 个 上 下 文 情 境 中 提 取 出 来, 放 入 另 一 个 上 下 文 情 境 这 表 示 软 件 对 象 可 以 迎 合 设 计 师 尚 未 设 想 到 的 用 途, 就 像 一 个 设 计 巧 妙 的 车 载 收 音 机 既 可 以 装 入 已 有 的 汽 车, 也 可 以 装 入 那 些 尚 未 设 计 出 来 的 汽 车 这 样 做 有 什 么 好 处 呢? 原 则 上, 它 能 让 软 件 设 计 人 员 像 土 木 工 程 师 设 计 建 筑 那 样 构 造 程 序 : 从 工 厂 购 买 通 用 的 元 件, 然 后 用 定 制 化 的 软 件 当 做 铆 钉 将 它 们 固 定 到 一 起 比 如 说, 软 件 生 产 商 可 能 会 为 图 片 对 象 定 义 行 为, 允 许 它 们 旋 转 放 大 投 射 修 改 颜 色 延 展 等 只 要 程 序 中 需 要 操 作 图 片, 程 序 员 就 可 以 直 接 从 生 产 商 那 里 订 购 图 片 的 类, 然 后 根 据 自 己 的 需 要 在 其 中 添 加 行 为 除 此 之 外, 就 像 预 制 活 动 房 屋 由 水 槽 马 桶 书 桌 等 元 件 构 成 一 样, 程 序 中 新 的 行 为 也 能 由 面 向 对 象 系 统 中 的 元 件 构 建 因 此, 一 个 既 提 供 图 片 又 提 供 搜 索 功 能 的 图 片 数 据 库, 其 实 就 是 数 据 库 类 和 图 片 类 结 合 的 结 果 正 是 因 为 凯 的 发 明, 我 们 的 世 界 不 必 再 为 每 一 个 应 用 都 设 计 一 门 新 的 语 言, 因 为 通 过 创 建 对 象, 我 们 能 够 模 拟 任 何 存 在 物 Smalltalk: 孩 子 就 是 设 计 师 年 月, 凯 完 成 了 Smalltalk 的 第 一 版 设 计 几 天 之 内, 团 队 成 员 丹 英 格 斯 (Dan Ingalls) 就 让 语 言 成 功 运 行 下 一 个 问 题 是 让 孩 子 们 学 会 并 使 用 Smalltalk 凯 对 此 雄 心 勃 勃, 他 希 望 Smalltalk 能 够 引 发 儿 童 教 育 方 式 的 改 革 在 皮 亚 杰 杰 罗 姆 布 鲁 纳 以 及 鲁 道 夫 安 海 姆 的 影 响 下, 凯 认 为 图 形 比 单 纯 的 文 本 更 利 于 儿 童 的 学 习 很 快 地, 泰 德 克 勒 (Ted Kaehler) 和 黛 安 娜 梅 莉 (Diana Merry) 用 Smalltalk 编 写 了 基 本 的 制 图 法, 鲍 勃 舒 尔 (Bob Shur) 则 搭 建 了 动 画 系 统 ( 每 秒 到 帧 ) 凯 招 募 了 阿 黛 尔 戈 德 堡, 还 有 斯 坦 福 大 学 的 儿 童 工 作 者 史 蒂 夫 文 依 (Steve Weyer) 年 戈 德 堡 设 计 出 一 种 方 法, 用 一 个 叫 做 乔 (Joe) 的 小 图 形 框 来 教 Smalltalk Joe turn 0! 这 个 命 令 可 以 让 乔 旋 转 0 度, Joe grow! 命 令 可 以 让 乔 放 大 % 图 形 框 还 可 以 被 复 制 ( 例 如 把 乔 复 制 给 吉 尔 ) 连 续 翻 转 ( forever do 命 令 ) 等 有 些 孩 子 学 得 很 快 一 个 岁 的 孩 子 设 计 了 一 个 画 图 系 统, 和 苹 果 的 MacDraw( 或 者 Windows 的 Draw 程 序 ) 非 常 相 似 还 有 个 岁 的 孩 子 捣 鼓 出 了 一 个 设 计 电 路 的 程 序 不 过 据 凯 所 说, 在 戈 德 堡 教 的 孩 子 里 只 有 % 做 到 了 这 种 超 级 成 就 其 他 的 孩 子 都 很 喜 欢 和 乔 一 起 工 作, 但 上 杰 罗 姆 布 鲁 纳 (Jerome Bruner, ), 美 国 心 理 学 家, 曾 任 美 国 心 理 学 会 主 席 他 的 贡 献 是 教 育 心 理 学 中 的 认 知 学 习 理 论 鲁 道 夫 安 海 姆 (Rudolph Arnheim,0 00) 德 籍 心 理 学 家 美 学 家, 曾 任 美 国 美 学 会 主 席 美 国 心 理 学 会 心 理 学 与 艺 术 分 会 主 席 阿 黛 尔 戈 德 堡 (Adele Goldberg, ) 是 构 式 语 法 研 究 的 代 表 性 人 物 之 一,Smalltalk 开 发 团 队 成 员, 计 算 机 历 史 上 著 名 的 女 性 人 物 之 一 0

36 第一部分 语言大师 如何与机器对话 不了 档次 无论如何 任何人都能很快上手 这一事实已经说明了设计的质量 不过 施乐的管理层并不像孩子们这么热情 年 官僚主义的惰性占了上风 高层否决 了对PARC在硬件和软件设计方面继续供给资源 作为反驳 凯和他的同事们争辩说公司应该敢 于冒一点险 在一份备忘录中 凯 正确地 预测在0世纪0年代会出现数以百万计的个人计算 机 而且会联结至全球化的公用信息设施 也就是互联网 他指出 施乐拥有生产力资源 营销基础 麾下还有 绝大多数世界上最优秀的软件设计师 足以称霸市场 遗憾的是这一点 未能实现 他们对这些成果的重大意义完全没有概念 因为没有先例可循 我们也没有为 他们做好热身 就算我们做好了热身 生意人也毕竟不是科学家 他们更像是工程师 一般而言 他们要的不是理解事物 而是想应用 在某些情况下 面对新现象时我们必须花时间去 理解它 而不仅只是考虑把它拿来干什么 施乐本身也遇到过这种情况 0 世纪 0 年 代时 理特 咨询公司 ①也曾预测说静电复印术不可能有市场 但是施乐坚持了下来 施乐从未下力气追捧过PARC的技术 而苹果公司却正好相反 年 史蒂夫 乔布斯 杰夫 拉斯金②和苹果的其他技术专家拜访了凯的团队 参观一个演示程序 他们对所见印象深 刻 但最刻骨铭心的莫过于当乔布斯抱怨屏幕显示算法时 丹 英格斯在一分钟之内就解决了问 题 乔布斯试图找施乐买下这款软件 但是尽管在苹果小有投资 施乐仍然拒绝了这一建议 之后的Smalltalk由施乐的一家分支子公司ParcPlace继续运营 依然因为其惊人的可塑性而赢 得大批追随者 0世纪0年代 德州仪器 TI 公司有一个编程项目 但对是用当前最流行的C++ 还是Smalltalk犹豫不决 TI的Smalltalk团队提出进行一次 编码大赛 他们打算出三个人 与任 意数量的C++程序员展开比赛 早晨由中立方指定一个问题 两队同时开始编程 到中午由中立 方再对之前的问题进行小范围的改动 比赛的目的在于判断哪一个团队的程序功能更强 在德州 仪器的这次试验中 Smalltalk团队轻而易举地取得了胜利 让校园天翻地覆 年凯加盟苹果之前 曾以驻场思想家的身份为雅达利公司③工作了一年 在雅达利 他 监督了一些项目 其中的Vivarium是在他到雅达利后才开始构想的 后来成了麻省理工媒体实验 室和个性化中心学校 洛杉矶的一所公立学校 的合作项目 Vivarium让岁左右的小学生用计算机记录真实数据 并与其他学校的孩子们比较结果 比 如说 个性化中心的学生曾记录过学校街区的汽车交通数据 然后与全球范围内其他有相似条件 的学校进行比较 通过媒体实验室提供的软件 孩子们可以自行模拟生态系统 并测试诸如 极 ① 理特管理顾问公司 Arthur D.Little ADL 是全球最早的管理咨询公司 创办于世纪0年代 ② 杰夫 拉斯金 Jeff Raskin 00 美国人机交互专家 苹果公司Mac操作系统的发明者 ③ 雅达利 Atari 是年成立的美国电脑公司 街机 家用电子游戏机和家用电脑的早期拓荒者

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