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原文作者： Daniel Hillis

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• 计算思维
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　　电脑不只是先进的计算机、照相机或画笔，我们宁可说，它是加速并延伸人类思维过程的装置。电脑是创意机器，它始于我们所赋予的概念，却也超越了我们所能想像的境地。

　　窥探显微镜下的晶片，你相信这些错综复杂的图案能如咒语般创造出真实世界吗？很多人对于电脑运作的原理感到困惑，总觉得自己永远无法了解它。表面上看起来很复杂的电脑运作方式，其实可以分解成几个简单部分，再以单纯的步骤反覆执行，这就是电脑运作的原理，也是奚力思在这本书中所要呈现的。电脑鬼才奚力思针对资讯处理做了精辟的解释，经由他的阐述，你可以直线思考，发现电脑的运行方式其实就像脚踏车一样简单。

　　少了对硬体艰涩的描述与高科技用语，也没有电子学的深奥理论，取而代之的是清晰的解释与生动的譬喻，本书引领你进入电脑运作的世界，无须拐弯抹角，让你知道电脑究竟在做些什么、思考什么。跟随奚力思的脚步，从描绘基本逻辑开始，经过程式语言、演算法和记忆体，最后迈入现今最热门的话题--量子计算、平行电脑、神经网路以及自我组织系统。这本透视电脑思考的经典之作，将为你一一解开硅晶谜咒。

　　希力思对事物兼具原创与完全掌控的天分，令人惊叹！

《连线》（Wired）杂志主编Kevin Kelly

编程思维：从零到一构建数字世界的逻辑基石 一部深入浅出、全面覆盖现代编程核心概念与实践方法的权威指南。 在这个信息爆炸、技术飞速迭代的时代，编程不再是少数极客的专属技能，而是理解和塑造数字世界的基础素养。《编程思维：从零到一构建数字世界的逻辑基石》 旨在成为所有渴望掌握计算思维、步入软件开发领域的人士的理想入门读物和进阶参考。 本书摒弃了冗长、晦涩的理论灌输，采用了一种以“解决问题”为导向的教学路径。我们相信，真正的编程能力并非源于对特定语言语法的死记硬背，而是内化于心、能够系统性地分解复杂问题、并设计出高效、可维护解决方案的逻辑思维能力。 内容架构：逻辑、结构与实践的完美融合 全书共分为六大部分，层层递进，确保读者能够建立起坚实、完整的知识体系。 --- 第一部分：计算思维的根基——理解问题与抽象 本部分是构建一切编程能力的地基。我们首先探讨什么是“计算思维”，它如何超越计算机科学，渗透到日常决策和分析中。 问题的分解与模式识别： 学习如何将一个宏大、看似无从下手的问题，拆解为若干个更小、更易于管理的子任务。重点讲解如何通过观察现有解决方案的共同点来识别可复用的设计模式。 抽象的力量： 深入剖析抽象化在软件工程中的核心地位。我们将通过实例展示如何从具体的数据和操作中提炼出概念模型（如类、函数、接口），从而屏蔽不必要的细节，专注于核心逻辑。 算法的直觉构建： 引入初阶算法概念，不聚焦于复杂的数据结构，而是强调对“步骤”和“顺序”的精确控制。这包括流程图的绘制、伪代码的撰写，以及如何评估一个初步方案的效率高低。 --- 第二部分：数据世界的秩序——结构化与组织 程序的核心是对数据的操作。本章将引导读者掌握如何有效地组织和管理程序运行所需的数据。 基本数据类型与复合结构： 详述数字、文本、布尔值等基本元素，并重点介绍如何使用列表（数组）、字典（映射）和集合来有效存储相互关联的数据。 内存的哲学： 简要介绍计算机内存模型，帮助读者理解变量存储的本质，为后续学习指针和引用打下概念基础，避免成为“只知其用，不知其所以然”的调用者。 文件操作与持久化： 讲解如何将程序运行中的状态保存到外部存储中，包括文本文件读写、CSV 格式解析，以及对结构化数据（如 JSON/XML）的基本处理能力。 --- 第三部分：控制流程的艺术——决策、循环与流程 程序之所以强大，在于其能根据不同情况执行不同的操作。本部分专注于控制程序的执行路径。 条件逻辑与分支： 详尽阐述 `if-else` 语句的嵌套与组合，如何利用逻辑运算符（与、或、非）构建复杂的决策树。 迭代的力量： 深入探讨 `for` 循环和 `while` 循环的适用场景。重点区分固定次数迭代与条件驱动迭代，并介绍遍历集合的优雅方式。 函数的封装与复用： 将函数视为解决特定问题的“黑箱”。讲解参数传递机制、返回值设计，以及如何通过函数的组合实现模块化编程，是代码整洁的关键所在。 --- 第四部分：面向对象初探——构建可扩展的系统 随着项目复杂度的增加，我们需要更高级的组织方式。《面向对象编程》（OOP）是现代软件工程的基石。 类与对象： 区分“蓝图”与“实例”。通过生活中的例子（如汽车、账户）来解释类的定义、属性（数据）和方法（行为）。 三大支柱： 深入浅出地解析继承（代码复用与层次结构）、封装（信息隐藏与接口设计）和多态（统一接口处理不同对象）的实际应用价值。 设计原则的萌芽： 介绍高内聚、低耦合的基本理念，指导读者在设计类结构时，如何使系统更易于理解和维护。 --- 第五部分：调试、测试与健壮性 一个写好的程序，必须是可靠的。本部分将程序员的注意力引向代码质量和错误处理。 高效调试的策略： 教授如何利用调试器进行断点设置、单步执行和变量监视，将“猜错”转变为“定位错误”。 异常处理机制： 讲解如何预见程序可能出错的地方（如用户输入错误、资源不可用），并使用 `try-catch` 结构优雅地处理这些运行时问题，防止程序崩溃。 单元测试入门： 介绍编写简单测试用例的重要性。学习如何为核心函数编写“断言”，确保代码在修改后仍能按预期工作，是实现持续集成的第一步。 --- 第六部分：工具与协作——迈向专业开发者的路径 本书的最后一部分，着眼于将个人技能融入团队协作环境。 版本控制的必要性： 详细介绍 Git 的核心概念（仓库、提交、分支、合并），帮助读者理解如何追踪历史变更，并安全地进行并行开发。 构建与部署的初步概念： 简要介绍编译、解释的差异，以及如何使用构建工具（无需深入特定工具，侧重原理）来打包最终产品。 代码的可读性与规范： 强调“代码是写给人看的，其次才是给机器执行的”。讨论命名规范、注释艺术以及代码格式化工具的作用。 --- 本书特色： 语言无关性设计： 示例代码采用简洁、易懂的伪代码或通用结构进行展示，确保核心概念的普适性。 注重“为什么”而非“是什么”： 强调每种技术背后的设计哲学和解决的实际问题，培养深层理解。 实战驱动的练习： 每章末尾都附有“逻辑挑战”，鼓励读者在纸上或任何文本编辑器中实践刚刚学到的思维模式。 《编程思维：从零到一构建数字世界的逻辑基石》 是一份为你量身打造的蓝图，它不教你如何“使用”某个软件，而是教你如何“创造”解决问题的逻辑框架。无论你是技术探索者、跨界转型者，还是希望系统化提升思维方式的职场人士，本书都将是你数字旅程中最坚实的第一步。

总序 激发出半个爱因斯坦 高希均

序 石头上的神奇魔力 奚力思

Chapter 1 And、Or、Invert 1

晶片设计的原理其实只是逻辑函数。

你可以借由正确的逻辑叙述，加上开关和连接器，

做出会玩猜拳或井字游戏的机器。

Chapter 2 有限状态机 25

在自动原子笔、密码锁、红绿灯，

甚至契约书中都可见到有限状态机的踪影，

它不仅可辨别序列，更可执行时间函数。

Chapter 3 与硬体对话 49

有经验的程式设计师就像诗人一样，

可以将心中无法表达的想法，化为美丽的诗句，

就如同看莎士比亚的作品般享受。

Chapter 4 杜林机的通用程度 75

就功能而言，所有的电脑都是一样的，

不论它是由电晶体、水管与活门，或是神经元所构成，

只要程式正确，电脑就会思考。

Chapter 5 演算法与启发式解法 93

演算法是一种万全的程序，保证能得到特定的目的；

启发式解法则倾向于得到正解，却无法百分百保证。

但是，启发式解法往往比演算法来得实际。

Chapter 6 记忆体：压缩与加密 111

理想的通用电脑有无限大的记忆体，

但真实电脑的记忆体却有限，

压缩与加密资讯不但节省时间，更能减少记忆体数量。

Chapter 7 速度：平行电脑 131

资料传输的速度受限于光的极速，

在不改变电脑基本设计的情况下，

平行电脑突破了人类所能加速电脑的极限。

Chapter 8 学习与适应的电脑 149

当一个会随经验改进的程式在运作时，

电脑能够从错误中学习，并修正错误，

这是透过回馈系统来达成的。

Chapter 9 「演化」出人工智慧 167

在电脑里模拟生物演化的过程，使每一代新程式在产生之后，

经历测试与淘汰的程序，让适合的程式存留下来，

这就是以演化概念取代工程设计上的缺失。

石头上的神奇魔力

　　我在石头上蚀刻一些几何形状的图案。对不熟悉这些图形的人来说，它们看起来相当神秘、复杂，但我知道，只要经过正确的排列，这些图案就赋予这块石头特殊的能力，使它能回应某种人类未曾使用、撰写过的咒语。透过这种咒语我将对石头提出问题，它则示我以幻影：一个由我的咒语衍生的世界，一个由石上图样孕育的世界。

　　几百年前，在我的故乡新英格兰，如果我这么精确地向人描述我的职业，可能会遭致火刑。弔诡的是，我的工作与巫术丝毫扯不上关系，实际上，我设计电脑并撰写程式。所谓的石头是用硅做成的薄晶片，咒语则是指软体（software）。硅晶片上蚀刻的图形及指挥电脑的程式，看起来可能既复杂又神秘，但它们都是根据一些基本原理设计出来的，而解释这些原理则非常容易。

　　电脑是人类创造物中最复杂的，不过，若从最根本的观点来看，它们其实还是相当简单。借由与几个小组人员的合作，我已经设计、建造出含有数十亿个活动元件的电脑。若把这些机器中任何一个线路图呈现出来，那会填满大型图书馆里的所有书籍，而且没有任何人有耐心全数读完。幸而计算机的设计有规则可循，所以我们并不需要这样的线路图。电脑是由其元件按阶层架构（hierarchy）建构起来的，而每个元件则被重复利用，因此当你想了解电脑，只需要了解这个阶层架构就可以了。

　　另一个让我们容易了解电脑的原理是元件间交互作用的本质。这些交互作用非常单纯且定义明确，它们通常是单方向的，因此电脑的动作便能清楚地分为因与果，也使得电脑内部的运作方式，比汽车引擎或无线电的运作方式更容易让人理解。电脑所用的元件比汽车或收音机还多，不过电脑元件彼此间的运作方式却单纯多了，它对于概念、思想上的依赖程度比其技术层面要高得多。

　　此外，这些概念与制造电脑所用的电子学几乎没有任何关系。现今的电脑虽由电晶体及线路构成，但依照相同原理，它也可以用活门及水管或是木棍及绳线制造，此原理正是电脑能执行运算的精髓。电脑最引人注目的地方之一就在于它的原始本质超越了技术层面，而这样的本质正是本书所要介绍的。

　　这样的书是我希望自己在初次接触计算（computing）这个领域时，就有机会读到的。一般电脑书不是说明如何使用电脑，就是介绍电脑零组件（ROM、RAM和磁碟机等）的制作技术。有别于其他电脑书，本书的目的则在描述电脑运作的概念。我会介绍电脑科学领域的大部分重要概念，包括：布耳逻辑（Boolean logic）、有限状态机（finite-state machines）、程式语言（programming language）、编译器（compiler）及直译器（interpreter）、杜林普遍性（Turing universality）、资讯理论（information theory）、演算法复杂性（algorithmic complexity）、启发式解法（heuristics）、不可计算功能（computable functions）、平行运算（parallel computing）、量子计算（quantum computing）、神经网路（neural network）、机器学习（machine learning）以及自我组织系统（self-organizing system）。对电脑有兴趣的人，可能早已接触过其中许多种概念，但在电脑科学正规教育之外，我们鲜少有机会去了解这些概念彼此如何配合、协调。这本书提供全方位的电脑概念，从最简单的启闭开关（switch）物理程序，到自我组织的平行电脑所呈现的学习及适应行为，帮助您将这些概念连贯起来。

评分☆☆☆☆☆

這本《電腦如何思考》的書名，真的讓我躍躍欲試！身為一個常常需要跟各種數位工具打交道的上班族，我每天都在與電腦的「思考」打交道，但說實在的，除了操作層面的理解，我對它內在的運作機制，尤其是「思考」這部分，可說是霧裡看花。書名讓我覺得，它也許能解答我長久以來的一些疑問。例如，為什麼有時候電腦跑得飛快，有時候又會頓在那裡像個傻瓜？是它的「想法」卡住了嗎？或是，我們常說的「程式錯誤」，是不是就像電腦「想錯了」？我希望書中能夠提供一些實際的例子，來輔助解釋那些聽起來很抽象的概念。像是，把某種演算法比喻成解決問題的步驟，或是把資料結構比喻成整理訊息的方式。這樣，即使我沒有深厚的電腦科學背景，也能夠抓住重點，理解電腦是如何一步步地「思考」並做出決定的。更重要的是，我希望這本書能幫助我培養一種更宏觀的視角，去理解當前科技發展的脈絡，以及未來AI可能帶來的影響。畢竟，我們不能只停留在「使用」的層面，更應該了解「背後的原理」，這樣才能在快速變遷的數位時代，保持清醒和主導權。

评分☆☆☆☆☆

哇，這本書《電腦如何思考》我真的入手了！一開始看到書名，我就被勾起了極大的好奇心。畢竟我們現在生活離不開電腦，從滑手機、上網購物，到工作上的各種軟體應用，甚至連AI都在我們身邊越來越普及，你真的會開始想，這個「腦袋」裡到底在想些什麼？是什麼讓它能夠這麼聰明，執行我們下達的指令，甚至還能自己學習、進化？我以前總覺得電腦就是一堆冰冷的零件和程式碼，但這本書的出現，彷彿打開了一扇全新的視窗，讓我覺得電腦不再是遙不可及的科技產品，而是有著一套獨特的「思維」邏輯，可以被我們理解和窺探。我特別期待書中會不會深入探討一些比較底層的原理，像是邏輯閘、二進位系統，甚至是神經網路的基礎概念。畢竟，要真正理解「思考」，我想從最根本的部分開始，是很有必要的。而且，我對作者是否能用比較貼近生活、容易理解的方式來闡述這些科學原理感到期待。畢竟，這年頭要學點新東西，如果太過學術或艱澀，很容易就讓人卻步了。我希望這本書能像一位耐心的老師，循序漸進地引導我進入電腦的「心靈」世界，讓我從一個旁觀者，變成一個略知一二的「內部人士」。

评分☆☆☆☆☆

這本《電腦如何思考》的書名，簡直就是點燃了我這個科技愛好者的熊熊烈火！我一直對電腦的內部運作原理充滿好奇，尤其是「思考」這個詞，讓我腦海中立刻聯想到強大的AI、機器學習，以及各種令人驚嘆的演算法。我很好奇，這本書會不會深入探討，電腦是如何從大量的數據中學習，並且模擬出人類的決策過程？是否會介紹一些知名的AI模型，像是深度學習、神經網路的架構，並解釋它們是如何工作的？我希望作者能夠用一種既專業又充滿趣味的方式，來解析這些複雜的概念。或許，書中會引用一些實際的應用案例，像是自動駕駛、圖像識別，甚至是自然語言處理，來展示電腦「思考」的威力。我更期待的是，作者能否觸及到一些比較前沿的議題，像是電腦的「創造力」是否存在？或是，未來電腦的「思考」會不會超越人類？這本書的潛力，讓我覺得不只是一本科普讀物，更可能是一本引導我們思考科技倫理與未來發展方向的啟發之書。我迫不及待地想翻開它，一探究竟！

评分☆☆☆☆☆

老實說，我對《電腦如何思考》這本書的書名，一開始有點猶豫。畢竟，「思考」這個詞，對我來說，通常是跟人類的情感、意識、甚至是自由意志連結在一起的。而電腦，在我傳統的認知裡，就是一個按照指令工作的冰冷機器。所以，當書名裡出現「思考」這兩個字，我腦中閃過的第一個念頭是，作者是不是在用一種比喻的方式，來解釋電腦的運作？我很好奇，這本書會怎麼定義「電腦的思考」？它會不會探討圖靈測試，或是其他關於人工智能是否能夠真正「思考」的哲學爭論？我更期待的是，作者能否在科學的基礎上，加入一些哲學的思辨，讓讀者在了解電腦運作原理的同時，也能夠引發對「意識」、「智能」的深入思考。我不希望它只是一本枯燥的技術說明書，而是一本能夠激發我人文關懷和哲學思考的讀物。或許，透過理解電腦的「思考」方式，我們也能夠反過來，更深入地理解人類自身的「思考」過程，甚至是意識的本質。這種跨領域的結合，正是讓我對這本書充滿期待的關鍵。

评分☆☆☆☆☆

《電腦如何思考》這本書的書名，讓我有一種走進科學殿堂的感覺，但也有一絲絲的「哇，會不會很難懂？」的擔心。畢竟，電腦科學聽起來就很高深，而「思考」更是人類最複雜的行為之一。我希望這本書能夠用一種非常淺顯易懂的方式，來揭開電腦「思考」的面紗。我想知道，電腦是怎麼「學習」的？它是不是有像我們一樣的「記憶」？它又是怎麼「判斷」和「決策」的？我希望作者能夠像一位導遊，帶領著我們這些對電腦內部運作感到好奇但又沒有專業知識的讀者，一步一步地探索其中的奧秘。或許，書中會介紹一些經典的電腦程式，或是著名的演算法，然後透過這些實際的案例，來解釋電腦是如何處理資訊、解決問題。我也期待作者能分享一些電腦科學發展的歷史趣聞，讓這趟學習之旅不那麼枯燥乏味。畢竟，歷史往往能讓複雜的事物變得更容易理解，也能讓我們看到科技進步的軌跡。總之，我希望這本書能夠滿足我的好奇心，並且讓我對我們每天都在使用的電腦，有一個更全面、更深入的認識。