開始學習

2018-02-24 15:55 更新

令人警醒的故事

剛上初中時我便開始了編程學習，很不幸，我讀完了好幾本當時普遍存在的諸如《21天精通C++》這類的垃圾書，當時讀完也無大礙，甚至還能寫點小程序。但是軟件出故障了我不知道為什么，稍顯龐大的編程問題無從下手，碰到現(xiàn)有的庫做不到的事也只能兩手一攤。雖然我每天不停地編碼，但我發(fā)現(xiàn)自己的編程能力卻是提高的如此緩慢，對于「迭代」與「遞歸」的概念只有極其有限的了解，可以說只是把計算機當成了計算器來使用。

進入大學后，我主修了物理學，最初的一段時間里我一直在記憶背誦那些物理公式，卻不理解她們是如何得出的，她們之間有什么聯(lián)系，亦或是她們的意義。我不停地學習如何計算解答一些常見的物理問題，卻對在這些Hows背后的Whys一無所知。

而在我嘗試做一些基于物理行為的電腦游戲時我再次遇到了之前的的困難：面對新問題時無從下手，面對新問題時的恐懼不斷累積滋生，我開始主動逃避，不去真正地理解，而是幻想能通過Google搜索復制粘貼代碼解決問題。幸運的是，大二時的一堂課完全改變了我的學習方法。那是第一次我有了「開天眼」的感覺，我痛苦地意識到，我對一些學科只有少的可憐的真正的理解，包括我主修的物理與輔修的計算機科學。

關(guān)于那堂課：那時我們剛剛學習完電學和狹義相對論的內(nèi)容，教授在黑板上寫下了這兩個主題，并畫了一根線將他們連了起來?！讣僭O(shè)我們有一個電子沿導線以相對論級別的速度移動…」，一開始教授只是寫下了那些我們所熟悉的電學與狹義相對論的常見公式，但在數(shù)個黑板的代數(shù)推導后，磁場的公式神奇的出現(xiàn)了。雖然幾年前我早已知道這個公式，但那時我根本不知道這些現(xiàn)象間的有著這樣潛在的聯(lián)系。磁與電之間的差別只是「觀察角度」的問題，我猛然醒悟，此后我不再僅僅追求怎么做(How)，我開始問為什么(why)，開始回過頭來，拾起那些最基礎(chǔ)的部分，學習那些我之前我本該好好學的知識。這個回頭的過程是痛苦的，希望你們能就此警醒，永遠不要做這種傻事。

警醒后的反思

mu

這幅圖取自 Douglas Hofstadter 的著作G?del, Escher, Bach。圖中的每一個字母都由其他更小的字母組成。在最高層級，我們看的是"MU"，M 這個字母由三個HOLISM（整全觀）構(gòu)成，U則是由一個REDUCTIONISM（還原論）構(gòu)成，前者的每一個字母都包含后者的后者整個詞，反之亦然。而在最低層級，你會發(fā)現(xiàn)最小的字母又是由重復的"MU"組成的。

每一層次的抽象都蘊含著信息，如果你只是幼稚地單一運用整體論在最高層級觀察，或運用還原論觀察最低層級，你所得到的只有"MU"（在一些地區(qū)的方言中mu意味著什么都沒有）。問題來了，怎樣才能盡可能多的獲取每個層級的信息？或者換句話說，該怎樣學習復雜領(lǐng)域（諸如編程）包含的眾多知識？

教育與學習過程中普遍存在一個關(guān)鍵問題：初學者們的目標經(jīng)常過于傾向整全觀而忽略了基礎(chǔ)，舉個常見的例子，學生們非常想做一個機器人，卻對背后的

理解物理模型 → 理解電子工程基礎(chǔ) → 理解伺服系統(tǒng)與傳感器 → 讓機器人動起來

這一過程完全提不起興趣。

在這里對于初學者有兩個大坑：

  1. 如果初學者們只與預先構(gòu)建好的「發(fā)動機和組件」接觸（沒有理解和思考它們構(gòu)造的原理），這會嚴重限制他們在將來構(gòu)建這些東西的能力，并且在診斷解決問題時無從下手。

  2. 第二個坑沒有第一個那么明顯：幼稚的「整體論」方法有些時候會顯得很有效，這有一定的隱蔽性與誤導性，但是一兩年過后（也許沒那么長），當你在學習路上走遠時，再想回過頭來「補足基礎(chǔ)」會有巨大的心理障礙，你得拋棄之前自己狹隘的觀念，耐心地緩步前進，這比你初學時學習基礎(chǔ)知識困難得多。

但也不能矯枉過正，陷入還原論的大坑，初學時便一心試圖做宏大的理論，這樣不僅有一切流于理論的危險，枯燥和乏味還會讓你失去推動力。這種情況經(jīng)常發(fā)生在計算機科班生身上。

為了更好理解，可以將學習編程類比為學習廚藝：你為了燒得一手好菜買了一些關(guān)于菜譜的書，如果你只是想為家人做菜，這會是一個不錯的主意，你重復菜譜上的步驟也能做出不賴的菜肴，但是如果你有更大的野心，真的想在朋友面前露一手，做一些獨一無二的美味佳肴，甚至成為「大廚」，你必須理解這些菜譜背后大師的想法，理解其中的理論，而不僅僅是一味地實踐。但是如果你每天唯一的工作就是閱讀那些厚重的理論書籍，因為缺乏實踐，你只會成為一個糟糕的廚子，甚至永遠成為不了廚子，因為看了幾天書后你就因為枯燥放棄了廚藝的學習。

總之，編程是連接理論與實踐的紐帶，是計算機科學與計算機應用技術(shù)相交融的領(lǐng)域。正確的編程學習方法應該是：通過自頂而下的探索與項目實踐，獲得編程直覺與推動力；從自底向上的打基礎(chǔ)過程中，獲得最重要的通用方法并鞏固編程思想的理解。

作為初學者，應以后者為主，前者為輔。

啟蒙

「學編程應該學哪門語言？」這經(jīng)常是初學者問的第一個問題，但這是一個錯誤的問題，你最先考慮的問題應該是「哪些東西構(gòu)成了編程學習的基礎(chǔ)」？

編程知識的金字塔底部有三個關(guān)鍵的部分：

  • 算法思想：例如怎樣找出一組數(shù)中最大的那個數(shù)？首先你得有一個 maxSoFar 變量，之后對于每個數(shù)…

  • 語法：我怎樣用某種編程語言表達這些算法，讓計算機能夠理解。

  • 系統(tǒng)基礎(chǔ)：為什么 while(1) 時線程永遠無法結(jié)束？為什么 int *foo() { int x = 0; return &x; } 是不可行的？

啟蒙階段的初學者若選擇C語言作為第一門語言會很困難并且枯燥，這是因為他們被迫要同時學習這三個部分，在能做出東西前要花費很多時間。

因此，為了盡量最小化「語法」與「系統(tǒng)基礎(chǔ)」這兩部分，建議使用 Python 作為學習的第一門語言，雖然Python對初學者很友好，但這并不意味著它只是一個「玩具」，在大型項目中你也能見到它強大而靈活的身影。熟悉Python后，學習C語言是便是一個不錯的選擇了：學習C語言會幫助你以靠近底層的視角思考問題，并且在后期幫助你理解操作系統(tǒng)層級的一些原理，如果你只想成為一個普通（平庸）的開發(fā)者你可以不學習它。

下面給出了一個可供參考的啟蒙階段導引，完成后你會在頭腦中構(gòu)建起一個整體框架，幫助你進行自頂向下的探索。

  1. 完成?Learn Python The Hard Way（“笨辦法”學Python（第3版） (豆瓣)）
  2. 完成?MIT 計算機導論課（如果你英語不過關(guān)：麻省理工學院公開課：計算機科學及編程導論）。MOOC?是學習編程的一個有效途徑。雖然該課程的教學語言為Python，但作為一門優(yōu)秀的導論課，它強調(diào)學習計算機科學領(lǐng)域里的重要概念和范式，而不僅僅是教你特定的語言。如果你不是科班生，這能讓你在自學時開闊眼界；課程內(nèi)容：計算概念，python編程語言，一些簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，測試與調(diào)試。支線任務：完成《Python核心編程?》
  3. 完成?Harvard CS50?(如果你英語不過關(guān)：完成哈佛大學公開課：計算機科學 cs50?。同樣是導論課，但這門課與MIT的導論課互補。教學語言涉及 C, PHP, JavaScript + SQL, HTML + CSS，內(nèi)容的廣度與深度十分合理，還能夠了解到最新的 一些科技成果，可以很好激發(fā)學習計算機的興趣。支線任務：

PS：如果教育對象還是一個孩子，以下的資源會很有幫助（年齡供參考）：

入門

結(jié)束啟蒙階段后，初學者積累了一定的代碼量，對編程也有了一定的了解。這時你可能想去學一門具體的技術(shù)，諸如Web開發(fā)，Android開發(fā)，iOS開發(fā)什么的，你可以去嘗試做一些盡可能簡單的東西，給自己一些正反饋，補充自己的推動力。但記住別深入，這些技術(shù)有無數(shù)的細節(jié)，將來會有時間去學習；同樣的，這時候也別過于深入特定的框架和語言，現(xiàn)在是學習計算機科學通用基礎(chǔ)知識的時候，不要試圖去抄近路直接學你現(xiàn)在想學的東西，這是注定會失敗的。

那么入門階段具體該做些什么呢？這時候你需要做的是反思自己曾經(jīng)寫過的程序，去思考程序為什么(Why)要這樣設(shè)計？，思考怎樣(How)寫出更好的程序？試圖去探尋理解編程的本質(zhì)：利用計算機解決問題。

設(shè)想 ：

X = 用于思考解決方案的時間，即「解決問題」 部分

Y = 用于實現(xiàn)代碼的時間，即「利用計算機」部分」

編程能力 = F(X, Y) （X>Y）

要想提高編程能力，就得優(yōu)化 X，Y 與函數(shù) F(X, Y)，很少有書的內(nèi)容能同時著重集中在這三點上，但有一本書做到了——Structure and Interpretation of Computer Programs(SICP)《計算機程序的構(gòu)造和解釋》，它為你指明了這三個變量的方向。在閱讀SICP之前，你也許能通過調(diào)用幾個函數(shù)解決一個簡單問題。但閱讀完SICP之后，你會學會如何將問題抽象并且分解，從而處理更復雜更龐大的問題，這是編程能力巨大的飛躍，這會在本質(zhì)上改變你思考問題以及用代碼解決問題的方式。此外，SICP的教學語言為 Scheme，可以讓你初步了解函數(shù)式編程。更重要的是，他的語法十分簡單，你可以很快學會它，從而把更多的時間用于學習書中的編程思想以及復雜問題的解決之道上。

Peter Norvig?曾經(jīng)寫過一篇非常精彩的SICP書評，其中有這樣一段：

To use an analogy, if SICP were about automobiles, it would be for the person who wants to know how cars work, how they are built, and how one might design fuel-efficient, safe, reliable vehicles for the 21st century. The people who hate SICP are the ones who just want to know how to drive their car on the highway, just like everyone else.

如果你是文中的前者，閱讀SICP將成為你銜接啟蒙與入門階段的關(guān)鍵點

雖然SICP是一本「入門書」，但對于初學者還是有一定的難度，以下是一些十分有用的輔助資源：

完成了這部分學習后，你會逐步建立起一個自己的程序設(shè)計模型，你的腦子里不再是一團亂麻，你會意識到記住庫和語法并不會教你如何解決編程問題，接下來要學些什么，在你心里也會明朗了很多。這時候才是真正開始進行項目實踐，補充推動力的好時機。關(guān)于項目實踐：對于入門階段的初學者，參與開源項目還為時過早，這時候應該開始一些簡單的項目，諸如搭建一個網(wǎng)站并維護它，或是編寫一個小游戲再不斷進行擴展，如果你自己的想法不明確，可以從?Mega Project List?中選取項目?？傊?，務必在這時拿下你項目實踐的第一滴血。

如果你覺得SICP就是搞不定，也不要強迫自己，先跳過，繼續(xù)走常規(guī)路線：開始讀The Elements of Computing Systems?吧，它會教會你從最基本的 Nand 門開始構(gòu)建計算機，直到俄羅斯方塊在你的計算機上順利運行。?具體內(nèi)容不多說了，這本書會貫穿你的整個編程入門階段，你入門階段的目標就是堅持完成這本書的所有項目（包括一個最簡的編譯器與操作系統(tǒng)）。

為了完全搞定這本書，為了繼續(xù)打好根基。為了將來的厚積薄發(fā)，在下面這幾個方面你還要做足功課（注意：下面的內(nèi)容沒有絕對意義上的先后順序）：

計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)

有了之前程序設(shè)計的基礎(chǔ)后，想更加深入地把握計算機科學的脈絡(luò)，不妨看看這本書：《深入理解計算機系統(tǒng)》?Computer Systems A Programmer's Perspective。這里點名批評這本書的中譯名，其實根本談不上什么深入啦，這本書只是?CMU的「計算機系統(tǒng)導論」的教材而已。CMU的計算機科學專業(yè)相對較偏軟件，該書就是從一個程序員的視角觀察計算機系統(tǒng)，以「程序在計算機中如何執(zhí)行」為主線，全面闡述計算機系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)的諸多細節(jié)。

如果你看書覺得有些枯燥的話，可以跟一門 Coursera 上的 MOOC:?The Hardware/Software Interface，這門課的內(nèi)容是 CSAPP 的一個子集，但是最經(jīng)典的實驗部分都移植過來了。同時，可以看看?The C Programming Language，回顧一下C語言的知識。

完成這本書后，你會具備堅實的系統(tǒng)基礎(chǔ)，也具有了學習操作系統(tǒng)，編譯器，計算機網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容的先決條件。當學習更高級的系統(tǒng)內(nèi)容時，翻閱一下此書的相應章節(jié)，同時編程實現(xiàn)其中的例子，一定會對書本上的理論具有更加感性的認識，真正做到經(jīng)手的代碼，從上層設(shè)計到底層實現(xiàn)都了然于胸，并能在腦中回放數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)->內(nèi)存->緩存->CPU的流向。

此外，也是時候去接觸 UNIX 哲學了: KISS - Keep it Simple, Stupid. 在實踐中，這意味著你要開始熟悉命令行界面，配置文件。并且在開發(fā)中逐漸脫離之前使用的IDE，學會使用Vim或Emacs（或者最好兩者都去嘗試）。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)

如今，很多人認為編程（特別是做web開發(fā)）的主要部分就是使用別人的代碼，能夠用清晰簡明的方式表達自己的想法比掌握硬核的數(shù)學與算法技巧重要的多，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)排序函數(shù)二分搜索這不都內(nèi)置了嗎？工作中永遠用不到，學算法有啥用啊？這種扛著實用主義大旗的「碼農(nóng)」思想當然不可取。沒有扎實的理論背景，遭遇瓶頸是遲早的事。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法是配套的，入門階段你應該掌握的主要內(nèi)容應該是：這個問題用什么算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能更快解決。這就要求你對常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法了熟于心，你不一定要敲代碼，用紙手寫流程是更快的方式。對你不懂的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，你要去搜它主要拿來干嘛的，使用場景是什么。

供你參考的學習資源：

  • 《算法導論?》：有人說別把這本書當入門書，這本書本來就不是入門書嘛，雖說書名是 Introduction to Algorithms，這只不過是因為作者不想把這本書與其他書搞重名罷了。當然，也不是沒辦法拿此書入門，讀第一遍的時候跳過習題和證明就行了嘛，如果還覺得心虛先看看這本《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》
  • Coursera Algorithms: Design and Analysis [Part 1] & [Part 2]： Stanford 開的算法課，不限定語言，兩個部分跟下來算法基礎(chǔ)基本就有了；英語沒過關(guān)的：麻省理工學院公開課：算法導論
  • 入門階段還要注意培養(yǎng)使用常規(guī)算法解決小規(guī)模問題的能力，結(jié)合前文的SICP部分可以讀讀這幾本書：《編程珠璣?》，《程序設(shè)計實踐?》

編程語言基礎(chǔ)

Different languages solve the same problems in different ways. By learning several different approaches, you can help broaden your thinking and avoid getting stuck in a rut. Additionally, learning many languages is far easier now, thanks to the wealth of freely available software on the Internet

-?The Pragmatic Programmer

此外還要知道，學習第n門編程語言的難度是第(n-1)門的一半，所以盡量去嘗試不同的編程語言與編程范式，若你跟尋了前文的指引，你已經(jīng)接觸了：「干凈」的腳本語言 Python, 傳統(tǒng)的命令式語言 C, 以及浪漫的函數(shù)式語言 Scheme/Racket 三個好朋友。但僅僅是接觸遠遠不夠，你還需要不斷繼續(xù)加深與他們的友誼，并嘗試結(jié)交新朋友，美而雅的?Ruby?小姑娘，Hindley-Milner 語言家族的掌中寶?Haskell?都是不錯的選擇。但有這么一位你躲不開的，必須得認識的大伙伴 — C++，你得做好與他深交的準備：

現(xiàn)實是殘酷的，在軟件工程領(lǐng)域仍舊充斥著一些狂熱者，他們只掌握著一種編程語言，也只想掌握一種語言，他們認為自己掌握的這門語言是最好的，其他異端都是傻X。這種人也不是無藥可救，有一種很簡單的治療方法：讓他們寫一個編譯器。要想真正理解編程語言，你必須親自實現(xiàn)一個?，F(xiàn)在是入門階段，不要求你去上一門編譯器課程，但要求你能至少實現(xiàn)一個簡單的解釋器。

供你參考的學習資源：

其他

編程入門階段比較容易忽視的幾點：

  1. 學好英語：英語是你獲取高質(zhì)量學習資源的主要工具，但在入門階段，所看的那些翻譯書信息損耗也沒那么嚴重，以你自己情況權(quán)衡吧。此外英語的重要性更體現(xiàn)在溝通交流上，Linus Torvalds一個芬蘭人，一口流利的英語一直是他招募開發(fā)者為Linux干活的的法寶，這是你的榜樣。
  2. 學會提問：學習中肯定會遇到問題，首先應該學會搜索引擎的「高級搜索」，當單靠檢索無法解決問題時，去Stack Overflow?或知乎?提問，提問前讀讀這篇文章：What have you tried?
  3. 不要做一匹獨狼：嘗試搭建一個像這樣簡單的個人網(wǎng)站，不要只是一個孤零零的About頁面，去學習?Markdown?與?LaTeX，試著在Blog上記錄自己的想法，并訂閱自己喜歡的編程類博客。推薦幾個供你參考：Joel on Software,Peter Norvig,?Coding Horror

小結(jié)

以上的內(nèi)容你不應該感到懼怕，編程的入門不是幾個星期就能完成的小項目。期間你還會遇到無數(shù)的困難，當你碰壁時試著嘗試「費曼」技巧：將難點分而化之，切成小知識塊，再逐個對付，之后通過向別人清楚地解說來檢驗自己是否真的理解。當然，依舊會有你解決不了的問題，這時候不要強迫自己——很多時候當你之后回過頭來再看這個問題時，一切豁然開朗。

此外不要局限于上文提到的那些材料，還有一些值得在入門階段以及將來的提升階段反復閱讀的書籍。這里不得不提到在?stackoverflow??上票選得出的程序員必讀書單中，排在前兩位的兩本書：

Code Complete?：不管是對于經(jīng)驗豐富的程序員還是對于那些沒有受過太多的正規(guī)訓練的新手程序員，此書都能用來填補自己的知識缺陷。對于入門階段的新手們，可以重點看看涉及變量名，測試，個人性格的章節(jié)。

The Pragmatic Programmer?:?程序員入門書，終極書。有人稱這本書為代碼小全：從?DRY?到?KISS，從做人到做程序員，這本書教給了你一切，你所需的只是遵循書上的指導。

這本書的作者?Dave?，在書中開篇留了這樣一段話：

You’re a Pragmatic Programmer. You aren’t wedded to any particular technology, but you have a broad enough background in the science, and your experience with practical projects allows you to choose good solutions in particular situations.Theory and practice combine to make you strong. You adjust your approach to suit the current circumstances and environment. And you do this continuously as the work progresses. Pragmatic Programmers get the job done, and do it well.

這段話以及他創(chuàng)立的?The Pragmatic Bookshelf?一直以來都積極地影響著我，因此這篇指南我也盡量貫徹了這個思想，引導并希望你們成為一名真正的 Pragmatic Programmer 。

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