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　　終于還是要寫這種文章了。期末考試將至，寫大程序沒時(shí)間，寫小程序沒動(dòng)力，只要演變成寫文章了。之前的兩篇字符串處理寫完了仍然不過癮，打算繼續(xù)寫關(guān)于遞歸下降法和LALR的事。后來想想還是暫時(shí)寫寫關(guān)于如何學(xué)習(xí)編程的好，畢竟這個(gè)問題對(duì)大家來說更加有益。

　　本篇將是一個(gè)系列，重點(diǎn)講述在外力很少的情況下如何自學(xué)編程，以及需要注意的一些地方。

　　一般來說，一些所謂的『高手』或者老師會(huì)告訴人們算法是非常非常重要，以至于會(huì)不會(huì)算法就是你會(huì)不會(huì)編程的唯一標(biāo)準(zhǔn)。不過事實(shí)上并非如此。掌握算法固然是好，只是大部分程序并不需要高深的算法，而且招人的時(shí)候僅僅要求會(huì)算法的公司也是很少的（而且很難進(jìn)）。我并不是學(xué)院派的人，所以雖然我本人也推崇學(xué)習(xí)算法，但并不推崇一開始就學(xué)習(xí)算法。

　　剛開始學(xué)編程的人總是不知道自己應(yīng)該從哪里入手。實(shí)際上這是一個(gè)相當(dāng)重要的問題。在我看來，學(xué)好編程有若干條件：

• 興趣
• 數(shù)學(xué)/英語(yǔ)
• 財(cái)力

　　首先談一談興趣。那些為了生計(jì)而尋找捷徑學(xué)習(xí)編程的人并不在本篇的考慮范圍之內(nèi)，這些人我通常是不管的。興趣是非常重要的一個(gè)條件，但是興趣也是可以培養(yǎng)的。對(duì)編程的濃厚興趣可以讓自己自發(fā)地尋找各種各樣的書籍，發(fā)現(xiàn)自己知識(shí)結(jié)構(gòu)上的弱點(diǎn)，跟同行有效地進(jìn)行交流等等。那些沒有興趣的人遇到了一個(gè)問題只會(huì)上論壇或者QQ群上要代碼（而且多數(shù)脾氣暴躁）。

　　數(shù)學(xué)和英語(yǔ)在一開始并沒有什么影響，但是在你學(xué)有所成之后，開始接觸復(fù)雜的內(nèi)容的時(shí)候，數(shù)學(xué)能力就開始起作用了。很多計(jì)算機(jī)論文都是使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言寫的，對(duì)數(shù)學(xué)沒有熱情或者不夠敏感的人將會(huì)很難跨過這個(gè)門檻學(xué)習(xí)一些書本上沒有的東西。英語(yǔ)同樣也是重要的，因?yàn)椴⒉皇撬械奈恼禄驎紩?huì)翻譯成中文，或者及時(shí)翻譯成中文。

　　財(cái)力并不是重點(diǎn)，不過至少在養(yǎng)活自己的同時(shí)要有閑散資金來不停地支付網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用、書籍、電腦、外圍設(shè)備等必須物品。

　　至于知識(shí)結(jié)構(gòu)方面我個(gè)人的見解可能跟流行的觀點(diǎn)有所出入。目前人們總是把知識(shí)結(jié)構(gòu)比喻為一個(gè)金字塔，最下面是基礎(chǔ)，上面一層一層更加深入而且更加專業(yè)的知識(shí)，最上是領(lǐng)域知識(shí)。老師們會(huì)說要學(xué)好基礎(chǔ)，首先學(xué)好語(yǔ)言和算法，然后慢慢往上走。我自己并不這么認(rèn)為。個(gè)人認(rèn)為『從左到右』的學(xué)習(xí)方法是更加有效而且不會(huì)錯(cuò)過什么東西的，只是不能速成。

　　從左到右是什么意思呢？想象一個(gè)金字塔，最左邊仍然是最底層的【基礎(chǔ)】，再往左就涉及到更多的【基礎(chǔ)】以及更多的上層內(nèi)容了。這樣一步一步下去就會(huì)有【基礎(chǔ)】--【上層】--【基礎(chǔ)】--【上層】這樣的不斷循環(huán)。這么做的好處是成果快，能夠培養(yǎng)起興趣和成就感，而且基礎(chǔ)隨著應(yīng)用的需要慢慢積累，等到學(xué)有所成的時(shí)候，基礎(chǔ)也覆蓋完了，上層的東西也看得差不多了，就可以超越金字塔自己翱翔了。

　　好了，那么如何培養(yǎng)興趣呢？

　　人總是對(duì)有趣的東西比較感興趣的，而且這種東西如果不難入門的話，那么接受起來更加容易，跟容易培養(yǎng)成就感，也就更有興趣了。根據(jù)實(shí)際情況，個(gè)人推薦剛開始接觸的時(shí)候應(yīng)該學(xué)習(xí)C#，理由如下：

• C#的書籍非常多，語(yǔ)言內(nèi)核簡(jiǎn)單易懂，類庫(kù)豐富。
• C#制作界面簡(jiǎn)單
• C#屏蔽了有關(guān)操作系統(tǒng)和底層的大部分事情，可以讓學(xué)習(xí)的人專注于自己感興趣的內(nèi)容。

　　如果不是特別著急的話，一開始就對(duì)著C/C++的數(shù)組啊指針啊什么亂七八糟的東西我覺得沒什么必要，反正將來自然就知道了。我在這里推薦C#的另一個(gè)重要原因是Microsoft Visual Studio .NET的C#編輯器有一個(gè)無敵美好的提示列表（按了一個(gè)“.”之后彈出來的），這對(duì)于初學(xué)者來說是相當(dāng)好的一個(gè)工具。

　　一開始學(xué)習(xí)C#的時(shí)候應(yīng)該首先掌握基本的少量語(yǔ)法，也就是說掌握條件語(yǔ)句、分支語(yǔ)句、函數(shù)聲明以及數(shù)組，外加少量庫(kù)的運(yùn)用以及計(jì)算上的知識(shí)。然后開始學(xué)習(xí)制作界面，最后學(xué)GDI+。

　　學(xué)習(xí)GDI+是有很多好處的。不過在學(xué)習(xí)之前應(yīng)該找本相關(guān)的書來看。GDI+有一些比較高級(jí)的功能如半透明效果和畫刷等等，容易組合出一些非常漂亮的圖形來。學(xué)會(huì)GDI+的基本操作之后，就可以慢慢接觸一些圖形濾鏡、分形、三維的內(nèi)容了。使用平面工具繪制簡(jiǎn)單的三維圖形是一件非常有意思的事情，而且非常鍛煉數(shù)學(xué)能力，所得到的效果也是『令人震撼』的。

　　隨后應(yīng)該學(xué)習(xí)字符串處理。典型的字符串處理有分析INI文件、對(duì)一個(gè)四則運(yùn)算式子進(jìn)行操作等等的內(nèi)容。雖然C#處理器字符串出來比C++稍微蹩腳一點(diǎn)，不過在這個(gè)時(shí)候忽略這個(gè)問題是相當(dāng)有用的，至少不用陷入無窮的指針漩渦里面去。

　　等圖形和字符串都少有涉獵之后，就可以開始開發(fā)有趣的程序了。譬如用C#些動(dòng)畫、開發(fā)畫函數(shù)圖的工具、自己設(shè)計(jì)一種高度簡(jiǎn)化的HTML然后進(jìn)行渲染制作自己的幫助程序、或者開發(fā)簡(jiǎn)單的圖像處理軟件之類。稍微聰明一點(diǎn)的人，如果每天都有機(jī)會(huì)寫很多代碼的話，大概半年到一年就可以走到這里了。

　　為什么我會(huì)選擇圖形和字符串兩種東西呢？為了培養(yǎng)興趣，首先要有成就感。圖形跟字符串都是跟操作系統(tǒng)本身沒關(guān)系的東西，而且操作起來也沒什么注意事項(xiàng)，因此入門比較簡(jiǎn)單。如果漸漸深入的話會(huì)激發(fā)起學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、甚至是數(shù)學(xué)英語(yǔ)的熱情。如果可以使用這條主線貫穿整個(gè)編程的初級(jí)階段的話，得到的將會(huì)是扎實(shí)的基礎(chǔ)以及靈活的頭腦。

　　好了，今天就先說到這里。下次再寫續(xù)篇。在此解答一下大家有可能提出來的疑問。

　　· 數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)都很熱門，要不要學(xué)呢？
　　-- 這兩門技術(shù)掌握了也是很好的一件事情，而且作為入門的話也未嘗不可。只是如果一開始就往數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)的路走的話，將來可能會(huì)錯(cuò)過一些學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)底層以及復(fù)雜的算法的機(jī)會(huì)，因?yàn)檫@兩種東西不會(huì)讓你有學(xué)習(xí)大部分有深度的知識(shí)的動(dòng)力。

　　· 算法為什么不一開始學(xué)習(xí)呢？
　　-- 學(xué)會(huì)了算法，但是沒有有趣問題給你解決的話，那學(xué)來干什么？而且學(xué)習(xí)算法的最終目的是讓自己擁有設(shè)計(jì)算法的能力，很多人都忽略了這一點(diǎn)。

　　· 學(xué)會(huì)了GDI+和字符串之后能不能找工作呢？
　　-- 不能。做人切勿急躁，學(xué)編程沒有個(gè)三五年還是不要把自己看得太厲害的好。

　　· 接下來應(yīng)該學(xué)習(xí)什么樣的東西呢？

　　-- 請(qǐng)看下一篇文章

　　（二）

　　接著上一篇文章繼續(xù)往下講。如果按照上一篇文章走下去的話，現(xiàn)在估計(jì)做了有些小軟件了吧。字符串和圖形都容易做大，而且對(duì)于潛意識(shí)上喜歡數(shù)學(xué)的最有希望的程序員們也是有吸引力的。但是這兩種東西卻不容易做好。等到程序到了一定規(guī)模的時(shí)候，維護(hù)和效率這兩大問題就會(huì)凸顯出來。心急吃不了熱豆腐，為了解決維護(hù)和效率這兩個(gè)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問題，我們需要學(xué)習(xí)算法和架構(gòu)。這兩種東西是可以同時(shí)學(xué)的，但是一篇文章說不了多少東西，那么就從算法開始吧。

　　程序員是需要開闊眼界的，光C#一門也是不行的，畢竟程序運(yùn)行在各種平臺(tái)上，有各種各樣的語(yǔ)言。譬如Win32上的native C/C++、Delphi等，.NET上的C#和VB.NET，還有自成體系的Java，然后就是運(yùn)行在mainframe上的COBOL，剩下的還有各種各樣的函數(shù)式語(yǔ)言、腳本語(yǔ)言等等。熟悉了C#的人從Delphi入手不會(huì)很困難，從C/C++入手也可以了。這兩門原本是本地語(yǔ)言的語(yǔ)言在編寫程序的時(shí)候需要我們注意多一些的東西，典型的就是內(nèi)存管理。這還是需要多加練習(xí)的，在這里就不多說了。

　　說到算法，在這里首先向大家推薦《算法導(dǎo)論》第二版。一年前我去買的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了中文版，但是中文版那個(gè)時(shí)候仍然有一些章節(jié)沒有翻譯。不知道現(xiàn)在怎么樣了。英語(yǔ)好的同志們可以去買英文版。

　　算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是經(jīng)常出現(xiàn)在一起的。每一種算法總會(huì)有在各種不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的實(shí)現(xiàn)，用于處理不同的問題。在不同的語(yǔ)言上面，各種各樣針對(duì)實(shí)際問題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也有一些巧妙的做法和通用的做法。我們可以用STL，可以用System.Collections.Generic，也可以自己寫。這根據(jù)實(shí)際情況而定。我們并不是不能做的比STL好，只是STL已經(jīng)相當(dāng)好了，滿足了大多數(shù)人的需要。在特定的情況下，面對(duì)非常特殊的問題，有時(shí)候我們就要自己實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用上一篇文章說的辦法來聯(lián)系的話，到了這個(gè)時(shí)候已經(jīng)寫了不少代碼了，用了不少并不復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識(shí)了，鍛煉了理論與實(shí)際相聯(lián)系的基礎(chǔ)。有了這些基礎(chǔ)，我們學(xué)習(xí)算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會(huì)比較簡(jiǎn)單。

　　常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有鏈表、列表、堆棧、隊(duì)列、二叉樹、平衡樹、堆、哈希表和圖等，除此之外還有各種各樣的變形，但是萬變不離其宗。圍繞著這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還有各種各樣的算法。典型的有排序算法、搜索算法、尋路算法、網(wǎng)絡(luò)流等等。還有一些屬于策略的算法，譬如貪心算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等等。屬于策略的算法經(jīng)常用于制造新的算法，要慢慢體會(huì)，勤加思考才行。至于這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的實(shí)際內(nèi)容我并不打算在這篇文章講?！端惴▽?dǎo)論》用了半本書來說這些問題，還是看書的好，文章不夠詳細(xì)。

　　至于我們?nèi)绾芜x擇算法呢？就如同我剛才強(qiáng)調(diào)的一樣，我們需要聯(lián)系理論與實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，我們要用數(shù)學(xué)的眼光來看待我們需要解決的問題。如果我們找到了一種簡(jiǎn)潔的表示來描述我們的問題的話，我們同時(shí)也找到了解決問題需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的雛形。當(dāng)然這個(gè)數(shù)學(xué)并不是指數(shù)學(xué)分析這些，我覺得更接近于抽象代數(shù)。扯遠(yuǎn)了啊，一般來說我們并不需要鉆研這些學(xué)科，我們只需要有感覺就好了。培養(yǎng)感覺的一個(gè)捷徑就是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。當(dāng)然不學(xué)習(xí)也可以，經(jīng)驗(yàn)也能知道我們做事情，只不過走的路要長(zhǎng)一些。至于讀者希不希望學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)就自己決定吧，沒有普適的道路。找到了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的雛形之后，剩下的就是尋找算法了。有一些算法可以在書里面找到（譬如ACM很喜歡考的題目），有一些算法可以在論文中找到（譬如專門為了對(duì)付一些復(fù)雜問題而制造出來的不具有通用性的算法），剩下的就要靠我們自己去推導(dǎo)了。

　　那么，我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)算法呢？我們是為了解決實(shí)際問題才學(xué)習(xí)算法的，是為了為將來自己遇到問題的時(shí)候有個(gè)指導(dǎo)方向才學(xué)習(xí)算法的，我們并不是為了學(xué)習(xí)算法而學(xué)習(xí)算法。我見過兩種不同的學(xué)習(xí)算法的人。第一種是直覺閱讀算法并學(xué)習(xí)，以后碰到問題再尋找。另一種則是僅僅將算法稍微了解一下然后就放開，以后遇到問題的時(shí)候再翻開相應(yīng)的算法來學(xué)習(xí)。兩種方法適應(yīng)于兩種不同的人，并沒有什么大的優(yōu)劣之分。于是我們根據(jù)自己的興趣或者需要，終于必須掌握一種算法了。那么這個(gè)時(shí)候我們可以找資料來看，就跟閱讀文章一樣消化里面的知識(shí)，然后就寫一些小程序來試驗(yàn)試驗(yàn)（或者叫做原型，那些做軟件工程的人都喜歡這么說）。這種小程序?qū)儆趻仐壭驮?，寫完即扔的，目的是為了讓自己在了解了算法的?nèi)容之后，檢驗(yàn)一下自己是否已經(jīng)真的明白了執(zhí)行這個(gè)算法所需要的所有細(xì)節(jié)問題。等到覺得自己已經(jīng)能控制這個(gè)算法的時(shí)候，我想也就差不多了吧。

　　有些人可能會(huì)覺得算法很復(fù)雜，因?yàn)闀锩娴乃惴ǘ际欠浅?fù)雜的。但是算法的目的是為了快，因此有一些好的算法跟數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)合的時(shí)候可能會(huì)變得相當(dāng)簡(jiǎn)單，但是并不是很容易想到。在這里我舉幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

　　喜歡做圖形的朋友們，大概都喜歡做游戲吧，嘿嘿。我們小時(shí)候在做那種簡(jiǎn)單的2D游戲的時(shí)候，總是要計(jì)算一大堆人之間是否相互接觸，或者很多人放出的魔法是否跟敵人碰撞到。如果我們的地圖上有100個(gè)人，每個(gè)人放了兩招，兩兩檢驗(yàn)是否碰撞（以便判斷是否應(yīng)該實(shí)施攻擊）的話就需要檢查20000次。這顯然是不行的。那么我們可以使用分而治之的原理來做。我們可以把地圖切成很多個(gè)區(qū)域，區(qū)域包含著人和魔法。每當(dāng)人和魔法的移動(dòng)越過區(qū)域的邊界的時(shí)候，人和魔法就把自己從前一個(gè)區(qū)域斷開，鏈接到新的區(qū)域里面去。這個(gè)時(shí)候區(qū)域就保存了兩個(gè)鏈表，一個(gè)是人，另一個(gè)是魔法。好了，如何檢查魔法和人互相碰撞呢？只需要檢查同一個(gè)區(qū)域里面的就行了。如果這100人都在25個(gè)區(qū)域里面，平均每個(gè)區(qū)域有4個(gè)人8個(gè)魔法，那么兩兩檢驗(yàn)的話只需要檢查4×8×25=800次，相對(duì)于前面的暴力算法節(jié)省了96%的時(shí)間。當(dāng)然這只是理想狀態(tài)。

　　在這里舉另一個(gè)例子。我們都覺得C#、VB和Java很神奇吧，東西new了都不用delete，多舒服。假設(shè)我們現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)這種功能的話，我們需要維護(hù)所有已經(jīng)new了的內(nèi)存空間，并執(zhí)行一種搜索算法來判斷哪一些內(nèi)存空間是再也不可能被訪問的然后標(biāo)記，最后刪掉所有被標(biāo)記的空間。于是我們需要一個(gè)內(nèi)存管理器，用來申請(qǐng)、標(biāo)記和釋放。如何做比較合適呢？

　　我們的內(nèi)存管理器需要根據(jù)設(shè)置的長(zhǎng)度返回一段句柄來代表內(nèi)存空間，然后需要可以通過句柄來訪問內(nèi)存，最后標(biāo)記并一起刪除這些句柄。為什么要句柄呢？因?yàn)槿绻苯臃祷刂羔樀脑?，語(yǔ)言執(zhí)行久了會(huì)產(chǎn)生很多內(nèi)存碎片，而且new和delete也不夠快?，F(xiàn)在，我們需要以下幾個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

• 一個(gè)記錄所有被new了而且delete過的句柄的列表，用于迅速獲得沒有正在被使用的句柄。
• 一個(gè)記錄了所有正在使用的句柄的列表，記錄指針以及長(zhǎng)度。這張表是一個(gè)數(shù)組，句柄是索引。

　　1. new的時(shí)候，我們查詢第一張表拿出一個(gè)空閑的句柄。如果列表為空的話那么將第二個(gè)表變大（這個(gè)時(shí)候所有句柄都被使用）并且將第一個(gè)空閑的（也就是原來的表接下去的第一個(gè)新空間）句柄所對(duì)應(yīng)的記錄標(biāo)記使用。然后我們分配的總是最末尾的地方。

　　2. delete的時(shí)候，我們查詢所有標(biāo)記了使用句柄，看看是否有被mark，有的話就標(biāo)記為不使用并將句柄放置入第一張表。

　　3. mark的時(shí)候，我們查詢這個(gè)句柄所對(duì)應(yīng)的記錄，然后mark。

　　4. collect的時(shí)候，這是一個(gè)操作，將所有內(nèi)存碎片清除。我們只需要順序遍歷第二章表，將有用的內(nèi)容挪動(dòng)到前面一大塊無用的空間里面，復(fù)制一下數(shù)據(jù)然后修改一下起始指針即可。

　　圖示一下：

空閑句柄：1 2
句柄記錄：<0,0..9><1,NULL><2,NULL><3,40..43>
內(nèi)存空間：[第0-9個(gè)字節(jié)占用][10-39不占用][40-43被占用][此處為末尾]

　　好了，我們需要申請(qǐng)一個(gè)內(nèi)存空間，我們拿到了句柄4，需要10個(gè)字節(jié)。

空閑句柄：1 2
句柄記錄：<0,0..9><1,NULL><2,NULL><3,40..43><4,44..53>
內(nèi)存空間：[第0-9個(gè)字節(jié)占用][10-39不占用][40-43被占用][44-53被占用][此處為末尾]

　　現(xiàn)在我們標(biāo)記3并刪除：

空閑句柄：1 2 3
句柄記錄：<0,0..9><1,NULL><2,NULL><3,NULL><4,10..19>
內(nèi)存空間：[第0-9個(gè)字節(jié)占用][10-19占用，從句柄4挪過來的][此處為末尾]

　　分析一下時(shí)間復(fù)雜度吧，這里分析的是絕大部分情況，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)偶爾會(huì)有少許偏差。

　　new為O(1)，因?yàn)閺目臻e句柄獲得內(nèi)容為O(1)，分配末尾內(nèi)存為O(1)，找到記錄并標(biāo)記為O(1)
　　mark為O(1)，因?yàn)檎业接涗洸?biāo)記為O(1)
　　delete為O(1)，因?yàn)橹恍枰獦?biāo)記
　　collect為O(n)，因?yàn)楸闅v句柄記錄O(n)，挪動(dòng)內(nèi)容，就算最多也就挪動(dòng)整段內(nèi)存空間，也是O(n)
　　從句并獲得內(nèi)存地址也是O(1)

　　我們僅僅需要在內(nèi)存不夠的情況下才動(dòng)用win32的api分配一塊新的大內(nèi)存，這樣來看的話在大部分情況下我們的內(nèi)存管理器的分配比操作系統(tǒng)做得還快，這也是為什么C#作為托管語(yǔ)言并沒有明顯慢下來的一個(gè)原因。當(dāng)然還有一些其他原因，譬如.NET虛擬機(jī)會(huì)把一些托管代碼臨時(shí)編譯成本地代碼等等。

　　至于第三個(gè)例子，就看這里吧，為了做一個(gè)大作業(yè)而弄出來的利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃是顯得簡(jiǎn)單尋路算法。

　　說到這里本篇也快結(jié)束了。舉著兩個(gè)例子只為了說明以下問題：

• 算法往往跟執(zhí)行效率有很大關(guān)系
• 好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮算法應(yīng)有的威力
• 要根據(jù)實(shí)際情況來選擇，甚至自己思考算法
• 算法并不都是復(fù)雜的

　　其實(shí)，對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法不熟悉或者根本沒聽說過的話，也并不是就不能寫出一些稍微有點(diǎn)規(guī)模的程序，只是寫出來的程序可能會(huì)很亂。算法在一個(gè)程序員的發(fā)展道路上看還是最好學(xué)一學(xué)。

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