在這個互聯網時代，我們出門購物、拍照、打電話、瀏覽信息，只需要帶上一部智能手機就可以了。如果在20年前，要實現這些功能，需要帶一大堆東西。如今，我們口袋裡的這臺計算機，和50年前送宇航員上月球的那臺計算機相比，功能更強大，體積更小巧。

計算機為什麼功能強大，能讀懂人類的語言？直到我看了《寫給所有人的編程思維》這本書，解答了心中的疑惑，明白了計算機的工作原理。這一切能都離不開程序員的編程設計，說到編程，人們總是想到程序員坐在電腦面前，敲擊著一長串神祕的代碼。其實，編程體現的是人類的智慧。

在《寫給所有人的編程思維》這本書中，闡述了計算機的歷史和二進制工作原理，以及如何創建編程思維。計算機的編程需要邏輯、推理和數學。編程思維可以提升思維能力，創造性地解決問題。

學習編程思維並不是要掌握編碼技巧，而是學習一種解決問題的思維方法。本書有四章內容：學會編程思維；解決問題；學習編程語言；繼續努力。

本書的作者吉姆·克里斯蒂安，是英國著名的科技教育專家，編程怪才，曾獲得Dr.Dobb’s程序設計卓越獎。

我們來看計算機是怎樣讀懂人類語言的，我們如何用編程思維解決問題。

一、 編程與計算機。

計算機的特徵。

計算機是指能夠接收、轉換、存儲信息，再用設定的形式將信息輸出的電子設備。

計算機的形式多種多樣：手機、平板電腦、臺式計算機、筆記本。雖然它們形狀各異，但內部的結構都大同小異，都有：主板、網絡、輸入和輸出設備、外存儲器、隨機存儲器、微處理器。

微處理器就是人們常說的中央處理器或CPU,是計算機的大腦，負責處理“思維”工作。

在微處理器的內部，有成千上萬個開關等待電信號的到來，電信號通過通道和閘門的開關，以二進制數字的形式生成。微處理器的核越多，每秒能夠運行的指令也就越多。

編程就是將人的想法、思維，翻譯成計算機能讀懂的二進制數字語言，轉換成計算機要執行的動作。

計算機的語言--二進制。

計算機中所有的輸入和輸出，都是由無數個0和1組成的二進制數字經過編碼、解碼，轉換成計算機能識別的代碼實現的。

二進制是1679年，由德國天才大師萊布尼茨研發出來的。二進制是一種計數方式，只用到兩個數字0和1，因為計算機只能識別0和1組成的代碼。

0和1這兩個數字掌管計算機內部晶體管的開關，1表示開，0表示關。人們操作計數機，就是通過控制計算機內部晶體管的開關，引導電流進入正確的方向，實現程序運行的。

我們工作、生活中常用的算數是十進制，就是逢10進1。計算機的二進制規則是逢2進1。1和0就是計算機能懂的語言，表示開和關，是和否，真和假。

在二進制中，數字1，用1表示；數字2用10；數字3用11；數字4用100；數字8用1000。

如果用十進制，兩隻手只能數到10，但如果用二進制，一隻手就能數到31。

將拳頭握緊，表示數字0；

大拇指代表數字1；

食指代表數字2；

中指代表數字4；

無名指代表數字8；

小拇指代表數字16；

如果用兩隻手，就能數到1023，因為在二進制中，後一根手指的數值是前一根手指的兩倍。第1隻手的小拇指表示16，另一隻手的大拇指就表示32，食指就代表64，中指代表128，無名指代表256；小指代表512。

這個遊戲很好玩，能夠鍛鍊創新思維和邏輯思維。

二進制數值還可以用來表示英文的26個字母，A用數字1；B用10；C用11；……

如果這組信息：1000 101 1100 1100 1111 拼寫出來就是“你好”，這樣就將人類語言轉化成計算機能懂的語言。

二、 編程語言。

計算機語言講究語法和語境，一個逗號，一個字母就能改變整個句子的意思，可以說，差之毫釐，失之千里。

計算機的編程語言經歷了機器語言、彙編語言、高級語言三個階段，世界上的編程語言有100多種，但是常用的只有10-15種，這裡介紹幾種編程語言。

算法

算法就是為了完成某項任務，按照設定的順序執行的一系列明確的指令。算法中指令越具體、越明確，指令運行時出錯的概率就越小。

比如我們讓一個叫小智的機器人來整理床鋪。

我：小智準備好了嗎？

小智：準備好了。

我：小智整理床鋪。

小智：……（只是坐在那裡發懵）。

因為小智不明白“整理床鋪”的做法，我們整理的要求是：把羽絨被、毯子、枕頭收拾好，所以我們下達的指令要具體、清晰。

1. 將羽絨被平整地鋪在床上。

2. 將毯子平整地鋪在羽絨被上。

3. 將枕頭放在毯子的上面。

算法就像做菜使用的菜譜，是計算機要執行的命令，我們來看一下，給機器人小智發出指令，做一個加奶酪的三明治。

1. 拿起一片面包。

2. 將麵包放在廚房的操作檯上。

3. 把黃油盒的蓋子打開。

4. 把蓋子放下。

5. 握住刀柄拿起刮取黃油的小刀。

6. 一隻手握住小刀的手柄，讓刀口向外。

7. 一小刀並在黃油上刮取三秒鐘。

8. 拿起小刀。

9. 使小刀靠近麵包片。

10. 放低小的在麵包上塗抹三秒鐘，一共塗抹兩次。

11. 把小刀放在操作檯上。

12. 拿起一片奶酪。

13. 把奶酪片放在塗有黃油的麵包上。

14. 再拿起一片面包。

15. 將麵包片覆蓋在奶酪和有黃油的麵包片上。

你看，在上面的步驟中，描述很具體，講到了如何握刀，刀口的方向，其實，還可以具體到小刀的角度和抹黃油的速度。

在7-10步中，指令包括了塗抹黃油的時間，因為小智不知道塗抹黃油多少才算夠了，所以，程序員做出估算，大概需要三秒時間。

循環

編程語言的設計要做到便捷、高效，在算法編寫時，要做很多具體的指令，不僅繁瑣，而且還有重複。為了避免重複的指令，在編程中，可以用循環來處理一些基礎的指令，讓程序變得簡單一些。

比如，我們讓機器人小智走過來10步，我們要說10次“向我走1步”，這樣下達的指令不僅繁瑣，還容易在次數上出錯，解決方法就是用循環：“向我走10步。”

循環就是執行重複的指令，直到過程結束的一種結構。循環分為兩種：計數循環和條件循環。

計數循環是通過次數控制的循環，叫for循環。for循環會一直重複指令，不管結果如何。

條件循環式通過條件來控制循環次數，就是While循環。

在算法中運用循環，修改一個語句就能完成雙倍的編程工作，達到事半功倍的效果。

比如，我們在三明治的程序指令中，可以運用循環來提高效率。在第10步之後，多加一條指令：重複以上1-10步。這樣，機器人就會重複工作，但是這樣會出現無限循環，機器人會按照指令工作，一直在麵包片上塗抹黃油，直到麵包片用完，最後程序崩潰。

為了避免這一缺陷，我們要對程序進行修補，將步驟11修改為：重複以上1-10步，直到給兩片面包片塗完黃油為止。這樣增加了一個特定的條件，就使機器人的操作更加完美。

變量

編程中經常會遇到變量，變量就像一個貼著標籤的盒子，裡面裝有變量名和變量值。

電子遊戲中經常遇到變量，比如，遊戲角色還剩多少條命，命的次數是變量。

我們人體也有變量，比如：頭髮的長短，身高、體重的變化，年齡的增長。

下面我們來做一個猜年齡遊戲。

1. 讓你的朋友在紙上寫下他的年齡。

2. 將這個數字乘以2。

3. 再加上1。

4. 然後乘以5。

5. 再加上5。

6. 再乘以10。

7. 再減掉100。

8. 最後再劃掉末尾兩位數。

在這個遊戲中，程序中的年齡適用於任何年齡的人，人的年齡就是變量名，年齡的數值是變量值，可以編寫出：（(年齡×2+1）×5+5）×10-100==年齡

經過推算，左邊的公式最後的結果是100倍年齡，劃掉最後兩個00，自然就是年齡了，這個遊戲玩的就是數學魔術。

條件語句

條件語句是計算機根據給定的信息做出選擇的語句。

生活中，我們每天都要根據條件做出選擇。比如：如果人行道信號燈是紅色，那麼我們就要等待綠燈亮，否則就可能被車撞倒。

下面我們來做一道和條件語句相關的題：假如你去找朋友約翰還錢，結果發現，約翰、詹姆斯、威廉是一模一樣的三胞胎，有人告訴你，約翰、詹姆斯總是說謊話，只有威廉說真話，你只能問一句話，確認此人是不是約翰，你會怎麼問？

正確答案是：“你是詹姆斯嗎？”因為威廉說真話：“不是。”詹姆斯說謊話：“不是。”只有約翰說謊話，是唯一一個回答“是”的人。

調試

調試這一術語起源於20世紀40年代，是美國海軍少將格雷斯·赫柏提出的。她在哈佛大學為計算機編寫程序時發現了一隻真正的蟲子（bug）鑽進了計算機，使計算機無法正常運行，調試（debugging除去蟲子）由此而來。

調試就是仔細檢查編寫過程、算法、流程圖，排除並修復使程序無法正常運行的問題或錯誤。

在編寫程序的過程中，計算機只是執行接受的指令，不會像人類一樣思考，所以，在程序編寫完成後，要花很多時間在代碼的調試上。

調試常用的方法是：尋找bug（程序錯誤）；給代碼加註釋；小黃鴨調試法。

小黃鴨調試法看似很笨，卻很有效，就是在電腦旁放一個小黃鴨，然後對一無所知的小黃鴨解釋程序中的所有細節。

這個方法的奧妙是，程序員給不懂編程的人解釋代碼如何運行時，必須非常詳細的講解代碼運行的細節，程序員就會發現到程序中的錯誤，自己解決問題。

三、 用編程思維解決問題。

編程思維包括理性推理、邏輯思維和數學運算，學習編程思維能夠創造性地解決問題、表達思想。

編程思維有四個部分：問題分解；模式識別；抽象思維；算法設計。

問題分解

比如，我們把電影看做一個需要解決的大問題，導演、演員、攝影師等工作人員就是問題的組成部分，所有這些組成部分共同協作才能完成一部電影。

模式識別

比如，我們要在一些網站上登錄，會被要求輸入驗證碼，這就是模式識別，目的是為了防止其他人偽裝成用戶開啟別的功能。

抽象思維

使用抽象思維時，要拋開那些與問題無關的信息。

比如，你星期天下午兩點要去打球，家離球場有5.2公里，你上午要給花澆水，拖地板，中午要去媽媽家吃飯，估計一點鐘能吃完，媽媽家距離球場有3.5公里，那麼在一點到兩點的時間內，要走多遠的路？

在所有的信息中澆花、拖地都與去球場無關，因為媽媽家離球場的距離更近，唯一的相關信息只有一個：媽媽家離球場有3.5公里。

算法設計

你一定聽說過數學天才高斯的故事。1785年，高斯的老師給學生出了一道題，把1-100的數字全部加起來，老師本來想多佔用一些課堂時間，沒想到令老師吃驚的是，只有8歲的高斯很快給出了答案：5050。

在那個年代並沒有計算機，高斯也不是從頭到尾將數字一個個相加。

我們來看高斯是怎樣用編程思維來解決問題。

首先是問題分解，他將一個大問題分解成小問題，找出每組數字的規律性，就是每對首尾數字相加，得數相同。

其次是形成自己的模式識別，可打亂順序，只要把所有數字相加就可以，1+100=101,2+99=101……，有50組首尾相加等於101的數字。

再次是採用抽象思維，略去了不必要的算數步驟,沒必要將首尾數字依次相加到最後一組，

最後是算法設計，是用乘法進行運算：50×101=5050。

無論計算機的功能多麼強大，也是人類賦予的，真正強大的還是人的大腦。

隨著互聯網的發展，人們的生活已經離不開計算機，比如：用手機打電話、聽歌、拍照；用電腦發郵件、瀏覽財經信息；在超市買東西結賬，只需掃碼商品，計算機會自動結算金額，核對賬單。

《寫給所有人的編程思維》這本書告訴我們，編程是人與計算機之間的橋樑，人類通過編程創造了更加美好的世界。我們可以不學編程，但要學習編程思維。

編程思維是我們解決問題的元技能，與我們的生活息息相關，工作、學習，甚至家務勞動，都離不開編程思維的邏輯能力和創造力，學習編程思維就是學會思考。