Шесть доводов Дейкстры

В ходе дискуссии здесь прозвучали различные суждения относительно влияния синтаксиса языка на мышление программиста (т.н. “синтаксическое мышление”), обучения программированию в вузах, деления людей по образу мышления на два уровня (“комбинаторный” и “критический”).

Думаю, будет небезыинтересно сопоставить все это с одной весьма примечательной работой -- Эдсгер Дейкстра “Смиренный программист” (Речь при  вручении премии Тьюринга; Бостон, 14 августа 1972 г.).

Излагать буду крайне конспективно, в контексте упомянутых вопросов дискуссии, иллюстрируя развернутыми цитатами.

“С тех пор берут начало два распространенных мнения о природе программирования. <...> Первое мнение состояло в том, что по-настоящему компетентный программист должен обладать склонностью к разгадыванию головоломок и любить хитроумные уловки; другое в том, что программирование есть не более чем та или иная оптимизация эффективности вычислительного процесса.
<...>
Я совершенно неспособен понять, как мы можем надеяться сохранять ориентацию в наших постоянно растущих программах, если из-за своей явной вычурности язык программирования -- напомню, это наш основной инструмент! – уже ускользнул из-под нашего контроля. И если бы мне надо было описать то влияние, которое имеет язык PL/1 на своих пользователей, наиболее подходящая метафора, которая приходит мне на ум,-- это наркотик. Я вспоминаю одну лекцию на симпозиуме по языкам программирования высокого уровня, прочитанную в защиту языка PL/1 человеком, называвшим себя его преданным пользователем. Но в конце этой часовой лекции, восхваляющей PL/1, он ухитрился попросить добавления около 50 новых “свойств”, ничуть не догадываясь, что основным источником его трудностей является именно то, что язык уже имеет слишком много “свойств.”


Далее хотел бы обратить внимание на тонкое замечание Дейкстры относительно элитарности “компетентных программистов” и восприятия методологии программирования, отличной от общепринятых “норм”: “Даже если мы знаем, как обучать завтрашнего профессионального программиста, мы вовсе не уверены, что общество, в котором мы живем, позволит нам это сделать. Первым результатом от преподавания методологии –- а не распространения знаний -– является увеличение способностей уже способных, тем самым увеличивается разброс интеллектуальных возможностей. В обществе, в котором система образования используется как инструмент для установления гомогенизированной культуры, в котором сливкам не дают подняться наверх, воспитание компетентных программистов должно быть политически неприемлемым.”

Ключевым в выступлении Дейкстры был своего рода манифест смиренного (читай -- компетентного) программиста. Дейкстра привел шесть доводов в отношении того, как отвечать на интеллектуальный вызов времени, на кризис программного обеспечения. Все то, что, с его точки зрения, может обуславливать техническую реализуемость необходимых преобразований, -- в программировании следует ограничиваться разработкой и реализацией удобочитаемых программ с предсказуемым поведением.

Вот перечень этих доводов Дейкстры.

1. Упрощение выбора.
Альтернативы для программиста в программах с предсказуемым поведением намного легче оценивать и сравнивать.

2. Пространство решений.
Резкое сокращение рассматриваемого пространства решений за счет ограничения себя программами с предсказуемым поведением.

3. Правильность программы.
Тестирование -– эффективный способ демонстрации наличия ошибок, но оно неадекватно для доказательства их отсутствия. “Программист должен доказывать правильность программы одновременно с ее написанием”.

4. Абстракции.
При надлежащем использовании абстракций интеллектуальные затраты для написания или понимания программы пропорциональны не более чем ее длине.

5. Влияние языка и инструментария на мышление.
“Инструменты, которые мы пытаемся использовать, а также язык или обозначения, применяемые нами для выражения или записи наших мыслей, являются главными факторами, определяющими нашу способность хоть что-то думать или выражать.”

6. Иерархия.
“Мы в действительности можем решать удовлетворительным образом лишь такие задачи, которые в конечном итоге допускают хорошо разбивающееся на части решение”.

<…>

Далее для более глубокого восприятия проиллюстрирую каждый из доводов развернутыми цитатами.

1. “Первый довод состоит в том, что если программисту приходится рассматривать только программы с предсказуемым поведением, то альтернативы, из которых он выбирает, намного легче оценивать и сравнивать.”

2. “Второй довод заключается в том, что, поскольку мы решили ограничиться предсказуемыми программами, мы раз и навсегда добились резкого сокращения рассматриваемого пространства решений. И этот довод отличен от предыдущего.”

3. “Третий довод основан на конструктивном подходе к проблеме правильности программы. В настоящее время общепринятой техникой является составление программы, а затем ее тестирование. Однако тестирование программы может быть очень эффективным способом демонстрации наличия ошибок, но оно безнадежно неадекватно для доказательства их отсутствия. Единственный эффективный способ значительно повысить доверие к программе –- это дать убедительное доказательство ее правильности. Но не следует сначала писать программу, а потом доказывать ее правильность, поскольку в этом случае требование найти доказательство только увеличит тяготы бедного программиста. Напротив, программист должен доказывать правильность программы одновременно с ее написанием”.

4. “Высказывалось предположение, что существует некий закон природы, гласящий, что количество необходимых интеллектуальных усилий пропорционально квадрату длины программы. Однако, слава Богу, никто так и не смог доказать этот закон. Причина в том, что он вовсе не обязательно справедлив. Все мы знаем, что единственное мыслительное средство, посредством которого вполне конечный фрагмент рассуждения может охватывать миллионы случаев, называется “абстракцией”. Поэтому наиболее важным видом деятельности компетентного программиста можно считать эффективную эксплуатацию его способсности к абстрагированию. В этой связи может быть полезным подчеркнуть, что назначение абстракции не в том, чтобы быть неясной, но в том, чтобы создавать новый семантический уровень, в котором возможно достичь абсолютной точности. Конечно, я пытался отыскать фундаментальную причину, мешающую нашим механизмам абстрагирования быть достаточно эффективными. Но как бы я не старался, этой причины я найти не смог. Поэтому склоняюсь к предположению, -- до сих пор не опровергнутому опытом, -- что при надлежащем применении наших способностей к абстракции интеллектуальное усилие, требующееся для написания или понимания программы, пропорционально не более чем длине самой программы.”

5. “Теперь обратимся к пятому доводу. Он имеет отношение к влиянию инструмента, который мы пытаемся использовать, на наши собственные мыслительные привычки. Я заметил некоторую культурную тенденцию, которая, по всей вероятности, своими корнями уходит в эпоху Возрождения, состоящую в том, чтобы не замечать этого влияния, считать человеческий ум высшим и независимым хозяином всего, что он порождает. Но если я начинаю анализировать свои собственные мыслительные привычки, а также привычки своих коллег, то я независимо от своей воли прихожу совсем к другому выводу, а именно, что инструменты, которые мы пытаемся использовать, а также язык или обозначения, применяемые нами для выражения или записи наших мыслей, являются главными факторами, определяющими нашу способность хоть что-то думать или выражать! Анализ влияния, которое имеют языки программирования на мыслительные привычки своих пользователей, и признание того, что теперь именно интеллектуальные ресурсы ограничивают наши возможности более чем что-либо другое, дают нам новый набор критериев для сравнения относительных достоинств различных языков программирования. Компетентный программист вполне сознает жесткую ограниченность  своих способностей; поэтому он подходит к задаче программирования в полном смирении и наряду с некоторыми другими вещами как чумы боится хитроумных трюков.”

6. “Вы можете спорить с моим шестым доводом, поскольку не так легко собрать экспериментальные факты для его подтверждения, однако, это не мешает мне верить в его справедливость. До сих пор я еще не упоминал слова “иерархия”, но справедливо будет заметить, что это -- ключевое понятие для всех систем, реализующих хорошо разбитое на части решение. Я могу пойти даже дальше и сделать из этого символ веры: мы в действительности можем решать удовлетворительным образом лишь такие задачи, которые в конечном итоге допускают хорошо разбивающееся на части решение. На первый взгляд эта картина человеческой ограниченности может поразить вас как крайне удручающая и безвыходная, но я так не думаю. Напротив, лучший способ научиться жить с нашей ограниченностью –- это знать о ней. <...> По-видимому, иерархические системы обладают тем свойством, что некий объект, рассматриваемый как неделимое единство на некотором уровне, на более низком уровне (с большей степенью детализации) рассматривается как составной объект; в результате естественный масштаб пространства или времени, применимый на каждом уровне, уменьшается на порядок, когда мы переходим с одного уровня  на следующий, более низкий. Мы понимаем, что такое стена, представляя ее как способ укладки кирпичей, кирпичи –- как способ укладки кристаллов, кристаллы –- как способ упаковки молекул и т.д. Поэтому число уровней иерархической системы, которые имеет смысл различать, примерно пропорционально логарифму отношения между самым крупным и самым мелким масштабом, и, следовательно, если только это отношение не слишком велико, мы не должны ожидать слишком большого числа уровней.”


Главная мысль Дейкстры, прозвучавшая в самом финале его выступления в Бостоне, заключена в следующих словах: “Мы будем лучше справляться с нашей работой программистов, если только мы будем подходить к этой работе с полным осознанием ее ужасающей сложности, если только мы будем верны скромным и элегантным языкам программирования, если мы будем учитывать природную ограниченность человеческого ума и приниматься за эту работу как Очень Смиренные Программисты.”


Спустя полтора десятилетия в своем постскриптуме к Тьюринговской лекции Дейкстра отметил: “Моя Тьюринговская лекция 1972 г. в значительной степени представляла собой изложение и обоснование принципиального убеждения: задача, стоящая перед программистом, -- это интеллектуальный вызов высочайшего ранга. Меня поражает то обстоятельство, что и по сей день это кредо полностью сохранило свою актуальность: по-прежнему основная трудность информатики состоит в том, как бы не заблудиться в тех сложностях, которые создаем мы сами. <...> Меня огорчает, когда я вижу, сколь малая часть этих достижений вошла в обычные учебные курсы информатики, в которых эффективной разработкой высококачественных программ пренебрегают ради всяких модных поветрий (скажем, ради “постепенного улучшения дружелюбности интерфейсов экспертных систем”). Есть какая-то верхняя грань скорости, с которой общество в состоянии усваивать прогресс, и, по-видимому, мне еще нужно учиться, как стать более терпеливым”.

>>> То есть пока не объяснишь некую идею программы конкретно на уровне
>>> синтаксиса языка - до некоторых эта идея вообще не дойдёт.
IMHO, не в дистрофии правого полушария дело.
Тривиально - есть кодеры и архитекоры. Цель ничто, процесс всё.
Для прапорщика важнее, чтоб при ядерном взрыве металл с плавящегося
автомата не капал на вверенные казённые сапоги.

Для кодера его инструмент и средство и цель и смысл. Узкий профи.
Он свой штуцер будет холить-лелеять, с его позиций на всё смотреть.
Причём не на смысл задачи, а на успешность процесса решения задачи
с точки зрения инструмента! Не посрамить оружие, овеяное славой.

Живой пример из сегодня. Вывозят под окнами попиленные деревья.
Шофёр кричит: "Да я ... Выши кряжи! Они мне весь кузов ... ! "
Далее в пиесе звук отъезжающего грузовика и крики "Куда?!"
Важнее не цель и смысл уборки, а его рОдный самосвал.
-----
>>> (Re#965 Q. Werty) Думаю, что истинный математик, наоборот,
>>> должен испытывать удовольствие от Виртовских языков ...
А может так?
"истинный математик должен испытывать удовольствие наоборот"
центры удовольствия в отличном от обычного месте :)
-----
Дано:
1)
>>> правило keep it simple, stupid! (он же закон "сложность = уязвимость").
>>> c которой {сложностью} мы тут под знаменем Оберона боремся
2)
>>> "язык", на котором он мыслит, будет гораздо богаче и мощнее языка узкого 
>>> спеца-"слесаря". Если же с неформальным языком плохо, то человек как раз
>>> будет привязываться к узкой системе знаков ... языка программирования.

Отсюда вывод: простота Оберона возможна при сложности / навороченности
"внепрограммистского" (пардон) мышления.
Но откуда у школьников ей взяться? Это к Оберону как первому языку.
Так что Оберон, может быть, более Ноев ковчег паскалистов, для которых
главное - не посрамить любимый инструмент.
-----
>>> специалистов-информатиков ... на фундаменте ... лингвистики и философии
Интересно, а они какие языки предпочитают? Да и вообще экзотические люди.
Интересно бы было почитать про них, если они в природе водятся.
ASU не предлагать! :)

Ответ на »сообщение 967« (info21)
Так это истинный. Можно подумать, что мехмат МГУ упакован истинными математиками...

Вспоминается открытое письмо Сергея Петровича Новикова висевшее однажды на стенке в ИТФ им Л.Д. Ландау написанное по поводу Фоменко. Так Сергей Петрович не постеснялся и прямо заявил, что "...в МГУ на мехмате взращивают дерьмо...".

Ответ на »сообщение 992« (info21)
На самом деле тут тоже некий миф (противопоставление физиков-лириков): усвоение огромной части вводного материала, скажем, по математике, это в существенном выучивание неких языков. По студентам видно, что трудности примерно такие же, как при выучивании иностранных языков. И наоборот: те, у кого с ин. языками легко дела идут, легче и с другими вещами справляются (опять же, несмотря на "визуальную" ориентацию в мышлении).

Странно. Я всегда думал наоборот. Я думал, что есть корреляция между лёгкостью усвоения иностранного языка человеком и тем что он скорее всего является "какаду". Ведь язык зубрить надо, а математику - понимать.

Ответ на »сообщение 987« (Сергей Губанов)
___________________________


Позавчера мой коллега по работе обратил внимание на такое явление как "синтаксическое мышление" http://alexeychen.livejournal.com/11868.html

То есть пока не объяснишь некую идею программы конкретно на уровне синтаксиса языка - до некоторых эта идея вообще не дойдёт.

ИМХО, там дело не столько в понимании.
Кажется, там человек ерзал и думал: "Все это хорошо! А как это реализовать?"
А когда показали -- как, подумал: "Фу! Слава Богу! Теперь все ясно!"
Так и создалось впечатление, что "просветление" случилось только при виде кода.

Ответ на »сообщение 992« (info21)
___________________________

Ответ на »сообщение 991« (Илья Ермаков)
___________________________

формальное, левополушарное мышление (естественнонаучное, техническое) в принципе привязано к знаковым системам

Это неверно. ...

Прошу прощения, не тот кусок процитировал:
неверно не насчет привязки левополушарного мышления, а насчет вербального хода мышления.

Впрочем, заметил, что несколько "тормозя" с возрастом, как-то чаще начал внутри себя проговаривать мысли.

Ответ на »сообщение 991« (Илья Ермаков)
___________________________

формальное, левополушарное мышление (естественнонаучное, техническое) в принципе привязано к знаковым системам

Это неверно. У большинства людей процесс мышления всегда сопровождается возбуждениями в зрительном отделе головного мозга. Этому есть как множество субъективных свидетельств (Пуанкаре, Боголюбов, ... могу и свой опыт присовокупить), так и медицинских фактов.
Но преподаватели знают (по совпадению, буквально пару дней назад именно этот пункт обсуждал за поздней чашкой), что есть меньшинство студентов, которым зрительные образы не помогают, они мыслят как-то "синтаксически". Но не уверен, что это тот же самый феномен, на который указал С.Губанов.

Н.Непейвода ... высказывал интересную мысль, что подготовку хороших специалистов-информатиков нужно строить на фундаменте классических наук: 1-й вариант, обычный - на математике-физике, а вот 2-й - на гуманитарной основе - лингвистике и философии. Идея мне показалась интересной...

На самом деле тут тоже некий миф (противопоставление физиков-лириков): усвоение огромной части вводного материала, скажем, по математике, это в существенном выучивание неких языков. По студентам видно, что трудности примерно такие же, как при выучивании иностранных языков. И наоборот: те, у кого с ин. языками легко дела идут, легче и с другими вещами справляются (опять же, несмотря на "визуальную" ориентацию в мышлении).

Для философии много знать надо, а вот языками грузить -- любыми, чем разнее и страннее, тем полезнее для развития извилин -- надо по-максимуму.
"Учите всё -- потом поймете: нет ничего лишнего." (с) Какой-то средневековый интеллектуал.

Вообще это противопоставление математика+физика <--> лингвистика+философия является, как говорится, misleading. Оно есть по факту (потому что многие ограничиваются выучиванием "практически необходимого" минимума, и так и остаются "однобокими инвалидами"), и поэтому его нужно иметь в виду.
Но тут много чего нужно иметь в виду -- например, и междгендерные различия, когда абитуриентки при поступлении, скажем, на филфак МГУ, демонстрируют удивительную способность "гнать" очень связные, хорошие большие тексты (сочинение), обеспечивая себе подавляющее большинство при поступлении.
И тем не менее буде затешется в абитурской среде мальчик, его за уши на филфак протащат...
(Сам иногда думаю: знал бы тогда как все на самом деле, сильно бы подумал о том, чтобы на филфак пойти...)

Но если подняться чуть выше -- на второй уровень :)) -- то противопоставление сильно теряет в смысле -- и чем выше, тем сильнее.

Ответ на »сообщение 987« (Сергей Губанов)
___________________________

Ответ на »сообщение 967« (info21)

Это деление на два уровня (первый -- комбинаторный; второй -- "критический")

Позавчера мой коллега по работе обратил внимание на такое явление как "синтаксическое мышление" http://alexeychen.livejournal.com/11868.html

То есть пока не объяснишь некую идею программы конкретно на уровне синтаксиса языка - до некоторых эта идея вообще не дойдёт.

Мне кажется, что формальное, левополушарное мышление (естественнонаучное, техническое) в принципе привязано к знаковым системам, процесс мышления большей частью идет вербально (может, термины не те употребляю, но суть, думаю, ясна). Поэтому важно, чтобы человек прекрасно владел естественным языком и был довольно широко образован - тогда тот "язык", на котором он мыслит, будет гораздо богаче и мощнее языка узкого спеца-"слесаря". Если же с неформальным языком плохо, то человек как раз будет привязываться к узкой системе знаков, навроде конкретного языка программирования.

В сентябре на конференции в МГУ выступал ижевский информатик-педагог Н.Непейвода (в сборнике трудов есть его статья, можно найти в Интернете). Они в университетском образовании как раз-таки пошли против течения - учат не модным "штучкам" на один день, а чистым академическим подходам, притом не ограничиваясь императивным, а включая и функциональное, и логическое, и автоматное программирование. В результате в регионе сформировался ряд компаний из выпускников их ВУЗа, которые работают на основе тех подходов, которым их учили, а, следовательно, создают спрос на таких же молодых специалистов - т.е. удалось выстроить правильный "замкнутый круг".
Так вот, к чему я... Он высказывал интересную мысль, что подготовку хороших специалистов-информатиков нужно строить на фундаменте классических наук: 1-й вариант, обычный - на математике-физике, а вот 2-й - на гуманитарной основе - лингвистике и философии. Идея мне показалась интересной...

Ответ на »сообщение 984« (AVC)
___________________________

любопытство эта "пара обероновских паттернов"
Главным образом, обычный carrier/rider.

(Особенно потому, что я еще не сталкивался с решением этой проблемы на Обероне.)
Какой "этой"? :-) Подозреваю, совсем не той, которая решалась у меня.
У меня все очень просто -- и в этом секрет и кроется :-)

Не совсем понятно, почему "конкурент" в свою очередь не прибег к какой-нибудь вариации "умных" указателей

Во-первых, голова-то не чердак -- ему еще и квантовую теорию поля надо бы знать. (Тут мы опять к целостности возвращаемся.)

Во-вторых, все эти "умные" сложности -- самое настоящее болото. Люди не реальные задачи решают, а быстро-быстро "комбинируют", непрерывно возбуждая центр удовольствия (см. № 967) -- это, увы, не шутка, а фундаментальный механизм порождения той самой раковой опухоли избыточной сложности, с которой мы тут под знаменем Оберона боремся.

Пока обо все это на собственной шкуре не испытаешь, не понимаешь всю космическую глубину правила keep it simple, stupid! (он же закон "сложность = уязвимость").

Ответ на »сообщение 973« (AVC)
___________________________

Издается, однако, в серии "Классика Computer Science".
В которой Вирт у нас не издается - не классик...

Я однажды так подзалетел (моложе был и сильно неопытней -- 1991 г., только все "открылось"):
книжка издана в Cambridge University Press, золотое тиснение по черному, все дела, переводы на языки, в т.ч. на русский... Поехал к нему аж на 6 месяцев, сотрудничать. Оказался полным какаду.

Надо еще знать как работают издательства -- это ведь настоящие усилители идиотизма, раздувают любую хрень, дельные вещи систематически оказываются "под радаром". Посмотрите хотя бы на обычную литературу.

А "нам нужна железная поступь миллионов". :)

Могут и затоптать. (Это не шутка!)

Ближайшая задача -- добиться устойчивости пусть небольшого сообщества, чтобы этот вариант (Оберон/Компонентный Паскаль как оптимальный язык вводных курсов)воспринимался "миллионами" не типа "баран на новые ворота", а как привычно-известный допустимый вариант, типа "да, вроде люди так делают".

Поэтому очень плохо, что "две московские школы", о которых тут немного раньше говорилось, никак не отражены в наших списках.
Возможно, они таким образом пытаются сохранить на некоторое время конкурентное преимущество -- тоже знакомое явление :))

Ответ на »сообщение 983« (слушатель)
___________________________

крайне любопытно и полезно было бы изучить Ваши курсы по программированию. Можно ли где-нибудь их скачать?

Уважаемый слушатель! Большое спасибо за интерес. Ничего такого уж особенного в курсе нет, никаких особых "штучек", там половина пользы и удовольствия происходит в компьютерном классе.

Но прямо сейчас не могу ничего сделать -- нахожусь в CERNе, потом Ершовская конференция в Новосибирске, потом еще две подряд -- в Дубне и в Москве.
Недоработанные конспекты выкладывать нехорошо, впрочем, пора их "дожимать".
Вы бы мне написали на адрес Информатики-21 кто Вы и что Вы -- письмо в ящике будет хорошей напоминалкой.