金曜日の形式：「それを受け取ってプログラマー以外の人に説明することはできません...」

プログラマーにとっても、旅の初めに理解するのが非常に難しい概念があります。 そしてそれらのいくつかは確かに彼らが数学者でなければ「単なる人間」に簡単かつ迅速に説明することはできません。 通常、そのような概念は、「通常の」世界から例を挙げた後に人々を怖がらせることはもうありません。



1cloudの私たちはそのようなアナロジーを見つけようとしたので、今では非専門家と話すことはもう少し面白くなり、相互理解に達する可能性が高くなります（このテーマについては、実践的なガイド「 プログラマを自分から抜け出す方法 」を書きました）。





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1.再帰

「再帰を理解するには、最初に再帰を理解する必要があります。」という表現がほとんど無意味になりました。 しかし、あなたが知っているように、すべてのジョークには真実があります。



歴史に目を向ける：数学者は誘導の原理を使用して19世紀よりずっと前に関数を決定しましたが、1889年と1891年にジュゼッペペアノは自然数の5つの公理のシステムを導入しました（1888年にリチャードデデキントが公理の最初のバージョンを策定しました）。公理の作成はペアノに添付されました）。 誘導の5番目の公理は、後に原始再帰と呼ばれました。 この概念は、数学の基礎において重要な役割を果たします（詳細については、Robert I. Soarの計算可能性と再帰、2.2節を参照）。



今日は想像しにくいですが、プログラミングで再帰を使用することは疑わしいと思われた時期がありました。 したがって、60年代の夜明けに、Algol-60開発委員会のメンバーはこの問題に同意しませんでした。 ジョン・マッカーシーは、再帰を、特定の変更を加えて同じコードの実行を繰り返すようコンピューターに教えるエレガントな方法と考えました。 彼は、再帰を新しい言語の特徴的な機能にすることを提案しましたが、この問題についてはコンセンサスを得ることができませんでした。 科学者はそれを実現できるかどうか確信が持てませんでした。



Peter NaurやAdrian van Weingaardenなどの一部の委員にとって、再帰の考えは魅力的でした。 Edsger Dijkstraは、59日の終わりに委員会報告書草案を検討した結果、再帰呼び出しに反対する人はほとんどいないという結論に達しましたが、これは文書には反映されていません。 その後、彼はアムステルダムのナウルに電話をかけ、1つの提案だけを追加するよう求めましたが、他のメンバーがプロジェクトに署名したときは気付かれませんでした。 そのため、再帰の可能性が導入されました。



初心者のプログラマーにとって、再帰は理解するのが難しい場合があります。 たとえば、数理科学の博士でソフトウェア開発者のジョン・D・クックは、再帰がどのように実行されるかを詳細に説明しようとすべきではないと言います。 Paul GrahamはLispに関する本の中で、通常、再帰関数を定義するとき、プログラマーは呼び出しから生じる呼び出しのシーケンスを表さないと書いています。



別の問題は、教科書で再帰がどのように説明されるかです。 ブロガーでプログラマーのGustavo Duarte は 、通常、再帰的な階乗の実装がそこに示されていると書いています。そして、それはひどくゆっくり動作し、スタックオーバーフローによるクラッシュにつながる可能性があると言われています。 「まるで電子レンジで頭で髪を乾かすことができます。 しかし、注意してください、この方法は頭蓋内圧の増加と頭の爆発につながる可能性があります。 または、タオルを使用できます。」



アメリカ人プログラマーのスティーブン・マコネルは、彼の著書 『パーフェクトコード』で、再帰を使う従業員を解雇したと言っています。 しかし、誰もがこのような厳しいアプローチに同意しているわけではありません。 したがって、ロシアのプログラマー、アレクセイ・ミチュリン（Beeline、Yandex.Monetization）は、場合によっては、たとえばHaskellのような関数型言語やXSLTプロセッサなどのツールでは、再帰なしでは実行できないことを確信しています。 そして、それ自体が再帰的なクイックソートクイックソートアルゴリズムの場合、再帰はそのアイデアをより明確に定式化するのに役立ちます。



しかし、非プログラマーに再帰の本質を説明することはそれほど難しいことではありません。なぜなら、概念自体は芸術においても使用されており、ドロステ効果と呼ばれているからです。 文学では、再帰はシェークスピアにも見られます。主人公が演劇に入れる劇は、悲劇「ハムレット」自体の出来事を描写しています。 G.マルケスの小説「One Hundred Years of Solitude」では、ブエンディア家の生涯が世代を超えて再帰的に繰り返され、その種の最後がウィザードメルキエーデス（本自体の説明）の原稿の解読を終えると、すべてが荒れ狂うハリケーンで消えます。



ロシア文学では、ドストエフスキーによって作品の再帰構造が導入されており、読者にとってのテキストの認識さえ複雑にしています。 ロシアの作家にとって伝統的な別個の再帰要素の例は、再帰夢です。たとえば、レルモントフの詩の三重の夢です。 （ゴーゴリとドストエフスキーの再帰的な夢については、「Chartkov's Dream」と「Svidrigailov's Dream」をご覧ください）。



マルチレベル睡眠のトピックは、有名な映画「Beginning」の基礎を形成しました（ ここでは、映画を理解するのに役立ついくつかの興味深い事実について読むことができます）。 プロットによれば、それぞれが夢にinれていると、時間はますます遅くなり、「手足」で止まり、あなたは何年も生きることができます。 再帰の別のケースは、画像内の画像です。 ビジュアルアート（最も有名な例はM.エッシャーの作品）、写真、広告でよく使用されます。 そして、言語で再帰を使用するケースは誰にでもよく知られています。例えば、マキシム・レオニドフの歌「私は振り向くかどうかを確かめるために彼女が振り向くかどうかを見回しました...」



したがって、素人に再帰とは何かを説明することはそれほど難しくありません。 ここで、次の段階に進み、サイクルとは何か、再帰はサイクルとどのように異なるかについて話を試みることができます。

2.ネストされたループ

最初の分析コンピューターの発明者であるチャールズバベッジは、ネストループのルートにいます。 最初のコンピュータープログラマーと考えられているAda Lovelaceとの友情は、才能ある数学者としてのAdaの形成に非常に大きな影響を与えました。 そして、チャールズ・バビジが発明した分析機械に捧げられたルイージ・フェデリコ・メナブレア（1842）の記事を翻訳したのは彼女でした。 しかし、彼女は英語に翻訳しただけでなく、記事自体よりも3倍長い独自のコメントも書きました。 1843年に英国の科学雑誌で発表された論文で、彼女はデバイスで文字と記号を数字と一致させるコードを説明し、サイクルの理論を説明しました。



チューリングマシンは、初心者プログラマ向けにネストされたループの原理を視覚化するのに役立ちます。 アルゴリズムを実装する場合、1つのサイクルが終了すると別のサイクルが開始されます。 これは、マシンが元の状態になり、停止するまで続きます。



現実の世界では、ネストされたサイクルの例がたくさんあります。実際、皿洗いからウォーキングまでの繰り返し動作はネストされたサイクルと呼ばれます。 しかし、いくつかの特定のアナロジーにこだわる。 たとえば、ウェブサイトの訪問カウンターや車の速度計は同じ原理で機能します。 それらは、それぞれ0〜9の値を持つ7〜8のネストされたサイクルで構成されます。右端の数値は最も急速に変化します。新しい訪問者がサイトを訪れたとき、または車で家に帰ったときに増加することがわかります。 他のすべての数値は、より遅い速度で変化します。



NLPには、ネストされたループという用語もあります。 この方法自体は、催眠術に特化した有名なアメリカの心理療法士ミルトン・エリクソンの研究に基づいています。 この手法は、ある種のアイデアを刺激するために、トランスの一種の紹介に使用されます。 この方法の本質は、歴史を歴史に埋め込むことです。 物語を語り始める必要がありますが、物語を終わらせるのではなく、別の物語を始めてください。 このステップは3〜5回繰り返す必要があります。 最後のストーリーの途中で、重要なアイデアや動機付けを紹介し、最後から最初の順で逆の順序で語られたすべてのストーリーを完成させる必要があります（このようなストーリーの例は、セクション3にあります）。

3.並行性

初心者のプログラマーは、並列システムでの作業が困難な場合があります。 順次言語でのアプリケーションの主な問題は、相互に対話できるプログラムの部分をいつ、どのように変更するかを決定することです。 （詳細については、「コンカレントソフトウェアを難しくするもの」を参照してください）。 マルチコアプロセッサで作業する場合、手順は操作の実行時間の増加につながり、同期の必要性により複雑になります。



並列処理の原因は、分析マシンでの同じメナブレアの作業にあります（翻訳者のメモの前の結論を参照）。 しかし、20世紀の60年代の並列システムの開発へのより重要な貢献は、科学研究のさまざまな分野（コンピューターサイエンス、法律、製造、輸送、化学、疫学、人口統計学）。 （詳細についてはCarl Adam Petriの章を参照してください。） 並列アルゴリズムの分野における最初の科学的研究はEdsger Dijkstraに属し、そこで彼は相互排除の問題の解決策を提案しました。



プログラミング以外では、このようなシステムは、たとえば電信通信で使用されていました。 この場合、異なるチャネル圧縮が使用されました。 1869年、G.I。モロゾフは通信回線用の周波数高密度化装置を開発しました 。異なる周波数の電流信号を使用して、同じ回線上でいくつかのメッセージが送信されました。 1872年、エミールバウドットは、時分割でチャネル多重化を使用して、1行で最大5つのメッセージを送信できるマルチアクション電信装置を作成しました 。 この方法では、異なるストリームからの情報ブロックを交互に切り替えます。



鉄道で使用されていた並列コンピューティングは、そのようなシステムの例として踏切です（ ソースの段落7.2）。 計算の主なタスクは、1つの軌道通信システムに多数の列車を分散させ、衝突の可能性を排除し、効率を高めることです。 「セマフォ」という用語は、プログラミングから鉄道通信に移されました。



実世界の並列システムは珍しいことではありません。たとえば、異なる人が異なるタスクを同時に実行するチームの調整された作業です。 1200人のエンジニアが数時間で地下鉄の地下鉄駅を地下に移動したとき、チームの効果的な仕事は日本の労働者の例によって完全に示されます。





しかし、個人のマルチタスクは並行性も示しています。 一部の心理学者は、一度にいくつかのことを行うと、逆に作業効率が低下すると考えていますが、長い間マルチタスクが傾向になっています。 （ この記事の紹介で、イギリスとアメリカの心理学者の研究についてもっと読んでください）。 そして、私たち全員が、なんらかの方法で、このテクニックに頼ります。私たちが落書きをして電話で話しているときでもです。



そしてもちろん、コンピューターと脳の間に類似点を描くことができます。 コンピューターとは異なり、脳は間違いなく一度に多数のタスク（ より正確には約50）を完了することができ、これで非常に成功しています。 しかし、これらすべてのタスクはニューロンの異なるグループ間で分散されます。 マーヴィン・ミンスキーは本「The Society of the Mind」を執筆しました。この本では、人間の心をエージェントと呼ばれる別個の単純なプロセスのセットと考えています。 このような理論は、並列計算システムの基礎も反映しています。

4.割り当て演算子

割り当て演算子は、等号の使用と演算子の本質の誤解のために、2つの理由でプログラミングの初心者を誤解させる可能性があります。 等号は、必ずしもすべての言語で割り当て演算子を示すために使用されるわけではありません。 たとえば、APLでは、割り当てを平等と区別するために、割り当ては「<-」と示されていました。



しかし、多くの現代言語では、割り当て演算子に「=」記号を使用する可能性が導入されています。これは、通常、コンテキストから正確に何を意味するかを理解できるためです：割り当てまたは関連付け（ところで、Niklaus Wirthは「=」記号の使用を割り当て演算子「悪い考え」-そして、理解の難しさだけでなく、論理違反のため-彼の観点から、そのような表記法の導入は、新しい論理概念の出現につながります-「平等を強制する」）。



もう1つの困難は、代入演算子とコピーコンストラクターの違いを認識することです。 ところで、これらの現象の反対は、非プログラマーが現象の本質を説明するのにも役立ちます。コピーコンストラクターは、既存のオブジェクトの複製となる新しいオブジェクトを作成するときに使用され、割り当て演算子は、既に作成されたオブジェクトの値を上書きします。つまり、あるオブジェクトの内容を別のオブジェクトにコピーします。



追加の読み物：

• 実践ガイド「プログラマをあなたから追い出す方法」
• ITプロジェクトの開発の方向を選択する方法
• 仮想インフラストラクチャプロバイダーを作成する方法