计算机界最大“追书坑”，82岁大神高德纳仍在写《计算机程序设计艺术》4B卷

晓查 2020-05-16 10:10:04 来源：量子位

晓查 编译整理
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

Donald Knuth，中文名高德纳，是他创造了“算法分析”这一新的计算机科学研究领域。

对于他，我们已无需太多赘述。他发明的TeX已成为科学界通用的排版工具，每个计算机专业学生应该都拜读过他的教材《计算机程序设计艺术》。

这本书原本是他在1962年读研期间开始编写，至今尚未完成，第1卷第1版于1968年出版，到今天已经更新到第42版。

为了让自己能专心写书，他1993年从斯坦福大学的计算机科学教授职位上退休，按照他的规划这套书的总共有7卷。

现年82岁的他还在努力完成第4卷的B分册，他预计这本书至少包含A到F部分。

Donald Knuth的中文名“高德纳”是1977年访问中国前，姚期智夫人储枫所取。姓高是因为他身材高大，德纳是Donald的音译。

高德纳从13岁开始就较真。当时一家糖果公司举办了一场比赛：用Ziegler’s Giant Bar里的字母组成单词，最多者获胜。

为了解决这个问题，高德纳翻阅了2000页的字典，而且还骗父母说自己病了，在家不上学，用2周的时间潜心研究并赢得了比赛。

最后他找到了4700个单词，而活动主办方以为最多只能找到2000多个单词。他因此获得了巧克力的奖励，而这只是他人生的第一个奖项。

1974年，高德纳获得了美国计算机学会的图灵奖；1995年，他又获得了冯·诺依曼奖。

今年2月，高德纳接受了美国科技网站Quanta Magazine的采访，谈到了他创立算法分析的过程，以及《计算机程序设计艺术》4B卷的最新状态。

我们将采访的内容整理如下：

QM：您一直对写作感兴趣吗？

小时候，我发觉现实世界对我来说太难了。我没想到会发现任何新东西，但是我喜欢用写作来表达自己对思想的享受。

六年级的时候，我和几个朋友在一台复印机上写了两页纸的文章。上高中的时候，作为报纸编辑，每周一晚上，我要熬一整夜才把报纸出版。

我在大学里第一次看到过我的打印稿，是作为学生论文的复印编辑。在大三和大四时，我们开始进行工程和科学评审。

例如，我写过“Th5E4CH3EmIC2Al2Ca3P4Er” ，每个词都是化学式。

（注：高德纳在大学的时候写过一篇短篇小说，其中每个词都是化学式。是不是有《绝命毒师》片头的感觉？）

QM：是这个原因导致你写书的吗？或者还是有另外一个故事？

《计算机程序设计艺术》是一个宣言。这本书描述了我喜欢的做数学的方式，我希望有人用这种方式来教我。从第1页，我就开始讲述算法的故事。

当时大多数教科书都没有探索发现的人文一面。他们只是说，“这就是化学的样子”或者“这就是物理的样子”。

我还讲了一个技术故事。我说：“这是行不通的，这里有一种方法可以解决这个问题。”

所以我不只是陈述事实，而是加入了戏剧性成分。如果你知道发现的先后顺序，那么学习科学就容易得多。另外，我无法抗拒一个好的故事。

我不认为自己是一个先驱，而是一名记者。

QM：那么，除了故事之外，《计算机程序设计艺术》这本书是关于什么的？

写了两年书之后，我意识到这本书的新颖之处应该是在定量上决定程序的质量。我不只是想说一个程序比另一个更好，我想说的是一个程序比另一个要好13.8％，并说明如何比较它们。

作者A谈论算法A，作者B谈论他的竞争算法B。作者A从来没有写算法B，作者B也从来没有写算法A。而且，作者A和B使用不同的计算机。

作为中立的记者，我要从一个角度解释了这两种算法。问“算法到底有多好” 是一个有趣的问题，而那就是算法分析。

QM：“算法分析”只是“计算机程序设计艺术”的另一种说法吗？

1967年，在一次工业与应用数学协会的会议上，当时有人问我做什么。

那时，计算机科学被划分为数值分析、人工智能和编程语言。就这样，我意识到我需要为自己的工作起个名字。

我的书创新在于，它对算法的好坏程度进行了严格研究。所以我决定，下次有人再问我这个问题时，我会说我做的是“算法分析”。

我对算法分析的定义是：如果我对这个内容感兴趣，那它就是算法分析。这不是一个很好的定义。

后来，我决定证明这一点。我认为算法分析是对算法性能的定量研究。我将其分为两部分：其中一部分考虑了某个问题的所有可能算法；另一部分考虑了某个特定问题的特定算法。

算法分析将是我一生的工作。

我告诉出版商把我的书名改成《算法分析》，出版商说：“那（这本书）就永远卖不出去了。”

他们做出了正确的决定。不过，让我非常高兴的是，这本书出版40年后，有五六个版本里算法分析（作为副标题）出现了。

QM：但是对于您来说，编程不仅仅是功能性的。例如在设计TeX时，您想要找到连接某些点的“最令人愉悦的曲线”。您是在尝试为美丽编程吗？

我的程序必须以某种方式把点连接起来，对优秀书法家的工作进行逆向工程。

字母“S”的曲率从正变到负，也许它会在中间稳定一段距离。字母的设计者遵循一些逻辑将线条做成字母形状。

我不仅想获取设计的结果，还想获取它背后的智慧。这就像编写计算机程序。

△ 1980年，高德纳与字体设计师Herman Zapf合作

我与设计师交谈，了解他们想要达到的目标。数学是以定量的方式获取设计。

通过数学，我在每样东西上都放了小刻度盘。我可以说字母“A”有这个点、这个宽度、这个角度、在那里变细、底部有确定的衬线长度。

我从未打算取代设计师，我只想为下一代人精确获取我们现在正在做的事情。有了TeX，设计就可以重现。

QM：您有没有预料到TeX在全世界被接受？

TeX最初只是给我的秘书和我自己使用。Phyllis是一位出色的秘书，她可以读懂我的笔迹并使它更漂亮。

由于经验的方法变得过于昂贵，因此印刷技术日渐式微。

1970年代发表的几乎所有数学著作都看起来都很糟糕。比如在《美国数学月刊》中，下标的字体与主线文本不同。

我知道计算机编程可以使书本看起来不错。

1978年4月，我完成了TeX的试用版调试。5月有10个用户，6月有100个用户，7月份有1000个用户……每个新的团队都会说：“你必须有这个功能。”

五年后，我发布了我们现在拥有的TeX。Tex最初为美国人设计的，然后欧洲人也开始使用它。到了1980年代，世界上各种语言的人都在使用它。

QM：听起来探索发现一直是您人生进程的一部分，到今天仍然适用吗？

我每周平均写五个新程序。诗人必须写诗，而我必须写计算机程序。

理解某件事的终极测试是能否向计算机解释。我可以对你说些什么，你会点头，但我不确定我解释得很好。

但是计算机没有点头，它重复了我所说的。在生活中大多数时候，您可以欺骗，但是对计算机不行。

QM：您花时间写作，但您还有其他兴趣，您每天是如何处理的？

杰克·伦敦（注：美国现实主义小说家）每天在与别人交谈之前都要写1000字。他完全就像这样：“让我一个人静一静，直到我有千言万语！”然后他会在一天的剩余时间里喝酒或校对。

我不是，我的日程安排原则是，在待办事项清单上先做自己最讨厌的事情。到周末，我就会很开心。

QM：真的吗？做讨厌的事情怎么能让自己快乐？

对我来说，说“哦，让我成为一个天才，永远不要打扫厕所”，这是很容易的。即便你还是要去打扫厕所。

我妻子的吉尔和我买了一套409清洁套装，然后就可以到处喷喷，心情愉悦地去打扫厕所！

一个人的成功是由高的下限决定的，而不是高的上限。如果你能把某件事做得很好，但还有其他事情你失败了，而后者会让你退缩。

但是如果你所做的每件事都成了，那么你就有了美好的生活。所以我努力学习如何让自己去做不喜欢的事情。

QM：您也有许多与计算机科学无关的项目，例如您的音乐作品《幻想曲世界》，您甚至在两层高的管风琴周围建造房子。这些事情是否也使您感到快乐？

我写了几本书，包括《计算机科学家很少谈论的事情》（Things a Computer Scientist Rarely Talks About），这些书是关于神学的，它不像数学或者的计算机科学，你无法证明。

如果只剩下机械的东西，我的生活就不会完整。我不了解的神秘事物让我谦逊，有些事情超出了我的理解。

在数学中，我知道定理是否正确，我喜欢这样。但是如果一切都可行的话，我就不会有太多的生活乐趣。这些知识不会使我失望，相反，它让我不会墨守成规。

QM：完成《计算机程序设计艺术》是否重要？

计算机科学将继续发展。一种情况是，每个人都将不再使用我们现有的那种计算机，他们都会去做机器学习并使用量子计算机。

然后我就可以结束非量子计算机的故事。当我可以说“这就是故事的结局”的时候，我会更开心。

那是我想象的完成这本书的最简单方法，但是我没有回答你的问题。

你知道“项狄”的故事吗？劳伦斯·斯特恩（注：英国伤感主义小说家）在18世纪后期撰写了一本自传体小说《项狄传》，以分册方式出版。

主人公的故事大概只有100页。作者希望主角人生故事完整，但是他没有做到。斯特恩一直在写项狄传，直到去世。

我想以我所知的最佳方式继续去写出好的内容，并涵盖我独创性的部分。我会尽我所能，而不是说我必须在某个截止日期之前完成。

我一直非常幸运，在适合我的特别的时候出生。

除了《计算机程序设计艺术》，我现在已经实现了我一生的所有目标。我将继续讲述我找到的故事并持续下去。