歷史上的第一個算法，竟然至今還能用！
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算法一直是程序員們“難啃的骨頭”。但早在計算機被發(fā)明以前，人們對于算法就已經研究了很長的時間。
算法歷史上的每一個“第一次”，都為計算機的發(fā)展帶來了重大影響。那算法為什么是計算機程序的靈魂？其實可以從它的發(fā)展史中略窺一二。
異步君將帶領大家從算法的每個“第一次”開始，了解“好”算法的性質，還會送給大家一些算法的基礎學習方法！
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算法的每一個“第一次”
算法概念的第一次被提出
自古老的公元前1世紀開始，《周髀算經》就作為中國最古老的天文學和數學著作，在算法的歷史上寫下了濃墨重彩的一筆。
作為算經的十書之一，《周髀算經》采用最簡便可行的方法確定天文歷法，揭示日月星辰的運行規(guī)律，囊括四季更替，氣候變化，包涵南北有極，晝夜相推的道理。為后來者的生活作息提供了有力保障。
經過幾個世紀的發(fā)展，到公元9世紀，波斯數學家al-Khwarizmi第一次在數學上提出了“算法”這個概念——演算法(algorithm)。他提出的算法概念，仍舊沿用至今：
1.算術運算
指按照規(guī)定的法則和順序對式題或算式進行運算，并求出結果的過程。包括：加法、減法、乘法、除法、乘方、開方等幾種運算形式。
運算和計算略有區(qū)別，計算是指把橫式中的數按運算符號和規(guī)定的順序求得結果，可以按運算法則，也可以按口算或其他簡便的方式直接求得結果。而運算則是指求得結果的過程。
2.關系運算
關系的基本運算有兩類：一類是傳統(tǒng)的集合運算（并、差、交等），另一類是專門的關系運算（選擇、投影、連接、除法、外連接等），有些查詢需要幾個基本運算的組合，要經過若干步驟才能完成。
3.邏輯運算
邏輯運算又稱布爾運算。布爾用數學方法研究邏輯問題，成功地建立了邏輯演算。他用等式表示判斷，把推理看作等式的變換。這種變換的有效性不依賴人們對符號的解釋，只依賴于符號的組合規(guī)律 。這一邏輯理論人們常稱它為布爾代數。
歷史上第一個算法
公元前330年，被人們稱為“幾何之父”的歐幾里得出生了。在歐幾里得生活的那個時期，幾何學存在一個很大的缺點和不足，就是缺乏系統(tǒng)性。
這一時期的古希臘幾何學，大多數是片斷、零碎的知識，公理與公理之間、證明與證明之間并沒有什么很強的聯(lián)系性，更不要說對公式和定理進行嚴格的邏輯論證和說明。
于是歐幾里得下定決心，要在有生之年完成對幾何學的系統(tǒng)化理論化。由此，經過無數個日夜的撰寫，人類史上第一個算法——歐幾里得算法誕生了！
對現在的計算機行業(yè)來說，歐幾里得算法是目前最經典的幾大算法之一。
歷史上的第一個算法程序
19世紀80年代，“軟件之母”Ada Byron為巴貝奇分析機編寫了求解伯努利方程的程序。這是人類史上的第一個算法程序。?
巴貝奇分析機
Ada關于算法的研究實現了計算機科學的本質性飛躍。在她去世一百年之后的1953年，她之前所翻譯《分析機概論》留下的筆記被重新公布，再一次震驚了世人。人們因此認為，Ada對現代計算機與軟件工程造成了重大影響。
從現在的觀點來看，Ada首先為了計算制作了“算法”，然后制作了“程序設計流程圖”，這個珍貴的計劃被認為是“第一件計算機程序”。
“軟件之母”Ada Byron
作為世界上的第一位程序員，Ada為編程的發(fā)展做出了極大的貢獻。
第一次解決算法定義的難題
進入20世紀，算法得到了進一步的巨大發(fā)展。這個世紀，英國數學家圖靈提出了著名的圖靈論題，并提出一種假想的計算機的抽象模型，這個模型被稱為圖靈機。
圖靈機的構造
所謂的圖靈機就是指一個抽象的機器，它有一條無限長的紙帶，紙帶分成了一個一個的小方格，每個方格有不同的顏色，有一個機器頭在紙帶上移來移去。
機器頭有一組內部狀態(tài)，還有一些固定的程序。每個時刻，機器頭都要從紙帶上讀入一個方格信息，然后結合內部狀態(tài)查找程序表，再根據程序輸出信息到紙帶方格上，并轉換自己的內部狀態(tài)進行移動。
雖然圖靈機十分地簡單，但它可以用來模擬任何算法。圖靈機對人們使用紙筆進行數學計算的過程進行了抽象，實現了用機器代替人類進行數學計算。圖靈機的出現，解決了算法定義的難題。
算法是計算機程序的靈魂，掌握了算法，就可以離開發(fā)出優(yōu)秀的程序更近一步。
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“算法+數據結構=程序”
說到算法與編程的關系，異步君就必須向大家介紹一位傳奇人物：Nicklaus Wirth。
作為編程界的“Pascal之父”，Nicklaus Wirth有一句在計算機領域人盡皆知的名言：“算法+數據結構=程序”。
憑借著這句名言，Nicklaus Wirth在1984年拿到了圖靈獎的獎項。因為這個公式對計算機科學的影響程度，足以類似物理學中愛因斯坦的“E=MC^2”——僅用一個公式就展示了程序的本質。
Nicklaus Wirth
Nicklaus Wirth于1934年在瑞士北部的溫特圖爾出生，其父瓦爾特是一位地理學教授。Wirth小時候就喜歡動手動腦，他的最大愛好就是組裝飛機模型。
1960年，在加拿大萊維大學深造的Wirth獲得了碩士學位。取得碩士學位的他并不滿足，隨后便進入加州大學伯克利分校，于1963年獲得博士學位。
在斯坦福大學成功的開發(fā)出Algol W以及PL360后，愛國心極強的Nicklaus Wirth于1967年回到祖國瑞士，第二年在他的母校蘇黎世工學院，他創(chuàng)建與實現了Pascal語言——當時世界上最受歡迎的語言之一。
Pascal語言算得上是一種經典的算法語言。而算法的主要目的在于為人們提供閱讀了解所執(zhí)行的工作流程與步驟。那么，什么樣的算法才算是“好”的算法？異步君在這里提煉了幾個性質：
(1)正確性：正確性是指算法能夠滿足具體問題的需求，程序運行正常，無語法錯誤，能夠通過典型的軟件測試，達到預期的需求。
(2)易讀性：算法遵循標識符命名規(guī)則，簡潔易懂，注釋語句恰當適量，方便自己和他人閱讀，便于后期調試和修改。
(3)健壯性：算法對非法數據及操作有較好的反應和處理。例如，在學生信息管理系統(tǒng)中登記學生年齡時，若將21歲誤輸入為210歲，系統(tǒng)應該提示出錯。
(4)高效性：高效性是指算法運行效率高，即算法運行所消耗的時間短。算法時間復雜度就是算法運行需要的時間。
好的算法，可以讓我們開發(fā)程序達到事半功倍的效果。那么我們應該如何學好算法呢？
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如何學好算法
隨著科技的發(fā)展，算法已經逐漸滲透在各行業(yè)內，是一個有著優(yōu)秀前景的專業(yè)領域。
怎樣學好算法？異步君在這里為大家準備了一些學習算法的入門路徑：
算法工程師必備技能
1.至少懂一門語言：C/C++/java/python/R;
2. 熟練運用各種常用算法和數據結構，有獨立的實現能力;
3.熟悉數據挖掘算法;
4.熟悉機器學習相關知識理論。
加分項：具有較為豐富的項目實踐經驗。
大家看到這里，肯定帶一個疑惑：是應該直接學習算法嗎？
萬丈高樓平地起，任何高深的算法都要從基礎算法學起，不可能一口吃個胖子。
所以，初入門的你學習算法還是要從基礎開始：
算法的基礎學習步驟
1.首先學習一門語言
例如 C/C++/Java/python，初學者學 C++比較普遍。
2.學數據結構
數據結構書有很多，但是有些教材晦澀難懂，建議看圖解多，通俗易懂的書，推薦《趣學數據結構》。
3.學算法
不要直接看《算法導論》，大量證明會讓你崩潰。
推薦《趣學算法》，有問題分析，完美圖解，偽碼詳解，實戰(zhàn)演練，適合初學者快速掌握經典算法。
程序的靈魂是算法。軟件開發(fā)中，選擇算法可以更快更好地實現功能。因此，程序員唯有掌握算法，才能輕松地駕馭程序開發(fā)。
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