紐約時報長文：矽谷的尤達—演算法大師Donald Knuth

雷鋒網AI科技評論按：Donald Knuth，著名計算機科學家，譽滿全球的圖靈獎獲得者，斯坦福大學計算機系榮譽退休教授。作為現代計算機科學的先驅人物，他發明了計算機排版系統 TEX 和 METAFONT，創造了演算法分析的領域，在計算機科學及數學領域發表了多部具廣泛影響的論文和著作。日前，紐約時報對他進行了一次專訪。在這次訪談中，Knuth 博士談到了他對演算法的一些看法，反思了他 50 年來的作品《The Art of Computer Programming》，並表示：「我擔心演算法變得太過重要。一開始，我們這些計算機科學家擔心沒有人聽我們的，但現在，聽我們的人太多了。」 關於紐約時報的撰文，雷鋒網 AI 科技評論編譯整理如下：

Donald Knuth 在加利福尼亞州斯坦福的家中。他是個臭名昭著的完美主義者，願意對任何在他的書中發現錯誤的人給予獎勵。

斯坦福大學的計算機科學家 Donald Knuth 與《星球大戰》中的尤達略有相似，半個世紀以來，他一直是演算法領域的精神導師——儘管他身高 6 尺 4 英寸（約 1 米93），戴著眼鏡。

他是《The Art of Computer Programming》一書的作者，這部作品是他的終生工作，共有四卷。第一卷於 1968 年出版，這卷書籍（盒裝出售，售價約 250 美元）2013 年被 American Scientist 雜誌評選為塑造上世紀科學的書籍，一起被列入的書籍包括《The Autobiography of Charles Darwin》特別版、Tom Wolfe 的《The Right Stuff》、Rachel Carson 的《Silent Spring》以及 Albert Einstein、John von Neumann 和 Richard Feynman 的專著。

《The Art of Computer Programming》出版了一百多萬冊，是計算機領域的聖經。谷歌研究主管 Peter Norvig 曾說過：「這本書就像一本真正的聖經，它很長，也很全面，沒有一本書能像它那樣全面。」翻過 652 頁，第一卷結束，可以看到後封面上比爾·蓋茨的推薦語：「如果你能讀懂全部內容，一定要給我發份簡歷。」

本書開頭摘錄自《McCall』s Cookbook》：

你們寫了上千封信要求我們出版的那本書來啦。我們花了很多年的時間反覆檢查書裡面那些數不盡的食譜，只為給您帶來最好的、有趣的、完美的內容。

這本書主要講演算法，儘管 Knuth 博士指出，在 3800 年前的巴比倫刻寫板上也能找到演算法，但這本書能滿足數字時代的需求。Knuth 是一位受人尊敬的演算法專家；他的名字與該領域一些最重要的方法關聯在一起，例如 Knuth-Morris-Pratt 字元串搜索演算法。這個演算法是在 1970 年設計的，它可以在文本中查找給定單詞或字母的所有匹配內容——例如，當你點擊 Command + F 在文檔中搜索關鍵字時採用的就是這種演算法。

工作時，現年 80 歲的 Knuth 博士通常穿得像個年輕的極客：上身長袖T恤，外面套件短袖T恤，下身牛仔褲，他在每年這個時候都是這種打扮。在早些年，他總是和機器打交道，寫一些原始的二進位編碼。

Norvig 博士說：「Knuth 證明了計算機系統實際上可以一直被理解到二進位編碼級別。」但如今，隨著演算法對二進位編碼的主宰（和破壞），普通程序員不再有時間去處理那些二進位「垃圾」，而是使用抽象的層次結構和一層又一層的代碼，並且還經常使用從代碼庫找來的一連串代碼。但是精英階層的工程師偶爾還是會深入研究底層代碼。

Norvig 博士在加利福尼亞州山景城的一次 Google 旅行小組會議上說：「在 Google，有時我們只是把東西整合在一起，但是更多時候，比如你正在為數十億用戶提供服務，高效很重要。效率提高 10% 就可以創造數十億美元的價值，為了獲得足夠高的效率，你必須明白到底發生了什麼。」

1963年，加利福尼亞理工學院，在這裡Knuth獲得博士學位

或許正如 Google 著名科學家 Andrei Broder 和 Knuth 博士以前的一個研究生在會議中所說的那樣：「我們想為我們正在做的事情提供一些理論基礎。我們不需要輕浮的、草率的或二流的演算法。我們不希望其他的演算法工程師說，『你們這些傢伙是白痴』」。

Google Trips 應用程序創建於 2016 年，採用了「定向運動演算法」，用於繪製一天的推薦旅遊活動。該團隊正在致力於「最大限度地讓一天看起來不那麼糟糕」，例如，避免將用戶反覆送到同一地區，只是因為看的景點不同。他們從 300 年前的瑞士數學家萊昂哈德.歐拉的演算法中得到靈感，歐拉想繪製一條穿越普魯士城市科尼斯堡的路線，這條路線只穿過科尼斯堡的七座橋各一次。Knuth 博士在他的書的第一卷中闡述了歐拉的經典問題（他曾經將歐拉方法用於控制縫紉機的計算機編碼）。

遵循 Knuth 博士的教義有助於避免代碼的堆砌。眾所周知，他引入了「編碼可讀性」的概念，強調代碼對於人類和計算機都具有好的可讀性的重要性，如今這個概念已經成為了共識。Knuth 博士甚至認為，一些計算機程序就像伊麗莎白·畢曉普的詩歌和菲利普·羅斯的《美國牧歌》一樣，可讀性和普利策文學獎作品並無二致。

他也是一位臭名昭著的完美主義者。xkcd 漫畫家、《事物解釋者》的作者 Randall Munroe 第一次聽說 Knuth 博士，還是別人提到 Knuth 博士會提供獎金給任何在他的書中發現錯誤的人。Knuth 回憶道，「他們說得到 Knuth 博士的獎金就像獲得計算機科學界的諾貝爾獎。」

Knuth 博士具有對自己要求嚴格、博學等諸多特質，這些特質也解釋了為什麼他這本書的完成遙遙無期。他和 Google 的聯合創始人謝爾蓋·布林打賭，布林是否會在他結束自己的作品之前獲得博士學位。

演算法的曙光

19 歲時，Knuth 博士在《瘋狂》雜誌上發表了他的第一篇技術論文《The Potrzebie System of Weights and Measures》。在計算機科學這門學科存在之前，他就成為了一名計算機科學家，在克利夫蘭的一所學校學習數學，這所學校就是如今的 Case Western Reserve University。他看了學校的 IBM 650 大型機（一台十進位計算機）的示常式序，發現了一些不足之處，就重寫了該軟體和在課堂上使用的教科書。作為一項輔助項目，他編寫計算機程序來執行統計數據，幫助籃球隊贏得聯賽冠軍。

在暑假期間，Knuth 博士編寫編譯器賺的錢比當教授一年掙的還多。編譯器就像一個翻譯器，將高級編程語言（類似於代數）轉換為低級編程語言（有時是神秘的二進位），並在轉換過程中對其改進。在計算機科學中，「優化」確實是一門藝術，Knuthian 有一句名言：「過早的優化是萬惡之源。」

最終，Knuth 博士自己成為了「編譯器」，他無意中開闢了一個新的領域，並稱之為「演算法分析」，有個出版商委託他寫一本關於編譯器的書，這本書最後成為一本他所知道的所有計算機編程方法的集合，成為了一本關於演算法的書。

攝於 1981 年，Knuth 正在看 1957 年出版的《瘋狂》雜誌，這本雜誌里有他發表的第一篇技術論文，發表這篇論文的時候他才 19 歲。

《The Art of Computer Programming》1-4卷。比爾·蓋茨在推薦語中寫道：「如果你能讀懂全部內容，一定要給我發份簡歷。」

「文藝復興時期，人們開始懷疑演算法這個詞的起源。」 Knuth 博士說道，「早期的語言學家試圖通過組合像 algiros [痛苦] + arithmos [數字] 這些詞來猜測它的起源。」「事實上，」，Knuth 博士繼續說，「在 9 世紀波斯教科書作者 Abū 『Abd Allāh Muhammad ibn Mūsā al-Khwārizmī 的書中就有這個詞的拉丁語。」。1979 年，Knuth 博士去了烏茲別克，到 al-Khwārizmī』s 的故鄉朝聖。

當 Knuth 博士剛開始寫作時，他沒打算寫得這麼複雜。不久之後，計算機科學經歷大爆炸，所以他重新構思了這部作品並重鑄成七卷。現在，他開始分冊，把它們分成一系列叢書。接下來要寫的是系列 5 的第 4 卷，包含 「backtracking」 和 「dancing links」 演算法，原計划出版的時間為聖誕節，但它被推遲到第二年四月出版，因為 Knuth 博士不斷發現越來越多有意思的問題，他想把這些問題寫進書中。

為了儘早完成這本書，Knuth 博士一直惜時如金。他 55 歲退休，極少參加公眾活動，並停止使用電子郵件（至少停止了因公電子郵件）。Andrei Broder 回憶說，即使是在 20 世紀 80 年代早期，Knuth 對時間也管理得非常嚴格。

Knuth 博士通常在周五上午約見學生，在這之後他便在人工智慧學科創始人 John McCarthy 的實驗室度過夜晚，在這裡他可以使用空閑的計算機。隨著數字出版的出現，Knuth 博士對他心愛的書在書頁上的樣子感到不滿，他承擔了創建 TeX 計算機排版系統的任務，現在這一系統仍然是所有科學出版物的形式的黃金標準。有些人認為這是 Knuth 博士對世界最大的貢獻，也是自 Gutenberg 以來人類對印刷術最大的貢獻。

這條長達十年的迂迴之路發生在用戶之間共享計算機的時代，那時，在大多數人都睡覺的晚上，計算機跑得更快。因此，Knuth 博士的作息開始日夜顛倒，他把作息時間調整了 12 個小時，並將約見學生的時間改為周五晚上 8 點到午夜。Broder 博士回憶說：「當我告訴我的女朋友周五晚上不能做任何事情，因為周五晚上 10 點，我必須和我的導師見面時，她想，『這件事太愚蠢了，真的是太愚蠢。』

當 Knuth 出現時，他一定會 100% 投入到當前的事情中。微軟研究院董事總經理Jennifer Chayes 說：「和他在一起你會很高興。」「他在社區里是最棒的。如果說有個人在某種程度上既溫暖又有深度，那這個人就是 Don。」

Knuth 與字體設計師 Hermann Zapf 討論字樣。許多人認為 Knuth 博士在 TeX 電腦排版系統上的工作，是自 Gutenberg.CreditBettmann的Getty Images 以來對排版最大的貢獻。

拜訪 Knuth 的星期天

Knuth 住在斯坦福，允許周日來訪。他這一天的時間很獨特，通常他的空閑時間是從下午 1 點到到 4 點（稱為 「modulo nap time」 ），他會進行一場神聖的每日儀式。他很早就起床，去帕洛阿爾托的第一路德教堂，在這裡他給人們上一門「Sunday」 學校課程。在開車回家時，他會對數學進行一些哲學上的思考。

「我永遠不可能全都知道，」他說，「如果我對問題的答案一無所知，或者我什麼都知道，生活將會糟糕得多。」然後他帶我們參觀了他加州現代風格的房子，這所房子是他和他的妻子 Jill 在 1970 年建造的，Jill 是一名平面設計師。他的辦公室里亂七八糟地堆放著成堆的 USB 線，還裝飾著 Jill 設計的情人節心形藝術品。最令人印象深刻的是音樂廳，環繞著他定製的 812 管風琴。在這天的最後，我們開了一場益智派對，並喝了啤酒。

拼圖和遊戲，寫一本關於超現實數的中篇小說，寫一部 90 分鐘的多媒體音樂白日夢——「幻想啟示錄」，這些都是他真正感興趣的東西。他的書有一部分名為「謎題與真實世界」。他把這裡的一段發給了藝術家 Martin Demaine 和計算機科學家 Erik Demaine，因為他用到了他們的「algorithmic puzzle fonts」。他們是倆父子，都在麻省理工學院。

「我很激動，」Erik Demaine 說。「能出現在這本書裡面真是榮幸。」他提到了 Knuth的另一句名言，這句鼓舞人心的話是兩年一度的 「FUN with Algorithms」 會議的座右銘：「快樂也許是一直以來的主要目標。」

「但是後來，」 Demaine 博士說，「這個領域崛起並且追求實際應用。」工程師、科學家和藝術家們正在聯合起來解決現實世界的問題，如蛋白質摺疊、機器人技術、安全氣囊等問題，他們使用 Demaine 父子的數學摺紙設計方法來將紙片和連桿摺疊成不同的形狀。

當然，演算法繁瑣性會導致現實問題。人類編寫的演算法正解決著越來越難的問題，但是會出現存在錯誤和偏見的代碼，這些已經足夠麻煩了。更令人擔憂的也許是那些不是由人類編寫的演算法，即機器通過學習後編寫的演算法。

程序員仍然訓練機器，關鍵是，他們會給機器輸入數據。（數據是偏見和錯誤的新領域，並且這裡的錯誤和偏見更難被發現和修正）。然而，正如麻省理工學院媒體實驗室研究員 Kevin Slavin 所說：「我們現在正在編一些自己看不懂的演算法。這是一個獨一無二的時代，我們受制於那些源於我們，但是我們並不理解的思想、行動所支配。」正如 Slavin在TED 中提到的那句話，「如果你是一個演算法，那你將有光明的未來。（「It』s a bright future, if you』re an algorithm.」）」

1999 年，Knuth 博士在家辦公

一些筆記

「如果你是一個精通 Knuth 所述知識的演算法，那未來將更加光明。」Google 的 Norvig 博士表示，「今天，程序員使用 Knuth 和其他人已經完成的內容作為他們演算法的組成部分，然後他們把這些內容與他們需要的其他內容相結合。」

「AI 也是一樣，只是這些組合將會基於數據自動完成，而不是由程序員來完成。你希望 AI 能夠基於數據，將之前的內容組合起來，得到好的結果。但是你必須決定這些內容是什麼。可能所有內容都出自 Knuth 作品的某個頁面或章節，因為這是完成某些任務的最佳方式。」

Knuth 一直在堅持完成他的作品，他估計還需要 25 年才能完成《The Art of Computer Programming》，儘管自 1980 年他就已經在做這件事情。「會不會有一章，或者有一頁談到會寫演算法的演算法？」「當然不會！」Knuth 表示。

「我擔心演算法變得太過重要。」他補充道，「一開始，我們這些計算機科學家擔心沒有人聽我們的，但現在，聽我們的人太多了。」

來源：https://www.nytimes.com/2018/12/17/science/donald-knuth-computers-algorithms-programming.html?smid=tw-nytimesscience&smtyp=cur

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