泡面编程 /第1章

如何泡一碗方便面

本节我们将从熟悉的泡面开始，了解算法的概念。

说起“程序”，我们对其并不陌生，因为它融入了我们生活的方方面面：手机的时钟程序在早上将我们叫醒，空调中的温控程序负责将家中调到合适的温度，汽车的导航程序指引我们如何到达目的地，红绿灯的运行程序有节奏地控制着车流……

程序确实是十分有趣的，不过它似乎有些神秘，好像是只有程序员或者黑客才能掌握的内容。

不过你现在没时间顾得上这些，因为眼前有一件更为急迫和重要的事情，直接关系到你朋友接下来会不会饿肚子。

一位平时并不怎么做家务的朋友刚才突然给你发消息：“江湖救急！现在就我一个人在家，我想泡一碗方便面吃，可我不会，快教我一下吧！”

于是，你赶紧给他写了一个详细的操作步骤：

• 第①步：将方便面从袋子中取出，放到干净的碗中。
• 第②步：将所有的调料包都取出，并依次拆开，倒入碗中。
• 第③步：向碗中注入适量开水。
• 第④步：用碟子盖住碗。根据喜欢吃的面的软硬程度，等待3到5分钟。
• 第⑤步：打开盖住碗的碟子，就可以吃面了。

以上步骤，或许泡出的方便面不是最美味的，例如没有讲怎么才能在里面顺便卧一个荷包蛋。但是，肯定是够用的，你知道按照这个步骤，你朋友一定能吃到一碗图 1一样的热腾腾的泡面。

于是，你赶紧将上述操作步骤发给了朋友。

但是你忘了，他可是一个很较真的人。很快，他给你回了信息：“我再问一下，你说的适量开水，可到底多少是适量啊？能说的再准确一点么？”，就像图 2展示的一样。

他的较真你是知道的，他问出这样的问题也不足为怪。毕竟，你刚才的表述中，确实存在一些歧义。

考虑到回答完他这个问题之后，他可能还会再问出“我再问下，我喜欢吃硬一点的面，到底是等待3分钟还是5分钟啊？”之类的问题，你于是决定直接再发一版给他。这一次，你十分仔细，力求消除任何歧义。

• 第①步：将方便面从袋子中取出，放到干净的600ml容量的空碗中。
• 第②步：将所有的调料包都取出，并依次拆开，倒入上述碗中。
• 第③步：向碗中注入500ml温度为100℃的水，并立刻用直径大于碗的碟子盖住碗。
• 第④步：如果喜欢硬一点的面，则等3分钟；如果喜欢软硬适中的面，则等4分钟；如果喜欢软一点的面，则等5分钟。
• 第⑤步：时间一到就打开盖住碗的碟子，就可以吃面了。

写完之后，你有读了几遍，还是发现了一些小的歧义点。以你对朋友的了解，他说不定还会问出“所有的调料包我是全取出来后都拆开然后依次倒入碗中，还是一包包依次取出来拆开倒入碗中呢？”

于是你继续斟酌，又写了一版：

• 第①步：将方便面从袋子中取出，放到干净的600ml容量的空碗中。
• 第②步：取出调料包，拆开，将调料倒入上述碗中。
• 第③步：检查是否还有调料包。如果有，重复第②步；如果没有，进入下一步。
• 第④步：向碗中注入500ml温度为100℃的水，并立刻用直径大于碗的碟子盖住碗。
• 第⑤步：如果喜欢硬一点的面，则等3分钟；如果喜欢软硬适中的面，则等4分钟；如果喜欢软一点的面，则等5分钟。
• 第⑥步：时间一到就打开盖住碗的碟子，就可以吃面了。

这样认真地修改是十分有必要的，毕竟你面对的是一位较真的好朋友，而这又是关系到他能否吃上饭的头等大事。

再三校验后，你觉着应该没有什么歧义了，于是将新的泡面步骤发给了他。

几分钟后，他回复：“收到！我这就去照做！”

这时你长舒一口气，不禁感叹道：原来我们平时讲话中，存在这么多歧义啊！只不过大家都忽略了罢了。要不是因为有这位较真的朋友，还真不容易发现这点。

现在，恭喜你的朋友，他在你的帮助下终于可以吃上热腾腾的泡面了。

也更要恭喜你，你在帮助朋友的过程中，梳理出了一个完全没有歧义的泡方便面的步骤。这可并不是一件容易的事情，因为我们平时的对话中，很多地方都有歧义，将它们一一找出来并改掉，并不简单。

事实上，你发给朋友的泡面步骤可以称之为“泡面算法”。或许“算法”这一词对你而言有些陌生，但它并不复杂。

就在刚才，为了解决“如何泡一碗方便面”这一特定问题，你已经梳理出了泡面所需要的明确的操作步骤，以及对碗的容量、水的温度等的明确规则。所以，发给朋友的这份泡面步骤完全符合算法的定义，绝对可以称之为“泡面算法”。

既然聊到了算法，并且我们还自己写出了“泡面算法”，那有必要继续展开一下，了解下算法的主要特点，就是下面五个：

• 有穷性：算法必须在有限的步骤内结束，也就是说必须存在一个明确的终点，不能无限循环下去。我们的泡面算法中，在第③步拆调料包的过程中存在循环，但因为任何方便面的调料包都是有限的，总会被拆完，进而顺利进入第④步，不会在这里一直循环。最终整个泡面的步骤只要执行完第⑥步就结束了，所以整个泡面步骤满足有穷性。
• 可行性：算法中的每一步都必须是可行的。显然，我们泡面算法中的每一步都可以做到。
• 输入：算法可以有零个、一个或者多个输入。输入就是要提供给算法处理的东西。在泡面算法中，需要的输入有：一袋方便面、一个600ml容量的空碗、500ml温度为100℃的水、一个直径大于碗的碟子。虽然我们没有提前明确地向朋友说明他要准备好这些东西，但相信他只要读一遍步骤就能知道。
• 输出：算法可以有一个或者多个输出。输出就是算法执行完后，给出的东西。显然，泡面算法的输出就是一碗泡好的方便面。
• 确定性：算法的每一步操作必须有明确的定义，没有歧义，在相同输入的情况下，总会得到相同输出。这也是我们不断改写泡面步骤的原因，只有这样，才能确保不同时间、不同的人看到后都有相同的理解，总会做出相同的操作，进而保证只要输入一样，一定会得到相同的输出。我们的泡面算法经过不断改进后，最终满足了这一点。

想一想

你或许已经发现，算法可以有零个、一个或者多个输入，可以有一个或者多个输出。仔细对比我们会发现，算法可以有零个输入，但是不能有零个输出，这是为什么呢？

有些算法确实不需要输入，例如一个算法的功能可以是给出一个随机数，那它就不需要输入。每次执行这个算法时，算法通过内部的机制给出一个随机数即可。

算法在执行过程中，可以给出一个内容、让电脑等待一些时间、在屏幕上显示一个字符等等，这些都算它的输出。而如果一个算法没有任何输出，那就没有存在的意义，当我们使用这个算法时，也没法感知这个算法是不是正常工作。所以算法通常是有输出的。

算法实际上是给出了解决问题的步骤，如果我们将每一步都按照编程语法写出来，就得到了程序。我们可以把算法比作是解答一到数学题的解题思路，而程序就是按照数学符号写出来的解题步骤。可见，算法就是程序的灵魂。

现在我们已经写出了泡面算法，这意味着，将来我们可以写出泡面程序。说到这里，你或许会疑惑：我们的泡面算法中的每一步都是给人看的，计算机难以实现取方便面、倒热水等操作，似乎很难转化为计算机程序。

不，可别丧气。后面我们这真的会将这一切都转化为计算机程序，让计算机帮我们泡面。

不过，这是后面几章的事情。在此之前，我们还有不少的知识要学。