第1 講 人與電腦
電腦的原理
各位應該都去過廟裡「搏杯」吧（術語叫做「擲筊」）？沒搏過的人應該也看人搏過。
一般使用兩個成對的木製新月形的筊杯，凸起的一面稱為「陰面」，也就是反面；平面的一面則稱為「陽面」，也就是正面。如果身邊沒有筊杯，拿兩個硬幣，也可以將就著用。
問神明旨意時，用雙手捧著筊杯，然後拋擲於地。如果是一正一反，稱之為「聖筊」，神明同意你的請求。如果是兩反，稱之為「哭筊」，神明不同意你的請求，神明生氣了、哭了；如果是兩正，稱之為「笑筊」，神明也不同意你的請求，反而呵呵笑了。
人類想要預測未知之事，於是請求神明的旨意，就搏杯。人情之常，無可厚非。但如果你抽離這個情境，退遠一點來看，筊杯也不過就兩個木製的道具，你絕不會說它有「智慧」。如果你說這對筊杯擁有「人工智慧」，別人絕對會覺得你腦子有病。搏杯的結果，純然只是機率作用，由占卜者依「既定的規則」來詮釋。一正一反、兩反、兩正⋯⋯該怎麼解釋就怎麼解釋，也很難說成是神明的旨意。說到這大家肯定說我唯物論，不信神。錯了，我還是信神、疑惑還是會搏杯，因為心裡覺得有安慰。我想表達的是，科學歸科學、信仰歸信仰，可得分清楚才行。
但，你絕對沒想到的是，整個資訊科學、電腦的運作基礎，就是科學家、工程師參透了上述的原理，所建構出來的呀—
只要是「兩個狀態」的現象，都可以用這個二元（binary）的象徵系統來表示，也就是最低階的程式「語言」，包括0/1、開關、明暗、陰陽、正反、黑白、對錯、是非⋯⋯等等—這就叫做「數位化」（digital），一般，我們都簡化為只用0/1來表示；每一個0/1的狀態，我們稱之為「位元」（bit）。
只要是能用來表現、操作這一套二元邏輯的事物，都可以用來組建數位化系統（digital system）。比如上面提到的筊杯、硬幣，還有電器開關、燈泡、圍棋棋子、旗語、手勢、電磁（正負、南北極）⋯⋯。這就是所有電腦的基礎，但請別忘記了，這些事物還是「沒有智慧」。
等一下！一定有同學會說，少騙人了，搏杯和電腦的複雜程度，相差何止十萬八千里！（最起碼，外表長得完全不一樣啊！）如果要詳細解釋這套複雜化的建構過程，你得去上大學資訊系讀四年。這本書沒那個閒工夫，我們還是用比喻的方式來解說：
八卦共有「乾、坤、坎、離、震、巽、艮、兌」八個卦象，可以用陰0/陽1兩個狀態來表示，分別是陽陽陽111、陰陰陰000、陰陽陰010、陽陰陽101、陰陰陽001、陽陽陰110、陽陰陰100、陰陽陽011，用三個位元就能表示了。也可以說，八卦就是一套簡單的「程式語言」，它共有八個指令（instruction）語法。
易經六十四卦，是兩套八卦排列組合，據說能表示天地萬物的事理，總共只需要六位元。也可以說，你只需要六個筊杯、六個硬幣、六個開關⋯⋯就可以組建一個簡單的易經計算機，而以八卦程式語言來操作。
如果你想要表達更複雜的事物，只要增加位元數就可以了。比如，銀河系中的恆星總數大約在一千億之譜，用二進位（binary 0/1）來編號表示，不超過40位元就能搞定了。人體腦神經細胞的連結，也大概是這個數量。
臺灣的護國神山「台積電」（台灣積體電路股份有限公司），目前的技術水準是3奈米（10－9M）。也就是說，在幾公分見方的一片小小的積體電路 IC 中，可以容納的電晶體（可以想像作電路開關）數量，和星星的數量一樣多，有沒有很驚人？也就是說，在小小的一片晶片裡，我們就擁有處理宇宙複雜度的運算能力了。
說到這還是要再提醒一次，無論電腦有多複雜，它終究只是開關的組合，只能被動地接受人類的指令，完全沒有思考能力，更遑論擁有智慧了！
當然，要控制、操作這套複雜的數位化系統（電腦），我們需要比八卦更複雜的指令和程式語言。而利用這套程式語言來操作電腦的工作，就是「程式設計」（programming）。
程式設計與運算思維
不知道各位同學有沒養過狗狗？
養過狗的人一定知道，要和狗狗溝通，只能用極為有限、簡單的語言。我家的狗只聽得懂「不行！」「坐下！」和「握手！」三個指令。我看過YouTube上有訓練軍犬的影片，花樣就比較多，狗狗可以聽得懂十幾、二十個指令。至於公園裡的老先生老太太們，喜歡抱著狗狗講一大篇、給狗狗訓話等等，我相信狗狗大多聽不懂。牠只是乖乖坐在那兒罷了。
要跟狗狗溝通，只能用這種有限的、簡化過的「狗語」。如果你硬要跟狗狗說人話，是自找苦吃。不僅狗狗痛苦，你也達不到溝通的目的，沒法命令狗狗去完成你想要牠做的事。
上節已經說過，電腦不會思考、沒有智慧，比狗狗還要笨。因此，和電腦溝通，對電腦下指令，只能用電腦聽得懂的電腦語—術語就叫做「程式語言」。
程式語言有好幾個層次：最簡單的叫做低階語言，大致上是由最基礎的0/1組成的，包含機器語言、組合語言都屬於這類。低階語言是最基礎的電腦語，電腦看得懂，但對人類來說，相當不容易懂。0100 0101 11011010⋯⋯正常人都無法理解吧！
把低階語言重新組織成人類較容易理解的形式，就叫做高階語言。現在實務上，較常見到的高階語言有：C、SQL、JAVA、BASIC等等，各自也都有許多擴充、改良過的版本。下一節，我會介紹目前最常用、用途最廣泛的 Python。
「程式」（program）在英文中，是程序、節目、安排的意思，也可以解釋做一連串預先安排好的工作程序。比如說，你每天早上醒來，就會依照順序執行一連串的工作：起床、上廁所、刷牙、洗臉、吃早餐、穿好鞋襪、揹書包去上學—這就是一個程式。再回到一開始的比喻。你也可以對狗狗作程式設計。比如，只要遇到親戚朋友，你下令執行「撒嬌」程式，牠就會搖尾巴、坐下、握手⋯⋯連續動作。我試過了，不難。
凡事只要一牽涉到「設計」（design）這兩個字，巧妙程度自有不同。有人寫的程式就很笨拙，很費工、效率又不好；有人寫得程式很精妙，很有效率地就能讓電腦完成工作。這其中的關鍵，在於你能不能精準的掌握「運算思維」（computational thinking）。
運算思維講起來好像很玄，白話就是「電腦的思考方式」—這不廢話，你想讓狗狗聽話，你就要掌握狗狗的思考方式。你想讓電腦聽話，當然就要掌握電腦的思考方式啊！這就是本書的重點。
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