她改變了編程

• 2019 年 12 月 19 日
• 筆記

如果你上過編程課，一定被老師提醒過：不要使用goto語句！

因為goto語句不僅讓程式碼的可讀性很差，隨意的跳出還會給程式帶來安全隱患。

但是這種幾乎被現代編程明令禁止的語句，在電腦誕生之初卻司空見慣。

早期的程式設計師用goto來解決程式碼無法預料的後果，遇到什麼問題就用一句goto，讓程式跳轉到某個指定語句。

直到一位MIT的女教授，才讓我們徹底擺脫了goto語句的支配，她就是Barbara Liskov。

△芭芭拉·利斯科夫(Barbara Liskov)，圖源：QuantaMagazine

剛滿80歲，榮譽等身，她是全美首批獲得電腦博士學位的女性之一，集馮諾依曼獎、圖靈獎於一身。

甚至可以說她發明了構成現代程式基礎的體系結構。

但在此之前，她是一位曾經因為性別申請普林斯頓數學研究生被拒的人。

所以Barbara Liskov究竟是怎樣的傳奇電腦科學家？

在其80歲壽誕之際，我們一起看看她改變了編程的故事。

好的設計，才有好的程式碼

上世紀40年代，美國發明了第一台電子電腦ENIAC。雖然早期的電腦體積很大，但提供的功能簡單，那時候的編程也不必考慮太複雜的結構。

goto語句是最簡單的方法，只需把程式的執行引導到對應的某一句即可。

廣泛使用的goto語句雖然簡單，但是卻沒有邏輯章法。用這種方式編寫的程式既難以閱讀，又容易造成危險，甚至還鬧出過人命。

曾經有一種名為Therac-25的軟體控制的放射治療機，就因為使用了過時程式設計方法，導致6名患者接受嚴重超劑量的輻射，造成了死亡事故。

如果沒有一個程式設計的基本架構，電腦硬體的發展已經超出了程式設計師能力所能承受之重。

終於在60年代，電腦程式設計迎來了新的理論，當時Böhm和Jacopini兩位電腦學家提出，可以用結構化的程式完全代替goto語句，只需使用順序、選擇和循環三種結構即可。

這種結構一直被使用至今。

1974年，彼時僅35歲的MIT女教授和她的學生將這種思想付諸實踐，他們發明了一種新的程式語言CLU。

CLU完全拋棄了goto語句，雖然這種程式語言沒有被廣泛採用，但是它在面向程式語言的發展過程中起過非常重要的作用。

CLU中的一些概念在許多方面影響了後來的程式語言，對後來出現的一些面向對象編程（OOP）語言做出了許多貢獻。

後來出現的Java、C++、C#、Python都是CLU的後代。

CLU的關鍵貢獻包括抽象數據類型、共享調用、迭代器、多個返回值、類型安全的參數化類型和變數類型。

Liskov對程式設計的貢獻不僅於此，現代面向對象程式設計的5大原則「SOLID」中的L就是以她名字命名的里氏替換原則（Liskov Substitution principle）。

1987年，Liskov在一次大會的主題演講中最早提出了這一原則，即繼承必須確保超類所擁有的性質在子類中仍然成立。

遵循里氏替換原則編寫的程式，克服了繼承中重寫父類造成的可復用性變差的缺點。

而且這一原則還保證了程式的正確性，擴展的子類不會給已有的系統引入新的錯誤，降低了程式碼出錯的可能性。

直至今日，所有面向對象編程的程式設計師還在遵守著Liskov提出的這項原則。

傳奇的女性，Barbara Liskov

如今Liskov的學術成就已經獲得的廣泛的承認。

但在那個年代，作為一個科學家，還是個女性，真的挺不容易，曾因為性別申請普林斯頓數學研究生遭拒。

Liskov在伯克利讀本科期間，100人的班裡，只有一兩名女性同學，她就是其中之一。

她修完了所有和數學、科學相關的課程，而學校當時卻不鼓勵女性同學這樣的做法。

也從來沒有人對她說：「嘿，你這樣做很好，不考慮跟我們一起合作嗎？」之類的話。

好在Liskov的母親沒有當面反對過她(雖然只是鼓勵她要在學校好好表現)。

但她對此不以為然，直到在斯坦福讀研畢業時，才意識到「性別」問題的存在。

因為在她畢業的時候，沒有任何人找她談工作的事情。

而像她的男性同學(Raj Reddy)就能被招聘到學術方向的崗位。

要知道，在那個年代，就業有點像「包分配」——顧問會通過與全國各地部門的合作來安排畢業生的工作。

但對於Liskov，可謂是「無人問津」。

在這之前，Liskov已經向MIT求職過，但得到的回饋卻是「不考慮擔任教授」。

發生這種情況時，你會認為「是我自己還不夠優秀」。

「但同時我也認為，電腦科學是開放的。」

幸好Liskov在Mitre公司的第一份工作還算不錯，她在這家公司期間，深入的研究了編程方法。

△Barbara Liskov正在設計抽象數據類型(ADT)

這項研究讓她獲得了一個一等獎論文。

1971年，她針對這項研究發表了一次演講，而後便受到了MIT和伯克利的邀請。

事情至此才發生了改變。

剛剛進入MIT時，大約1000名員工中只有約10名左右的女性教員。但其實，MIT有很多傑出的女性並不在教職人員之列。

在科學領域，很少有人能夠意識到女性做出的一些基礎性貢獻。

90年代，她回到斯坦福參加了一個部門慶典。一群老教授們談論著「校園關係網(old-boy network)」的八卦，他們說：

有個年輕女人表現得確實非常不錯，但那是因為她嫁給了一個教授。

Liskov覺得這件事情真是愚昧至極。

在Liskov擔任電腦科學系主任之前的10年里，部門只發現了一位值得聘用的女性。

2001-2004年，在她擔任部門領導期間，Liskov共聘用了7名女性，她並沒有濫竽充數，其中的3名初級教員都非常優秀。

再後來，Liskov獲得了圖靈獎，即便擁有了如此殊榮，還是免不了質疑的聲音。

△2008年度美國電腦學會(ACM)圖靈獎(Turing Award)

她做的工作，沒有我不知道的。為什麼她會獲得圖靈獎？ 哦，那個工作不是她做的，是一個男同事替她做的。

「簡直一派胡言」，Liskov說道。

即便到了足夠開放的今天，她也認為現在的情況並不比那時好：

也許我是幸運的。如果我大學一畢業就結婚了，我可能會有一個完全不一樣的結果。

如何看待AI的未來

那麼，Liskov對人工智慧和機器學習發展有什麼看法呢？

我博士學位的工作是與John McCarthy合作研究人工智慧。 John提出了「國際象棋殘局」這個主題，由於我沒有玩過國際象棋，所以我讀了相關書籍，並將國際象棋的一些演算法翻譯成了電腦演算法。

那時候，人們認為，一個明智的做法是讓程式按照人類的意願來行事，但現在已然不是這樣了。

現在的機器學習程式在多數情況下效果還是不錯的。但有些情況下效果卻並不是理想，人們不知道問題出在了哪裡。 如果我在研究一個問題的時候，需要知道它的工作原理，那我不會用機器學習方法。 人工智慧是一種應用，而不是一門核心科學。

而對於電腦科學的發展，Liskov比較擔心的是互聯網，包括假新聞和安全問題。

若是一對離婚的夫婦，丈夫在發表一些對妻子誹謗的內容，包括她的住址之類的私人資訊，那就很可能引發一些非常可怕的事情。 這要回溯到80年代。那時候，15所大學和幾個政府單位實驗室通過互聯網連在一起。我們都是好朋友。他們當時的態度是，網站不應該對內容負責，這將扼殺他們的發展。 而現如今，這種態度還在繼續。 我們現在解決當下問題的時候，需要的不僅僅是技術，還需要法律來解決人們的不良行為，解決隱私與安全的問題。

One More Thing

分享Liskov對女性在事業發展過程中的一點建議：

在你能真正站起來之前，保持低調。而後再去擁抱成功。

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部落格： https://www.quantamagazine.org/barbara-liskov-is-the-architect-of-modern-algorithms-20191120/

維基百科： https://en.wikipedia.org/wiki/Barbara_Liskov

個人主頁： https://www.csail.mit.edu/person/barbara-liskov