谈谈计算思维中的抽象

抽象这个概念，本来就很“抽象”，我们或许不知道它的定义，但从古自今，人们都在不自觉得运用它。“大漠孤烟直，长河落日圆”，诗人王维，用短短的10个字，就描绘出了塞外奇特壮丽的风光，画面开阔，意境雄浑。这是文学上的抽象；下图的简笔画，就简简单单的几笔，汽车的形象就跃然纸上，这是绘画中的抽象；用数字表示事物的数量，用图形表示事物的空间形状，这是数学上的抽象。

从字面上理解，“象”，有具象，想象，抽象三种思维状态。具象，就是具体的形象，就是一切能具体察觉的形象，比如视觉（形状，大小，色彩等），听觉（声音强弱，节奏，旋律等），味觉（酸甜苦辣等）。小学儿童的思维特点就是以具象思维为主，逐步过渡到以抽象逻辑思维为主。

想象，是具象在非当下的场合在人们的脑海或心灵中存留、变化的形象。想象与具象的最本质的差异在于时空的差异，具象是在当下的时空中具体事物给予人们的直接形象，而想象则是在非当下的时空中具体事物曾经的具象在人们脑海或心灵中继续存在的形象。想象思维的过程往往也是人们设想、梦想、理想、希望、憧憬的过程。

抽象，是指从具体事物中抽出或概括出共同的方面、本质属性与关系等，而将个别的、非本质的方面、属性与关系舍弃的思维过程。比如诗人形容孤烟，用一个“直”字，突出了狼烟的特性。

计算机世界不是真实的物理世界，它是0和1构成的数字世界。但这个数字世界，也可以做我们能做的事，有些方面甚至比我们做得更好。最近谷歌出的chapGPT比较火，我让它描述下“大漠孤烟直，长河落日圆”这句诗表现出的意境，它回答的还挺像那么回事。

从物理世界到数字世界，抽象是必不可少的过程。在计算机科学中，抽象的目的是重复使用、信息隐藏和简化应用。举个简单的例子，为了与计算机打交道，我们发明了计算机语言，最初的语言叫“汇编语言”，计算机容易理解，但对我们却是晦涩难懂，只有专业的计算机人员才会使用。后来有了高级语言，和我们的语言很相似，学习门槛大大降低，初中生都可以学习。现在有了像Scratch这样的积木式编程工具，通过积木块的组装，就可以编出一个程序，就连小学生都能学会了。计算机语言的发展，就是一个不断地把复杂的信息封装起来，简化使用的过程。原本面向专业人士的计算机，也逐渐“沦为”儿童手中的积木。

周以真教授认为，计算是抽象的自动化，也就是说，计算通过采用精确的符号和模型，把抽象、抽象层和它们的关系机械化，从而自动化地运行它们。在处理大型复杂任务或设计大型复杂系统时都将使用抽象和分解；算法也是一个抽象过程，它接受输入、执行一系列步骤，并产生输出以满足预期的目标。因此，在计算思维中，最重要、最高级的思维过程就是抽象。