【果殼網專訪】計算機科學家周以真:既要煮好飯,也別讓菜放涼了

計算機科學家是什麼樣子的？在許多人的刻板印象中，計算機科學家大概是一群神情嚴肅、言辭深奧的人——他們更多是男性，性格內斂，邏輯清晰，學著偏技術性的知識，講著不明覺厲的話。微軟全球資深副總裁周以真（Jeannette M. Wing）博士完全打破了這種刻板印象。

作為一位聞名學界的女科學家，周以真優雅而幹練，端莊而熱情，友善而堅韌。她既有著計算機科學家典型的思維特質，同時又散發著陽光般令人倍感舒適的氣質。在2014亞太教育峰會的間隙，果殼網科學人採訪了這位兼具東西方特質的傑出女性。

優雅幹練的計算機科學家周以真博士。圖片來源：Carnegie Mellon University

周以真從小熱愛數學與科學，本科在美國麻省理工學院（MIT）主修電子工程。在學習過程中，她感受到計算機科學的無窮魅力，於是又在MIT攻讀計算機科學系的碩士和博士學位。這位師從圖靈獎得主羅納德·李維斯特（Ronald Rivest）的年輕人在博士畢業之後首先去了南加州大學。但最終，以跨學科合作研究聞名的卡內基梅隆大學吸引了周以真，自1985年起，她開始在卡內基梅隆大學（CMU）任教。

她的工作深得同事的讚賞。卡內基梅隆大學校長傑瑞德·科恩（Jared Cohon）表示：「周以真是當今最具獨創性、最有創造力的計算機科學家之一。」計算機科學系的蘭德爾·布萊恩特（Randy Bryant）教授則說：「她能燃起每個人的熱情，所有人都很信任她。」

周以真似乎是天生的老師。還是個孩子的時候，她就能讓比她大的小朋友都在她面前整齊坐好：「都坐下，聽我說。」在卡內基梅隆大學，周以真的嚴厲也讓她在學生中聞名。一個學生叫她「Dragon Lady」——這個不太友好的詞本用於形容強大神秘、盛氣凌人的東方女子，但周以真接受了這個稱呼。最讓周以真感到滿足的事情，莫過於看到學生在被複雜概念折騰得死去活來之後，最終掌握她所傳授的知識。在卡內基梅隆大學，「Dragon Lady」漸漸成為飽含學生敬意的暱稱。

在我看來，才華橫溢的周以真更像是「龍女」——她曾在中國研習舞劍，也學習武術，是唐手道黑帶四段。此外，周以真還有紮實的芭蕾舞功底，也跳過探戈、現代舞、爵士舞乃至踢踏舞。她所掌握的才藝如此之多，人們不禁要問她是怎麼擠出時間學這麼多東西的。「日程表啊。」她說。周以真的青春活力數十年不減，究其原因，她說那不過是因為「天性樂觀，過著簡單的生活」。

舞劍，技擊，舞蹈，周以真在計算機科學之外的領域同樣多才多藝。這些強健身心的愛好讓她總是充滿活力。正是出於這種好學的天性，周以真也鼓勵學生涉獵多個領域的知識。圖片來源：Jeannette M. Wing/Carnegie Mellon University

這位既醉心教研，又不懈學習其他知識的計算機科學家，後來歷任卡內基梅隆大學計算機科學系主任、美國國家科學院計算機科學與通訊部門主席、美國國防部高級研究計劃署（DARPA）信息科學與技術委員會委員和美國國家科學基金會（NSF）計算機與信息科學與工程局（CISE）助理局長。憑藉無可挑剔的工作經驗和學術背景，她從2013年1月加入微軟研究院，目前擔任微軟全球資深副總裁，負責微軟研究院全球各核心研究機構及微軟研究院學術合作部的工作。

在周以真的眾多成就中，她於2006年發表的《計算思維》（Computational thinking）是最為人稱道的成果之一。周以真倡導運用計算機科學的基礎概念解決問題、設計系統並理解人類行為的思維方式。這一理念推動了計算機科學在全球教育領域的發展。她期盼所有年輕人都能從計算思維中獲益，並鼓勵他們張開懷抱去擁抱跨學科研究的新理念。「如果我們希望做未來的弄潮兒，我們就需要去創造未來。」她說。

周以真主張用計算思維解決生活和工作中遇到的種種問題。圖片來源：Carnegie Mellon University

計算思維：既得煮好飯，也別讓菜放涼了

科學人：能不能介紹一下什麼是計算思維？

周以真：簡而言之，計算思維就是像計算機科學家一樣思考。當然，這並不是個令人滿意的回答，因為我還得解釋什麼是計算機科學。

實際上，計算思維是一種思考方式，是用計算機所能有效執行的方式來對問題進行表述並提出解決方案——這裡所說的「計算機」既可以指機器，也可以指人。換句話說，計算思維也是一種解決問題的方式。

科學人：有沒有什麼用計算思維解決問題的例子？

周以真：舉個例子，如果你要做一頓飯，既要煮飯又要炒青菜炒肉，但又不能做好菜了但飯還沒煮熟，要怎麼做？這三項任務都需要花費資源和時間。在做飯這件事上，你就相當於一個作業系統。我們在計算機科學中所學習的，正是如何調配有限的資源，完成所有任務。

一般來說，計算思維中最重要的幾個思維過程是抽象、分解以及組合。所謂「抽象」，是指忽略所有不相關的複雜細節，而只專注於問題關鍵部分的能力。你會注意到，我剛剛並沒有提及「鍋是啥顏色的」，「廚房有多熱」，因為這些都是不相關的細節。

「分解」能讓我們將問題分割成一個一個小的部分，我們將這些小部分各個擊破，最終通過「組合」將各部分重整起來，形成一個針對原問題的解決方案。

這種解決問題的方式是可以規模化的，遠超人手可及的範疇——當你在用筆記本電腦的時候，有上千個進程同時在佔用上千種不同的資源，但你還是可以用它完成工作。因為它在用計算思維解決問題。

科學人：計算思維是像遊泳一樣一旦學會就能一直掌握的，還是需要長期系統訓練才能保持的？

周以真：我認為兩種情況都有。舉個例子，我們小時候都會學算術，這個學習過程是系統化的：我們不斷練習加減乘除、作百分比圖什麼的，最終才掌握這些基本技巧。而作為一個成年人，在日常生活中的很多方面——買東西、填納稅單、估算車程——我們都可以在無意識的情況下使用我們的算數技巧。計算思維也是一樣的，只不過我們已經在基礎教育中教算術，而沒有教計算思維。

科學人：微軟正在做將計算思維推廣到教育體系的工作嗎？

周以真：自2006年以來，從K-12（從幼兒園到高三）到高校，計算思維在不同的教育系統中取得了很大的成果。其中，成績最喜人的國家是英國。西蒙·佩頓-瓊斯（Simon Peyton-Jones）等德高望重的計算機學家在基層做了許多努力，英國教育部也自上而下地傳達規定。自今年秋天起，所有K-12的學生將按年級學習合適的計算機科學概念。

我相信中國的大學也正在計算思維的應用上取得進展。這裡的高校都設有《大學計算機基礎》課程，而我們正試圖改變這些課程的內容。和只教學生怎麼用Word、Excel或者PPT相比，學生更需要被傳授計算思維，來掌握怎麼樣既「做好飯」，又不至於「把菜放涼」了。

我很高興微軟亞洲研究院正在引領這種變革。響應中國教育部的號召，我們在徵集計算機課程的改革方案，並為最終選出來的21個優秀方案提供資金上的支持。希望到2015年的時候，能有700萬中國大學生接受計算思維教育。我們還有很長的路要走，不過我很受鼓舞，對未來也很樂觀。

無論是人還是機器，都能運用計算思維來更有效率地解決各種問題。圖片來源：carnegiemellontoday.com

計算機科學：最受歡迎的大學課程

科學人：今年，哈佛大學的計算機科學導論課程第一次擊敗經濟學課程，成為新生報名數量最多的課程，你怎麼看這種現象？

周以真：在美國，計算機科學是目前最受歡迎的學科。這主要是因為計算機科學家在業界供不應求，他們需要從高校招攬計算機方面的人才來滿足業界發展需求。谷歌、微軟、臉書這樣的科技企業在計算機科學方面的人才需求很大，人們對這個學科的興趣自然也與日俱增了。非計算機專業的學生也意識到他們需要學習計算思維和計算機技能。

科學人：你最初為什麼會對計算機科學感興趣的？

周以真：我是在麻省理工學院讀電子工程時對計算機科學感興趣的。那時，我得上一門叫「電腦程式的構造與解釋（Structure and Interpretation of Computer Programs）」的必修課。在這門課上，我接觸到了之前從沒聽說過的思路，比如λ演算。在那之前，我倒也上過一些編程課程，但並不太重視計算機科學。但當我意識到計算機科學並不只是編程，而具有數學和科學的深度時，我對這個學科著了迷。

科學人：在你看來，在大學和商業世界兩個領域，計算機科學是否有著不同的側重點？

周以真：先說說計算機科學的教育。大學的任務之一在於使下一代具備未來勞動力所需的技能。全世界的大學都正意識到計算技能的重要性——這種技能並不僅僅是指編程，還是指進行抽象思維的能力。因此，大學需要確定他們正在向學生傳授商業世界以後會需要的技術技能與思維方式。

至於計算機科學的研究方面，學術界的研究人員會以長遠的眼光來看待他們所關注的問題，而不會僅僅局限在自己選擇攻克的問題上。而在一個典型的企業研發實驗室裡，研究人員在科研時更需要考慮公司的任務、公司的產品和服務。

微軟研究院算是一個例外。跟其他企業的研發實驗室相比，微軟研究院鼓勵研究者進行長線研究，他們可以自由選擇鑽研哪些問題，並且公開發布研究結果。而和在高校相比，我們的研究者又更有可能將研究結果轉化為微軟產品或服務，產生巨大影響。同時，他們也能夠獲得高校所不可能擁有的數據與計算資源。

科學人：除了計算機科學之外，你對哪個領域最感興趣？

周以真：我的興趣挺廣泛的：我打心底喜歡數學、科學和工程類學科。而因為我自己的研究是關於安全和隱私的，我對社會科學、經濟學和行為科學也有所認識。由於我在美國國家科學基金會（NSF）的經歷，我對技術和政策也有興趣。拋開職業不談的話，我個人的業餘興趣則在於文科，尤其是文學，戲劇和舞蹈。

跨學科研究：計算機科學的舞臺

科學人：以往在大學，專業間的界限很清楚，似乎精專是最重要的。你怎麼看現在提倡的學科交叉？

周以真：在我看來，跨學科研究就是對兩個或兩個以上科目的內容進行綜合的研究，並且探索這些科目如何進行相互作用。一個學科的問題可能通過另一學科的技術和知識進行解決，解決問題的過程則反過來推動兩個學科的共同進步。

回顧科學發展的歷程，我們會發現過去的幾個世紀其實有許多學科彼此交互和融合，最後形成一個新學科的例子。計算機科學也是這樣一種融合的結果，它是從數學、電子工程、運籌學和商科的交融中產生的。今天的很多新學科也是計算機科學和其他學科結合產生的，計算生物學就是其中之一。

科學人：計算機科學在跨學科研究中起著怎樣的作用？

周以真：我回答這個問題可能會有些偏心，因為我覺得計算機科學在所有科學學科中都有所作為，甚至在除了科學與工程學之外的領域都發揮著作用——現在在美國，你甚至可以攻讀「數字新聞學」的碩士。

周以真博士和圖靈獎得主姚期智博士在峰會上談論計算機科學在跨學科研究中作用。圖片來源：微軟亞洲研究院

科學人：其他專業的學生與計算機科學專業的學生交流時似乎有隔行如隔山的疏離感，反之亦然。作為教育者，你們怎樣讓學生多去了解其他領域？

周以真：就美國而言，不同的大學會有不同的機制去鼓勵學生進行專業外的學習，其中一個方法是要求學生分布式地修習不同領域的課程。卡內基梅隆大學（CMU）則會要求計算機科學系的學生必須輔修其他課程。另外由於CMU是私立大學，上學很貴，所以很多學生一次主修兩三個學科，物盡其用嘛。學校本身形成了多學科學習的文化氛圍，學生們也就會以此互相競爭。

我想要強調的是，學校應該鼓勵而不是限制學生的自主發展，因為大學的宗旨在於讓學生發掘自己的潛力。這也是通識博雅教育的亮點之一。

科學人：在你看來，哪個學科會因計算機科學而發生最大的變化？又有哪個學科最可能反過來推動計算機科學繼續發展？

周以真：我相信所有學科都能從計算機科學的進步中獲益，反過來，計算機科學也能從所有其他學科的發展中得到好處。所以要從那麼多學科裡挑一個是很難的，不過要是硬要選的話，目前我會選生物。

一方面，計算機科學向生物學提供了許多形式模型來表現或解釋複雜系統在互動時的動態變化——畢竟作業系統本身就是一個由交互過程組成的複雜系統。另一方面，計算機科學家發明了能分析大量數據的技術，機器學習也讓我們得以揭示隱藏在大數據中的規律。

反過來，生物學也在推動計算機科學的進步。任何生物系統中發生的相互作用，無論是規模還是本質都遠超當今計算方法所能企及的地步。更遠地看，生物系統可以被看做信息處理系統。我們或許能利用自然或者合成的生物系統的計算能力來製造新型的計算機。想像一下，未來的計算機也許是用生物材料製成的呢！

科學人：馬克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）在訪問清華時表示Facebook在未來10年會專注於開發人工智慧和虛擬實境。在你看來，計算機科學的未來將是怎樣的？

周以真：現在是所謂「人工智慧的春天」。計算機視覺、語音、機器翻譯和自然語言處理領域，各自經過了數十年緩慢而持續的發展。到現在，我們已有能力將它們融合起來。微軟正將這些人類智能中的不同子任務整合起來，希望讓計算機看得見、聽得懂、說得出、學得會。

我們也正置身於一個「移動為先，云為先」的時代。這意味著無論何時何地，每個人都能通過小型設備獲取海量數據與巨大的計算能力。所謂「普適」，就是指任何人在任何時間地點都能計算。

當然，現實還是會給我們的熱情潑冷水，我們仍面臨著種種重大的技術難題，微軟研究院和計算機科學界都期待攻克這些挑戰。

科學人：機器學習取得了前所未有進步，面對可能隨之而來的道德問題，比如隱私問題，我們做好準備了嗎？

周以真：當前，網際網路的規模讓第三方得以輕易地獲取我們的個人信息，數據挖掘和機器學習又進一步讓推斷我們的個人習慣和偏好變得簡單，使第三方與我們的互動更加個人化：向我們推薦書籍啊，提醒我們朋友的生日啊什麼的。不管是心甘情願或是毫不知情地，人們都在用部分隱私換取更多效用。

因此，我們需要更好更公開地交流個人隱私問題：企業與消費者、政府與公民、技術人員與政策制定者、計算機科學家與社會科學家、科學家與倫理學家之間，都需要進行溝通。我們應該開發新的技術讓人了解他人知道自己的哪些信息，也應該有新的政策則應促進某種隱私保護技術的推廣，使它更加具有影響力。（編輯：wuou）

周以真目前的研究興趣在於可信賴計算，其中重點集中在安全和隱私方面。計算機科學的未來會是怎樣的？我們拭目以待。圖片來源：Carnegie Mellon University

感謝@Jerrusalem 對此文的貢獻。

文章題圖：Carnegie Mellon University