資料結構與演算法的七個思考術

一般文件或書籍在探討演算法與資料結構時，主要著重在時間與空間複雜度的探討，在以某語言示範實作時，為了集中探討問題，經常採用語言的最小子集來實現。

程式語言的語法形式，多半會限制程式設計者對演算法與資料結構重要觀念的思考，因而不少文件或書籍亦用虛擬碼（pseudocode）作高層次描述。

就初次學習資料結構與演算法而言，這是必要的過程，去除語言的語法雜訊，著重心力在時間與空間的成本探討，是為了培養程式的效率觀點。

若對資料結構與演算法已有一定基礎，可嘗試應用語言特性，從語言的主要典範（Paradigm）來實作資料結構與演算法，從中獲得各種角度的啟發，甚至培養應用程式的架構觀點。

C：分解函式讓邏輯更清晰
C是一門古老但歷久彌堅的語言，許多資料結構與演算法的書籍或文件，都以C為實作時的示範語言。

以現在眼光來說，C語言語法元素不多，用來描述特定問題時，可讓觀摩者集中心思在資料結構與演算法的主要概念。

由於多半的範例程式碼，是在一個函式（Function）中描述完實作方式，不過這對一個較複雜的資料結構與演算法來說，容易令人費神去追蹤與揣摩出每個步驟的狀態與目的為何。

觀察C語言對資料結構與演算法的實作程式碼時，可試著分解當中的輸入輸出，並導入函式來代替邏輯泥塊（Logic clump）。

一般文件為了精簡示範程式碼，會直接在函式夾帶輸入輸出，將輸入輸出抽出可讓函式進行純粹計算，培養讓函式通用化的想法。逐步導入函式取代泥塊，可讓邏輯更為清晰，並且曝露不必要的流程、計算或條件判斷，進而改良程式的可讀性與效率問題。

Java：將相關職責封裝為物件
Java雖不能說是純粹的物件導向語言，但由於其普及度，稱為物件導向觀念的重要推手，並不為過。

由於Java開發者眾多，不少資料結構與演算法書籍是以Java作為實作。有些書籍文件，只是將C語言的實作版本翻譯為Java語法，作為首次接觸資料結構與演算法，並想看看如何以Java語言實作是可以，但日後可試著將程式碼整理組織為物件，從中培養基本的物件導向觀念。

被分解夠細的方法（Method）是組織物件的必要基礎，下一步是將相關方法組織為物件。如果演算較複雜，甚至可組織出兩個或多個物件，並思考物件間的互動與避免依賴。

Java無需花費太多心思回收不再使用的物件，因而可試著讓資料結構與演算法的實作更動態。在考慮通用化時，適當地實作標準介面或自訂介面，或者嘗試使用泛型（Generics）讓資料結構與演算法實作能更適用於各種場合，可藉以培養抽象化的思考。

Python：拘謹而簡明的動態語言

相較於編譯時期執行型態檢查的靜態語言來說，動態語言可以更直接、簡潔且快速地以程式碼描述出解題方式。

由於Python簡明的語法，將虛擬碼翻譯為Python程式碼往往是非常自然的過程。將C或是Java的程式碼翻譯為Python，往往更能清楚看出計算的邏輯性。不用在乎變數型態，能使得開發者更著重在物件應有的行為，而不僅僅是實作某個介面型態，但犯下不遵守行為規範的錯誤。

Python支援程序式（Procedural）、物件導向等多重典範設計。儘管Python本身聲明，函數式（Functional）設計不會是Python追求的目標，但令人意外地，Python具有多種支援函數式設計的元素，使之成為最適合銜接函數式設計的媒介。

試著用Python將命令式（Imperative）實現的資料結構與演算法改為函數式實現，經常比直接使用函數式為主要典範的語言來得容易。

Scala：融合物件導向與函數式
相較於C、Java，使用Scala介紹資料結構與演算法的資料不多，試著自行實作會是種矛盾、衝突與改進的過程。

單看程式碼外觀，可當它作瘦身版的Java，只不過在將Java的資料結構與演算法程式碼翻譯為Scala時，容易感受到它對Java的不滿與理念堅持。

這會令你反省原本Java程式碼是否設計不當，結果往往是如此。你會感受到Java原來應有的樣貌，進一步體會到物件導向該是怎樣的設計。

作為更好的Java，不是Scala唯一目標，它提供了更多函數式元素。如果要同時融合物件導向與函數式，Python會是一種選擇，不過Scala似乎更好。如果你覺得同時融合物件導向與函數式有點難，先試著用Python，如果熟練了，再用Scala實現一次。

Ruby：有趣的市集語言
因為Rails而在世界知名度上躍升的Ruby頗為有趣，就像個熱鬧的市集，你要的它幾乎都有，只不過可能換名字，或者改造為它特有的語法。

多半情況下，把Python程式碼的資料結構與演算法實現，拿來修改會很快，不過總要想一下，Python的這個語法在Ruby中到底是什麼呢？你可以用程序式、物件導向、函數式，把C、Java、Python、Scala的程式碼重新用Ruby實現，沒有哪個實現方式會是錯的，重點是始終保持一致風格，或許這是用Ruby實現時，最該努力思考的方向。

JavaScript：有就湊合點用，沒就自己打造
身為一門鹹魚翻身的語言，JavaScript的運氣也真是好得過頭。有時你直覺認為它該有的特性結果沒有，有時直覺它不會有的特性，偏偏就讓你有撿到寶的感覺。

JavaScript是物件導向語言，不過是基於原型的（Class-based）；語法像Java，不過是動態語言，但弱型別讓人傷腦筋；它擁有一級（First-class）函式這個好東西，不過閉包（Closure）以及可怕的this，好幾次都差點讓你砸了電腦。

使用JavaScript實現資料結構與演算法時，重點在於有得用的東西就湊合點用，沒得用就自己打造。好處大概就是，你比較不會有重新打造輪子的感覺。

Haskell：嘗試純粹的函數式
儘管你已經試過函數式概念實現資料結構與演算法，但往往相同問題改用Haskell實現時，才發現先前的實現不是那麼純粹的函數式。

使用像Scala這種較寬容且摻雜物件導向概念的語言，來瞭解函數式，畢竟是蒙上了面紗。純函數式語言有許多令初接觸者匪夷所思的限制，像是Haskell其實沒有變數（儘管不少場合還是用了變數這名字讓人較易理解），光這點就讓人腦筋轉不過來。

嘗試以純函數式來實現資料結構與演算法，對熟悉命令式的開發者是挑戰，如Haskell設計者Simon Peyton Jones所言：「純函數式領域中學到的觀點和想法，可能會給主流領域帶來資訊、帶來啟發。」

現在許多主流語言都是多重典範，其中不少元素都源自純函數式領域。嘗試使用純函數式的Haskell，往往令人反省得知Python、Scala、Ruby、JavaScript中的某些元素，本來該是何種樣貌，你會有種想回去修改程式碼的衝動。

其實不只是使用Haskell時會獲得啟發，當你嘗試用另一門語言來實作同樣的資料結構與演算法時，總是會因為語言元素不同，而導致不同的思考角度，這類啟發是一連串彼此回饋的迭代過程，從而在實務上加深對各種語言、程式庫等的認識，進一步為更高層的架構設計奠定重要基礎。