10-计算机怎么分析问题？

你好，我是悦创。

上一集，咱们讲了计算机使用的数学语言——二进制。虽然跟咱们经常用的十进制不太一样，但也是有了可以用来计算的数字了。

可光有数字还不行呀，你想，咱们在小学学完数字之后，接下来就要学加减乘除这些运算了。那计算机要想拿二进制的数字进行运算，也需要一套合适的运算法则。

你可能会说了，运算法则不就是加减乘除吗？还能有什么别的运算？你还别说，还真有，而且，这一套运算法则比加减乘除更适合计算机电路。这一讲，我就来给你说说这种新的计算法则。

计算机用的这套运算法则叫做逻辑运算，听起来有点陌生对吧？但它常见的三个运算法则，用一个小游戏就能理解。

现在想象一下，你是计算机芯片里的一个小元件了，咱们上一集说了，计算机里面只有“有电”和“没电”两种状态，咱们就用灯泡亮着表示有电，灯泡灭掉表示没电吧。逻辑运算的规则，只需要咱们开灯关灯就可以了。

第一种常见的运算法则叫做“非”，也就是不的意思。非运算要怎么做呢？很简单，你看一下前面的同学：如果他手里的灯是亮的，你就把自己的灯灭了；如果他的灯灭了，你就把自己的灯点亮。就跟他反着来，这就是非运算，很简单吧？

第二种常见的法则叫做“或”，就是或者的意思。现在你对面的同学手里有两个灯泡了，一手拿一个。如果他手上有灯泡是亮的，一个或者两个都行，只要有亮的，你就把手上的灯点亮，如果他手上两个灯都是灭的，那你就把灯关了，这就是“或”运算。

第三种常见的方法叫做“与”，假如你对面的人还是一手拿一个灯泡，如果两个灯泡都是亮的，那你就点亮自己的灯泡，否则就不开灯。

听着就很简单吧？这就是三种特别常见的逻辑运算，当然了，逻辑运算还有其他的运算规则，但也都和四则运算的规则很不一样。这一套运算体系，是数学家乔治·布尔建立的，所以这种算法又叫做布尔运算。

虽然布尔提出了这一套运算规则，但在布尔生活的时代，这套运算规则在实际应用中还特别少，人们关注程度也不太高。那后来这套规则是怎么被用到计算机里的呢？而且，为啥偏偏选中了这种计算规则，不用咱们熟悉的加减乘除呢？

这就要说到一位特别厉害的科学家了，他叫香农。现在音频封面上显示的，就是香农的照片。

你别看他一脸严肃的样子，他其实是一个特别爱玩的科学家。他不光爱骑独轮车玩杂耍，还喜欢制造奇奇怪怪的机器，比如，电动弹簧高跷、能自己找迷宫出口的电动老鼠，还有按一下按钮就会伸出一只机器手的盒子。

虽然他发明的东西听起来就很滑稽，但是这并不影响人家香农做科学研究，他可是一位超厉害的科学家。

有多厉害呢？你还记得咱们前面说的大科学家图灵吧？香农曾经就跟图灵一起讨论过关于“图灵机”的事情，“图灵机”的很多构想香农自己也都想过，而且更厉害的是，他觉得，“图灵机”不单单只是一个数学模型，现实生活中就可以造出类似图灵机的机器，用它来解决各种各样的问题。

当然了，香农并不只是简单想想，他还提出了一套实实在在的解决办法。

我们上一讲说到过，计算机电路里会用二进制的0和1来代表电路的开和关，把各种各样的数据信息都变成电信号，这个想法就是香农提出来的。但光有了0和1还不够，香农还需要找一套适合计算机的运算法则，不然也没法处理这些信息。

那为什么不用现成的加减乘除法呢？

我给你举个例子你就明白了，比如说加法，你可能觉得，咱们用一份电压表示1，那1+1=2不就可以用一份电压加另一份电压等于两份电压吗？

这样想倒是没错，但是按照这个规则，咱们就要用不同的电压来表示不同的数字。计算机做的运算一般都很复杂，那就会产生好多种不同的电压。

比方说吧，人类还真的制造过一种三进制计算机，它把电压分成了高中低三个档。结果，它计算起来就特别容易出错。那如果真的用加减法作为计算机的运算规则，用电压高低来区分数字，也会碰到类似的问题。

而且，早期的计算机还比较简单，如果旁边有其他机器的干扰，电压也很容易出现偏差，计算就会出错。所以，加减乘除法用在计算机电路里不太合适。

怎么办呢？巧的是，香农在读硕士的时候，看到了布尔提出的布尔运算。他觉得，这套规则用到电路里简直是太合适了。

你想，咱们前面说布尔运算的时候，是拿小灯泡的亮和灭打比方的，其实，小灯泡的亮和灭不就是计算机电路里面的有电和没电吗？

所以，布尔运算的规则再加上二进制，正好就可以让计算机处理信息。当然了，香农也在二进制和布尔运算的基础上构建了一套更复杂的体系，好让计算机能够进行各种各样的运算。

香农在读硕士的时候，压根就没有电子计算机呢。香农当时是想把二进制和布尔运算运用在电子电路里，要知道电子和电路可是现代电子计算机的基础，后来的计算机都是在这个基础上建造起来的。这么看来，咱们能用上手机、电脑还真得感谢香农呢。

另外，咱们今天用来给手机、电脑发送信息的数字信号，也是在他的理论基础上建立起来的，今天你能用手机听少年得到的课程，也得感谢香农呢。

那通过这两集，咱们了解了计算机最底层的信息处理方式，在它们眼里，一切信息都被抽象成了0和1，一起的运算法则呢，也都被抽象成了逻辑运算。

你可能会觉得，诶？咱们不是说编程吗？计算机到底是怎么处理信号好像跟编程没啥关系吧？咱们设计程序时又不需要管计算机里的电流是什么样的，哪个小灯泡亮着、哪个小灯泡灭了。你还记得咱们前面说过吧？编程思维中特别重要的一种思想是问题转化。

你想，咱们的计算机只通过电流的开和关传递信号。怎么用开和关这两个简单的信号解决复杂的问题呢？咱们用二进制的0和1来表示电流的开合关，又用布尔运算来对开和关的信号进行处理，这就是建立了一种方法把电流转化成了信号。

所以呀，二进制和布尔运算不仅仅是咱们的计算机能进行编程的基础，本身也是一种编程思维的运用。

那下一集，我要给你说一个更贴近咱们生活的技术，语音识别。在生活中，你只要对着手机或者是智能音箱喊一声它的名字，它就会立即回答你。那手机和音箱是怎么听见你喊它的呢？你可以把这一讲分享给小伙伴，跟他们一起讨论下。下一集，咱们就说说这件事。我们下集见。