3.9. Уроки

Программа markov имеет длинную историю. Первая версия была на­писана Доном Митчелом, адаптирована Брюсом Эллисом и применя­лась для разнообразной забавной деконструктивистской деятельности на протяжении 1980-х годов. Она не имела никакого развития до тех пор, пока мы не решили использовать ее для иллюстрации университет­ского курса по проектированию программ. Однако и мы, вместо того чтобы сдуть пыль с оригинала, заново переписали ее на С, чтобы живее прочувствовать связанные с ней проблемы. После этого мы написали ее на ряде других языков, в каждом случае используя присущие тому или иному языку идиомы для выражения одной и той же основной идеи. После прочтения курса мы не раз еще переписывали программу, доби­ваясь лредельной ясности и идеального вида.

Однако на протяжении всего этого времени основа проекта остава­лась неизменной. Самые первые версии использовали такой же подход, что и версии, представленные здесь, разве что появилась вторая хэш-таблица для хранения отдельных слов. Если бы нам сейчас пришлось переписать все еще раз, мы бы вряд ли многое изменили. Архитектура программы ко­ренится в принципиальной структуре данных. Структуры данных, конеч­но, не определяют каждую деталь, но формируют общее решение.

Переходы между некоторыми структурами данных вносят совсем не­много различий, например переход от списков к расширяемым мас­сивам. Некоторые реализации решают проблему в менее общем виде, например код на Awk или Perl может быть запросто изменен для обра­ботки префиксов из одного или трех слов, но попытка реализации пара­метрического выбора размера префикса будет просто ужасна. Большое преимущество программ на объектно-ориентированных языках вроде C++ или Java состоит в том, что, внеся в них совсем незначительные из­менения, можно создать структуры данных, подходящие для новых объектов: вместо английского текста можно использовать, например, программы (где пробелы будут уже значимыми символами), или музы­кальные ноты, или даже щелчки мыши и выборы пунктов меню для ге­нерации тестовых последовательностей.

Конечно, несмотря на то что структуры данных различаются слабо, программы на разных языках достаточно сильно отличаются друг от друга по размеру исходного кода и быстродействию. Грубо говоря, про­граммы, написанные на языках высокого уровня, будут более медленны­ми, чем программы на языках низкого уровня, хотя оценку можно дать только качественную, но не количественную. Использование больших строительных блоков, таких как STL в C++ или ассоциативные массивы и обработка строк в скриптовых языках, приводит к более компактному коду и серьезно сокращает время на создание приложения. Как мы уже отмечали, за удобство приходится платить, хотя проблемы с быстродействием не имеют большого значения для программ типа рассмотренной, поскольку выполняется она всего несколько секунд. Менее понятно, однако, как оценить ослабление контроля над про­граммой и понимания происходящего со стороны программиста, когда Нлзмер "заимствованного" кода становится настолько большим, что отследить все нюансы становится невозможно. STL-версия — это как раз тот самый случай: ее производительность непредсказуема, и нет простых способов как-то с этим разобраться. Немногие из нас обладают достаточным запасом сил и энергии, чтобы разыскать источник трудностей и исправить ошибки.

Это всеобщая и все растущая проблема программного обеспечения — по вере того как библиотеки, интерфейсы и инструменты все более усложняются, они становятся все менее понятными и менее управляемыми. Когда все работает, среда программирования, имеющая много вспомогательных средств, может быть весьма продуктивна, но когда эти средства Нгказывают, трудно найти спасение. Действительно, если проблемы связаны с быстродействием или с трудноуловимыми логическими ошибками, то мы можем даже не понять, что что-то идет не так, как надо.

Проектирование и реализация этой программы дали нам несколько уроков, которые стоит усвоить перед тем, как браться за большие программы. Первый — это важность выбора простых алгоритмов и структур данных: самых простых из всех, что смогут выполнить задачу, уложившись во все ограничения (по времени, размеру и т. п.). Если кто-то уже Вписал эти структуры или алгоритмы и создал библиотеку, то нам это только на руку; наша C++ версия выигрывала как раз за счет этого.

Следуя совету Брукса, мы считаем, что лучше всего начинать детальнoe проектирование со структур данных, руководствуясь знаниями о том, какие алгоритмы могут быть использованы; после того как структуры данных определены, код проектируется и пишется гораздо проще.

Трудно сначала спроектировать программу целиком, а потом уже писать; создание реальных программ всегда включает в себя повторения и эксперименты. Процесс непосредственного написания программы вы­нуждает программиста уточнять решения, которые до этого существова­ли лишь в общем виде. Для нашей программы это весьма актуально — она претерпела множество изменений в деталях. Изо всех сил старай­тесь начинать с чего-нибудь простого, внося улучшения, диктуемые опытом. Если бы нашей целью было просто реализовать алгоритм цепей Маркова для развлечения — тексты бывают довольно забавными, - мы практически наверняка написали бы его на Awk или Perl, причем даже не позаботившись навести глянец, который мы вам продемонстрирова­ли, — и на этом успокоились бы.

Однако код для настоящего промышленного приложения требует го­раздо больших затрат, чем код прототипа. Если к представленным здесь программам относиться как к промышленной реализации (поскольку они были отлажены и тщательно оттестированы), то усилия на создание промышленной версии будут на один-два порядка больше, чем при на­писании программы для собственного использования.

Упражнение 3-8

Мы видели множество версий этой программы, написанных на раз­личных языках программирования, включая Scheme, Tel, Prolog, Python, Generic Java, ML и Haskell; у каждой есть свои преимущества и свои недостатки. Реализуйте программу на своем любимом языке и оце­ните ее быстродействие и размеры кода.