改變世界的九大演算法：讓今日電腦無所不能的最強概念

　　榮獲美國出版人協會（Association of American Publishers）電腦資訊科學最佳書籍獎

　　電腦網路技術無所不在：每天，我們從海量的資訊中搜尋到所要的資訊、我們上傳照片到臉書上、我們運用公鑰加密來傳送私人資訊例如信用卡號碼等等、我們使用數位簽章來確認所造訪的網站的真偽……

　　這本書介紹了讓電腦網路世界得以運作，塑造今日人類生活的九種最重要的演算法（algorithm）。作者挑選這九大演算法的標準是：

　　1.每天會被一般電腦使用者用到的演算法。
　　2.必須能解決現實世界的具體問題。
　　3.主要是與資訊科學理論有關的演算法。
　　4. 美、簡潔、優雅。

　 　本書所介紹的九大演算法是：搜尋引擎的索引（search engine indexing）、網頁排序（page rank）、公鑰加密（public-key cryptography）、錯誤更正碼（error-correcting codes）、模式辨識（pattern recognition，如手寫辨識、聲音辨識、人臉辨識等等）、資料壓縮（data compression）、資料庫（databases）、數位簽章（digital signature），以及一種如果存在的話將會很了不起的偉大演算法，並探討電腦能力的極限。

　　作者將我們日常生活會用到的電腦功能 背後的道理，以淺顯易懂的方式介紹，不具備資訊科學的背景也可以了解。而且令人驚喜的是，每一種演算法，都是一個解決問題的創意與線索，也讓我們得以一窺 近代數學家、資訊科學家的努力探索成果。面對越來越科技化的現代生活與職場挑戰，這些基本原理和概念值得我們去了解、吸收，為未來世界做好準備。

本書特色

　　１．演算法，做為電腦科技的核心，正在改變世界與你我的生活！

　　２．這本書介紹每個人日常生活會用到的演算法，身為現代人，面對越來越科技化的未來，這本書必讀！

名人推薦

　　PanSci泛科學總編輯 鄭國威　大力推薦！

媒體好評

　　「這是一本很容易讀的書，介紹了一些很重要的演算法。最重要的是，這本書傳達了一種神奇——不光是指科技的成就，而是使得電腦發揮神奇功能的美麗科學。」－－Andreas Trabesinger，《自然物理學》(Nature Physics)

　　「這本書寫得非常好……風格相當平易近人，適合廣大讀者閱讀。」－－John Gilbey，《泰晤士報高等教育專刊》(Times Higher Education)

　　「作者讓讀者有一種發動機的感覺，這台發動機為網路世界提供動力……本書讓讀者體會真實世界，開始看到這些演算法在你我周遭活跳跳。」－－Kevin Slavin，《新科學家》(New Scientist)

　　「成功地把電腦科學呈現給廣大群眾。」－－Ernest Davis，《工業與應用數學學會通訊》(SIAM News)

　　「作者讓大家稍稍體會到，我們電腦科學家們之所以對演算法如此興奮的原因——因為演算法的功用，還有它們的美與優雅。」－－Paul Curzon，《科學》（Science）

作者簡介    

約翰．麥考米克John MacCormick

　　他是資訊科學領 域傑出的研究學者與教授。他在牛津大學取得電腦視像（computer vision）博士學位，曾經在惠普（HP）與微軟（Microsoft）的研究實驗室工作。目前於賓州的狄金森學院（Dickinson College）擔任數學與資訊科學教授。

譯者簡介

陳正芬

　　專職 譯者，美國伊利諾大學香檳分校會計碩士。譯有《QBQ！問題背後的問題》、《奢華，正在流行》、《C型人生》、《假如你明天當上主管》、《用心飲食》、 《一座小行星的新飲食方式》、《葛林斯班的騙局》、《你的錢，為什麼變薄了》、《定價思考術》、《發現你的經濟天才》、《達蜜經濟學》、《關懷的力量》 等。

目　次

推薦序 當演算法改變世界，認識演算法就是義務 / 鄭國威
前言

第1章 引言：讓今日電腦威力無窮的神奇概念
演算法：天才就在彈指間
偉大演算法的條件是什麼？
這些偉大的演算法為什麼重要？

第2章 搜尋引擎的索引：配對與排序
AltaVista：第一個網路規模的配對演算法
古早時代的陽春式索引
文字─位置技法
排序與相鄰
元詞技法
光是標註索引和配對技法還不夠

第3章 網頁排序：讓谷歌起飛的技術
超連結技法
權威性技法
隨機漫遊技法
網頁排序的實作

第4章 公鑰加密：用明信片寄送祕密
用共同的祕密來加密
設定一個公開的共同祕密
實務上的公鑰加密

第5章 錯誤更正碼：錯誤可以自己修正！
偵錯與改正的必要性
重複的技法
冗餘技法
校驗技法
定點目標技法
真實世界中的糾錯與偵錯

第6章 模式辨識：從經驗中學習
問題是什麼？
最近鄰居技法
二十個問題技法：決策樹
神經網路
模式辨識：過去、現在、未來

第7章 資料壓縮：白吃的午餐
無損失的壓縮：終極的白吃午餐
有損失的壓縮：不是白吃的午餐，但很划算
壓縮演算法的由來

第8章 資料庫：追求一致性
交易與待辦事項清單技法
複製資料庫所用的「準備然後承諾技法」
關聯式資料庫與虛擬表格技法
資料庫的人性面

第9章 數位簽章：這軟體到底是誰寫的？
數位簽章究竟用來做什麼？
書面簽字
上鎖的簽字
利用乘法鎖來簽字
利用指數型鎖來簽字
數位簽章的實務
解決矛盾

第10章 什麼是可計算的？
程式錯誤、毀壞和軟體的可靠度
反證法
用於分析其他程式的程式
有些程式不可能存在
尋找當機的程式不可能存在
電腦的極限給我們的啟示

第11章 結論：未來會如何呢？
頗具潛力的演算法
偉大的演算法可能失去光彩嗎？
我們學到了什麼？
旅程的結束

資料來源與延伸閱讀

推薦序

當演算法改變世界，認識演算法就是義務

　　看完本書書稿，回頭繼續盯著電腦工作的我，有點感動，彷彿跟網路世界交上了心。

　　科普書的市場準則：出現的算式越多，賣得越差。曾經聽一位出版社編輯說，即使是在書名上出現「E=mc2」，都會讓他們猶豫再三，深怕影響銷量，這也難怪針對電腦科學或演算法的科普書那麼的少。即便我們的世界已經被電腦科學所顛覆，絕大多數的人，包括我在內，都只是傻傻地看著奇蹟變成慣習。

　　《改變世界的九大演算法》是本我願意大力讚許跟推薦的好書，不僅因為這本書勇於碰觸科普書出版的禁忌，而是因為本書作者，美國迪金森學院數學暨電腦科學系教授約翰˙麥考米克（John MacCormick）俐落的文筆跟清晰的鋪陳，足以抹消非專業人士對演算法的恐懼。

　　搜尋引擎到底是如何在百億個網頁之中，於零點幾秒之內找到我們想要的那個連結？讓數十億人感到滿意的網頁排序是如何實現的？如何在網路上傳輸隱私資訊，而不被中間無數節點看得一清二楚？如何驗證收到的資料是正確，無篡改的版本？人工智慧的基本原理是什麼？…… 如同作者所說，看完本書並不會讓你我可以即刻動手寫程式，變成演算法大師，但了解其運作原理，足以讓人感到任督二脈暢通，擁有了練內力的根基。

　　作者善於用簡單的小案例開始，一層層地將演算法的精神跟實際應用堆疊而上，讓我們從邏輯上去了解演算法的設計因由，至於繁複的計算過程在本書其實並非主角，除了幾個掰掰手指就能算出的範例外，作者並未給讀者太多負擔，因為在真實情況下，要展現演算法的能耐，也只能交由電腦去算。只要邏輯通了，演算法的設計美感就自然浮現，而這就是作者每一章節由淺入深，幾乎可說是循循善誘的寫作想要帶領我們進入的境界。

　　近來最熱門的科技產業關鍵詞「大數據」，讓產官學無不趨之若鶩，但大數據跟青少年的性經驗一樣：每個人都在談，每個人都宣稱自己做了，然而真正讓數據展現出價值的並非空談，而是演算法。從股市到戰爭，從自動交易到自動使用武力，背後都是演算法，而儘管實際做法不同，但看完本書，你都能更加理解演算法何以改變世界，也比較能理性地看待許多吹得上天下地的大數據忽悠文。

　　從另一方面來看，演算法本身即是戰場。無數網路高手抱持著挑戰或是為惡的心態，試圖打穿演算法之牆（或是悄悄繞過），有趣的是，台灣正是核心戰場之一。「誰說台灣是個沒有天然資源的國家？台灣最大的天然資源就是病毒樣本」這句話來自於一位知名台灣駭客 Birdman。台灣面對的入侵跟資安事件多不勝數，在世界上僅次於美國，是病毒（惡意程式）樣本數量最多的地方，既然如此，那麼對我們來說，多去認識電腦科學與演算法，就更是一種義務了。

前言

　　電腦運算（computing）正在改變我們的社會，影響之深一如物理學和化學在過去兩百年為人類帶來的改變。數位科技幾乎全面影響你我的生活乃至於掀起革命，有鑑於電腦運算對現代社會的重要性，然而人們對造就這一切事物的基本概念所知卻如此有限，就顯得有些矛盾了。電腦科學的核心正是在研究這些概念，而這本約翰．麥考米克（John MacCormick）的新書，就是將這些概念傳達給一般讀者的少數書籍之一。

　　一般人對於電腦科學做為一門學科的體認相對欠缺，理由之一是在高中階段很少教導這些東西。物理和化學的入門課通常是必修，然而通常要到了大專、大學階段，才真正有電腦科學這門課。此外學校教的電腦運算或資訊與通信技術（Information and communication technology，簡稱ICT），通常只是使用套裝軟體的技術訓練，也難怪學生會覺得乏味。即使學生很自然地對於電腦技術應用在娛樂和通訊方面感到興趣，但卻因為印象中這些技術的創造缺乏學術的深度，使得他們的興趣沒有進一步發展。或許這就是過去十年來，美國研讀電腦科學的大學生人數減少了50%的原因。基於數位科技對現代社會的關鍵重要性，現在正是讓人們對電腦科學的奧祕重燃起興趣的最佳時機。

　　2008年，我有幸被選中在第180屆英國皇家科學院聖誕講座（Royal Institution Christmas Lectures）上台報告，這個活動是由偉大科學家法拉第（Michael Faraday）於1826年所發起。2008年的演講首度以電腦科學為主題，我在準備時花了很多時間思索該如何向普羅大眾介紹電腦科學，結果發現資源很少，幾乎沒有科普書能滿足這樣的需要，也因此這本書特別令人期待。

　　作者將複雜的電腦科學觀念很完美地傳達給讀者大眾，其中一些觀念的美與優雅，本身就值得大眾的關注。舉個例子：過去幾十年來，在公開管道上進行安全通訊一直是個棘手問題，直到人們想出了如何在網路上安全地傳送機密資訊（例如信用卡卡號），才造就了電子商務爆炸性的成長。在本書中，作者是以比喻的方式來說明這些優雅的解決方案的來龍去脈，讀者不須具備電腦科學知識就可以理解。諸如此類的優點，使本書成為不可多得的科普書籍，我極力推薦。