Dijkstra 的计算世界：为何荷兰孕育了如此伟大的程序思想？

在计算机科学的发展史中，若要评选一位兼具哲学深度与技术创新的开创者，Edsger W. Dijkstra 必居前列。他不仅以“Dijkstra算法”奠定了图论路径搜索的经典地位，也以其对程序结构、形式方法、并发控制等诸多问题的深刻见解，对整个计算思维方式产生深远影响。更重要的是，Dijkstra所代表的并非孤立个体的闪光，而是根植于荷兰这一科学文化沃土的系统性产出。

“程序设计不仅是技术问题，更是思维方式的问题。” —— Edsger W. Dijkstra
——Edsger W. Dijkstra

目录

引言：思想的土地，程序的源泉

在全球计算机科学史上，荷兰是一个不可忽视的高地。这里不仅孕育出图灵奖得主 Edsger W. Dijkstra，也诞生了 Python 语言之父 Guido van Rossum、语言文法大师 Adriaan van Wijngaarden 等一批思想深邃、风格独特的计算机科学大家。尤其是 Dijkstra，他的算法、结构化编程思想与计算哲学，不仅深刻影响了程序设计本身，也开启了计算机科学的形式化和理论化道路。本篇博文以 Dijkstra 为中心，回溯荷兰计算机科学发展的土壤与脉络，探寻其为何成为“程序思想之源”。

一、Edsger W. Dijkstra：程序设计的哲学家

1.1 生平与早年教育

Edsger Wybe Dijkstra，1930 年出生于荷兰鹿特丹一个医生家庭，原本并未走在计算机科学的“职业跑道”上。他最初在莱顿大学修读物理，后来转至阿姆斯特丹大学完成学业。在学习过程中，他对形式逻辑和精密推理产生了浓厚兴趣，这为他日后的计算机科学研究奠定了严谨的数学与哲学基础。1951 年，Dijkstra 在阿姆斯特丹的“数学中心”（Mathematisch Centrum，后更名为 CWI）开始工作，负责自动计算项目的逻辑架构设计。他是极少数在计算机尚未成为独立学科之前，就开始编程并思考其本质的人。

1.2 最短路径算法的提出

1959 年，Dijkstra 发表了其最具影响力的成果之一：最短路径算法，后来被称为“Dijkstra 算法”。该算法设计初衷极其实用——为了帮助荷兰航空公司规划最优航线而设。其核心是一种贪心思想：每一步都从未访问过的节点中选取与起点距离最短者，并更新路径估值。该算法在当时不仅极大推动了图论在计算机科学中的应用，也成为今日路由计算、图像处理、操作系统调度等领域的基础算法之一。它以简单、稳定、效率高著称，是“算法优美性”的典范。

1.3 结构化编程思想的提出

Dijkstra 的另一重大贡献是提出结构化编程思想。他在 1968 年的一篇短文《Go To Statement Considered Harmful》中，公开批判了当时广泛使用的 goto 语句。他认为这会导致程序控制流混乱、不具可读性和可验证性。他强调，“程序的正确性不能靠调试，而是要从一开始就设计得正确”。这一思想深刻影响了编程范式的演化，为后来的模块化、函数式编程和形式验证方法提供了基础。结构化编程要求程序具备清晰的结构、逻辑分明的控制流程和可重用的逻辑单元，这在今天仍是程序员的基本素养。

1.4 写作风格与“EWD 手稿”

Dijkstra 以其极具个性的手稿体系闻名于世，他将每篇论文、通信和随笔编号为“EWD + 编号”，从 EWD1 一直写到 EWD1308。他坚持使用手写体，排版极其精致，句法严谨，逻辑清晰，甚至在 LaTeX 普及之前，他就自己创造了类似的结构化表达风格。这些手稿内容广泛，既包含算法理论，又涉及哲学思考、教学经验甚至对学术界的批评，成为一代程序思想家深度思辨的见证。EWD 系列至今被多个高校、档案馆数字化收藏，常被用作计算机科学教育与思想训练的资源。

1.5 图灵奖与晚年思想

1972 年，Dijkstra 因其对算法、编程语言结构和程序设计方法的开创性贡献荣获图灵奖。在其颁奖演讲中，他强调“清晰性比效率更重要”，并抨击了工业界盲目追求短期成果的做法。他将编程视作一种形式逻辑的艺术，一种对复杂性的驯服。在晚年，他移居美国，任职于德克萨斯大学奥斯汀分校，专注于形式化方法和程序正确性研究。他拒绝使用电子邮件，极少上网，仍以手写完成绝大多数学术工作。他的思想影响了整个形式化验证、函数式编程与类型系统的发展方向，成为后世程序员与计算科学家深受敬仰的哲学导师。

二、程序思想的起点：荷兰科研生态与逻辑传统

2.1 数学与逻辑的厚重积淀

荷兰在形式科学方面具有悠久传统。自 17 世纪以来，从笛卡尔与斯宾诺莎在逻辑与几何中的形而上探讨，到 20 世纪 Hilbert 计划后现代逻辑体系在欧洲的传播，荷兰教育体系逐步形成了注重逻辑推理、结构表达和形式系统建构的独特风格。荷兰大学的理科课程中，对数学逻辑、集合论、代数结构（如格、范畴）、证明论的训练格外重视，许多学生在本科学习阶段就要面对抽象严谨的命题、构造与证明任务。
在这样的教育土壤中成长起来的科学家天然具备形式化思维的基因。Dijkstra 在阿姆斯特丹大学主修物理，但在课程中频繁接触到了逻辑和数学分析，他对“证明过程本身的美感”有着极高敏感度，这也成为他后续提出“程序即证明”理念的基础。

2.2 CWI：欧洲的计算机科学摇篮

CWI（Centrum Wiskunde & Informatica，数学与信息中心）成立于 1946 年，是荷兰战后国家级科研体系重建的重要部分。作为欧洲最早研究自动计算与信息处理的机构之一，CWI 的任务并非狭义的“工程”，而是以数学语言和建模为核心，探索计算背后的结构与逻辑。
Dijkstra 在 CWI 担任研究员期间提出了著名的“最短路径算法”，但这只是他广泛科研活动的冰山一角。他还参与了 THE 操作系统的设计、同步原语的理论研究，并启发了分布式计算与并发理论的初步探索。值得一提的是，Python 语言的创造者 Guido van Rossum 也是 CWI 的后辈研究员，这种“逻辑 + 表达 + 代码”的交汇恰恰体现出荷兰对计算思维的深刻理解。
此外，CWI 一直与荷兰企业界保持紧密合作，如与飞利浦、壳牌、荷兰银行系统等构建了一系列“科研—产业桥梁”，推动数学模型落地到实际问题之中。这种“实用导向”与“理论驱动”的并行机制，为计算科学在荷兰的快速发展创造了坚实基础。

2.3 思辨自由的学术文化

荷兰的大学传统强调“怀疑一切”和“语言精确”，极具批判性思维。Dijkstra 曾多次在公开场合与包括 Donald Knuth 在内的计算机大家展开激烈的书信争论。他并不盲从流行语言或趋势，而是坚持自己的哲学与逻辑立场，认为编程应像数学证明那样具备构造性和可验证性。
这种自由讨论的学术氛围鼓励不同思维方式的并存，也塑造了一个“少即是多”的科学文化。荷兰高校对教授的研究方向管理相对宽松，甚至鼓励他们选择“看似无用”的纯理论方向。正是在这种支持下，Dijkstra 才能不断发表 EWD 手稿，深入探讨抽象语义、同步机制和程序正确性。
同时，由于荷兰社会高度国际化，几乎所有科研人员都习惯用英文写作，这让荷兰的程序设计思想能够快速传播到全球学术界。例如 Dijkstra 的文章常在美国、英国、德国等顶尖学术会议上被引用和讨论，为他赢得了“程序设计中的柏拉图”的美誉。

三、荷兰的计算机科学大家谱

3.1 Adriaan van Wijngaarden（1916–1987）

  • Algol 68 语言的语法设计者，提出 van Wijngaarden 文法
  • 强调语义与语法分离，推动语言形式化
  • 任 CWI 主席期间，重视程序语言理论研究

3.2 Edsger W. Dijkstra（1930–2002）

  • 结构化编程、死锁预防、形式方法的重要推动者
  • 与荷兰“数学–计算机科学”传统深度结合

3.3 Jan van Leeuwen（1946–）

  • 理论计算机科学推动者，致力于计算复杂性与算法逻辑
  • 任乌得勒支大学计算机系主任多年

3.4 Guido van Rossum（1956–）

  • Python 语言之父，在 CWI 基于 ABC 项目开发 Python
  • Python 中“显式优于隐式”体现出荷兰式思维清晰的风格

3.5 Andries Brouwer（1951–）

  • 数学家兼计算机科学家，图论、组合优化专家
  • TeX 系统、Unix 工具链等均有其贡献

四、荷兰式编程思想的特质剖析

荷兰在程序设计领域之所以能孕育出 Dijkstra 等思想巨匠，背后不仅仅是教育制度或科研资源的问题，更深层次地，是一种独特的“思想气质”在推动着程序语言、形式化理论与技术哲学的发展。这种“荷兰式”的编程思想，具有以下几个鲜明的特质：

4.1 思维清晰优于技术技巧

Dijkstra 多次强调：“程序不是写给机器的，而是写给人看的。” 在他看来，代码首先应当具有清晰、严谨的结构，这种结构应便于人的理解与维护，而非单纯追求可运行的技术功能。这种强调“思维的透明性”而非“技巧的堆叠”的观念深刻影响了后来的语言设计。
这种思想也体现在 Guido van Rossum 所主导设计的 Python 语言中。Python 的语法避免冗余、推崇“显式优于隐式”（explicit is better than implicit）、结构严谨可读，继承了 Dijkstra 提倡的“结构化”理念。在这种氛围下，荷兰程序设计哲学倾向于优雅、明晰、可以被推理的构造方式，而不是依赖黑盒技巧或语言黑魔法。

4.2 数学与形式逻辑的融合

荷兰编程传统深受逻辑学与数学严密推理的影响。Dijkstra 及其同事率先提出“程序即证明”（Program = Proof）这一哲学命题，即程序的每一个语句都是构成整体正确性的逻辑陈述。这种观点后来发展为程序验证（Program Verification）、模型检验（Model Checking）、形式方法（Formal Methods）等重要研究方向。
CWI 和埃因霍芬大学是这类研究的重镇，许多开创性成果诞生于此。例如，形式化建模语言 mCRL2 就源于荷兰，用于对并发系统行为进行数学建模与验证。在这样的生态中，编程早已脱离了“手艺活”的层面，而成为逻辑与建模的艺术。

4.3 重视语言与表达的精度

在荷兰式编程观念中，编程语言不仅仅是技术工具，它更是用于精确表达思想的媒介。语言设计必须在语义表达上具备高度的一致性与逻辑性，才能避免模棱两可与后期维护成本。
从 Dijkstra 推崇的 Algol 60、Algol 68 语言，到 Python 语言的“Zen of Python”，我们可以看到荷兰语言设计者普遍倾向于将“表达力”和“可理解性”置于语言核心之中。语言成为思想表达的逻辑延伸，这正如文学家严谨锤炼用词一样，程序设计者也锤炼语言规范。

4.4 哲学性与反思性

荷兰的程序设计思想还具有一种“哲学性反思”的传统。Dijkstra 并不仅满足于程序能跑通，他更关心“什么是计算”、“我们为什么要编程”、“什么是科学的思维”等根本性问题。他曾公开指出：“计算机科学并不是一门实验科学，而是一门思维科学。” 他更反对将编程视作机械劳动，而主张它应当是一种智性工作。
在荷兰科研环境中，这种对底层假设、方法论甚至伦理问题的探讨，是受到鼓励的。例如荷兰学者在人工智能伦理、自动决策系统等领域，提出了很多对算法正义与社会影响的反思。这种文化也让荷兰程序设计思想在全球科技发展浪潮中始终保持一份“清醒的异议”。

五、荷兰为何成为程序思想的沃土？

荷兰，这个地处欧洲边缘、国土面积不大的国家，为何能诞生像 Edsger W. Dijkstra 这样影响深远的程序思想家，并持续在编程语言、形式验证、算法逻辑等领域处于世界前列？背后既有文化、语言、教育等因素的深层作用，也与荷兰独特的学术传统密切相关。

5.1 教育制度：强调基础与逻辑训练

荷兰高等教育体系具有极强的“基础主义”色彩。在计算机专业的本科和硕士阶段，课程设置高度重视数学与逻辑基础，尤其是离散数学、命题逻辑、语言与自动机理论、形式方法、图论等内容。这种培养路径并不急于让学生掌握某种流行框架或编程技巧，而是致力于塑造一种“可验证、可推理”的思维模式。
例如，乌特勒支大学（Utrecht University）和代尔夫特理工大学（TU Delft）将“形式方法”课程列为核心课程，CWI 所主导的研究生项目更要求学生能用 Coq、Isabelle 等定理证明系统进行程序正确性验证。这种重视“结构化思维”的培养，为学生日后在程序语言、算法设计等领域深入探索提供了坚实的基础。

5.2 多语言环境下的精确表达

荷兰人平均英语水平位居非英语国家之首，这并非偶然，而是制度与文化共同推动的结果。双语甚至三语教育在中小学阶段就已普及，使荷兰人在思维训练上习惯于多语系之间的精确映射与转换。
这种语言环境为程序设计提供了天然优势。首先，它提升了表达逻辑结构的敏感性——因为语言翻译本身就需要逻辑对应。其次，也极大提高了荷兰研究者将本地科研成果用“全球学术语言”输出的能力。例如 Dijkstra 本人的写作风格就简练、严谨，许多著名的备忘录（EWD Notes）成为全球编程教育者的珍贵资源。Python 的创造者 Guido van Rossum 同样能在全球社区中精确传达其设计哲学。

5.3 学术自由与科研鼓励机制

荷兰拥有一种罕见的科研生态：它既具备稳定的国家科研资助，又尽可能减少对研究方向的行政干预。这种“稳定+自由”的双重保障，使得荷兰学者得以开展长期、基础性、非应用导向的研究。
以阿姆斯特丹的 CWI（Centrum Wiskunde & Informatica，数学与计算机科学中心）为例，它作为国家级研究机构，并不以论文数量或短期项目作为唯一衡量标准。Dijkstra 正是在这种学术氛围下完成了“最短路径算法”“结构化程序设计”理论等长期积累性成果。其他学者也可在此深入形式语言、并发系统建模等冷门但基础性方向，推动整个学科结构发展。

5.4 国际交流与跨国协作

荷兰长期作为交通、贸易与文化交流的枢纽，使其学术环境极为开放，擅长吸收外来思想并加以融合。例如，早在上世纪六七十年代，荷兰的学术机构就已积极与英国牛津、法国 INRIA、德国慕尼黑大学等建立学术交换机制，并吸引大量国际学生与访问学者。
这不仅有利于新思想的传播，也让荷兰本土思想能够快速进入国际学术语境。Python 语言的国际化、Algol 系列语言的协作设计、mCRL2 在欧洲安全系统建模中的广泛应用等，均受益于这种协作机制。
更重要的是，荷兰科研人员普遍具有“合作者思维”，他们关注规范、标准、文档化流程，注重集体知识建设，而不是技术私有化。这种文化使得荷兰在开放源代码运动、编程教育资源建设等方面也长期走在前列。

六、Dijkstra 的遗产如何延续至今？

Edsger Dijkstra 留下的思想遗产，不仅塑造了整个现代编程范式，也深刻影响了算法设计、程序验证乃至计算机科学的哲学基础。半个多世纪后，我们仍在不同领域不断回响他的观点与方法。

6.1 结构化编程成为现代开发基石

Dijkstra 反对使用 Go To 语句的呼声，最终改变了整个程序设计的主流趋势。他提倡“清晰的控制流”和“层次化结构”的思想，推动了结构化编程的普及。如今，无论是 C、Java、Python 还是 Rust，基本都抛弃了 Go To 式跳转结构，转向更清晰可维护的 if-else、for、while、switch 等结构化控制。
这背后隐含的是一种哲学态度：程序应服务于人的理解，而不仅仅是能被机器执行。现代模块化开发、面向对象、抽象与封装等软件工程原则，实质上都是结构化编程精神的延伸。

6.2 最短路径算法广泛应用

1959 年，Dijkstra 提出的最短路径算法，是他在阿姆斯特丹数学中心（CWI）任职期间为电报线路成本优化问题设计的解决方案。该算法因其贪心策略的高效与逻辑的优雅，在后续几十年里被广泛用于：

  • 网络路由（如 OSPF 与 BGP 路由协议中的路径选择）
  • 地图导航（如 Google Maps、百度地图中的最优路径规划）
  • 游戏 AI（如 A* 算法的启发式优化本质上是 Dijkstra 算法的推广）
  • 图像分割、图神经网络等新兴计算模型

即便算法层面有更快的变种出现，Dijkstra 算法仍因其可读性与可教学性被视为图算法的起点。

6.3 程序即证明、可验证编程成为主流

Dijkstra 最具哲学性的主张是“程序即证明”（Program as Proof）。他主张每一个程序应视作对某一命题的构造性证明，而不仅是对任务的实现。这一思想孕育了后来的形式方法（Formal Methods），也即“程序正确性可以像数学命题一样被验证”。

今天，从硬件验证（如 Intel 使用形式方法防止芯片漏洞），到高安全性系统（如航天系统、区块链合约），都已广泛引入：

  • Coq / Agda / Isabelle：基于构造逻辑的可验证语言
  • 模型检验（Model Checking）：如 Spin、NuSMV 等验证工具
  • 类型系统增强语言：如 Rust 在类型层面防止内存安全问题

这些工具正是将 Dijkstra 的理念工程化的产物。

6.4 影响新一代程序语言设计

Dijkstra 一直强调：程序写出来不是为了机器，而是为了人理解。这种“人本主义”的程序观，深深植入了 Python 的设计哲学之中：清晰胜于晦涩（The Zen of Python）。而 Python 的广泛流行也让 Dijkstra 的精神穿透了大众编程教育。
此外，Go 语言在并发设计上的极简性、Rust 在内存安全上的逻辑完备性，也都体现了对程序结构清晰性与形式化的继承。
未来，随着人工智能自动生成代码与程序自我修正系统的出现，“程序作为逻辑结构”的思想只会更加重要，而 Dijkstra 无疑是这一历史进程的奠基者。

总结：一个人与一国的程序交响

Edsger W. Dijkstra，不只是“最短路径”算法的提出者，更是推动计算机科学从“技巧工匠”走向“逻辑艺术”的思想巨人。他将编程视为“精确表达思想”的方式，主张程序不仅要运行正确，更要“被理解地正确”。从结构化编程到形式化方法、从并发控制到哲学反思，Dijkstra 为整个行业奠定了清晰、简洁、可验证的认知基石。
但这种程序思想的辉煌，离不开荷兰这片科研沃土。从中学起即强调数学、逻辑与多语表达能力的教育体系，自由而不功利的科研风气，以及以 CWI 为代表的学术平台，共同孕育出一个既能尊重个体思考，又能推动集体智慧创新的环境。Python 的简洁、Rust 的安全、模型检验的严密，无不在继承与延续荷兰式编程美学。
Dijkstra 的世界，其实是荷兰科研文化的缩影。一个伟大的程序思想家与一个自由的知识生态，共同奏响了一段程序语言的交响乐。Dijkstra 用一生证明：写程序不仅是技术工作，更是思想训练。理解他，也许正是我们通向更深编程智慧的开始。

“The tools we use have a profound (and devious!) influence on our thinking habits.”
—— Edsger W. Dijkstra

posted @ 2025-07-26 09:43  郝hai  阅读(156)  评论(0)    收藏  举报