Подготовка программ для цифрового компьютера - это очень увлекательное занятие. И дело не только в том, что оно оправдывает себя с экономической и научной точек зрения; оно может вызвать также эстетические переживания, подобные тем, которые испытывают творческие личности при написании музыки или стихов. Вы держите в руках первый том многотомного издания, цель которого - дать читателю разнообразные знания и умения, из которых и состоит ремесло программиста.

Последующие главы не являются введением в компьютерное программирование; предполагается, что вы уже имеете некоторый опыт в этой области. На самом деле предъявляемые к читателю требования очень просты; тем не менее начинающему программисту потребуются время и практика, чтобы понять, что собой представляет цифровой компьютер. Итак, читатель должен иметь

a) некоторое представление о том, как работает цифровой компьютер с хранимой программой; при этом необязательно разбираться в электронике, главное - понимать, каким образом команды можно сохранять в памяти компьютера, и затем последовательно их выполнять;

b) способность ставить задачу с помощью четких и определенных терминов, понятных компьютеру (у компьютеров нет разума, присущего человеку, поэтому они делают в точности то, что им приказывают, не больше и не меньше; именно Этот факт обычно труднее всего уяснить начинающим пользователям);

c) знание самых простых компьютерных методов, таких как организация циклов (повторное выполнение некоторого набора ко.манд), а также использование подпрограмм и переменных с индексами;

d) знание распространенных компьютерных терминов, например "память", "регистры", "биты", "плавающая точка", "переполнение", "программное обеспечение"; большинство терминов, которые не определены в тексте, поясняются в алфавитном указателе в конце каждого тома.

Эти четыре условия, вероятно, можно объединить в одном требовании: читатель должен иметь опыт написания и отладки по меньшей мере четырех программ хотя бы для одного компьютера.

Я старался писать эти книги так, чтобы они могли служить нескольким различным целям. Во-первых, они представляют собой справочное пособие, в котором сосредоточены знания из нескольких важных областей науки. Во-вторых, они могут использоваться в качестве пособий для самообразования и учебников по программированию или информатике для университетов. В связи с этим я включил в текст большое количество упражнений и предоставил ответы на большинство из них. Кро.ме того, я попытался сосредоточить внимание на фактах, вместо того чтобы "лить воду" и заниматься общими рассуждениями.

Этот трехтомник предназначен для всех, кто серьезно интересуется компьютерами, а не только для профессионалов. В сущности, одна из моих главных целей состояла в том, чтобы сделать методы программирования более доступными для специалистов из других областей. Как правило, эти специалисты получают большие преимущества, используя компьютеры, но не могут позволить себе тратить время на поиски необходимой информации, крупицы которой разбросаны по множеству технических журналов.

Тему этих книг можно сформулировать следующим образом: "Нечисленный анализ". Компьютеры обычно ассоциируются с решением численных задач, таких как нахождение корней уравнения, численное интерполирование, интегрирование и т. д. Но в этом трехтомнике подобные темы не рассматриваются (за исключением случаев, когда это необходимо сделать по ходу изложения). Численное компьютерное программирование - необычайно интересная и бурно развивающаяся область; на эту тему написано очень много хороших книг. Но с 60-х годов компьютеры все чаще и чаще применяются для решения проблем, в которых числа играют второстепенную роль. Теперь на первый план выходит способность компьютера принимать решения, а не просто выполнять арифметические операции. При решении нечисленных задач иногда требуется выполнять операции сложения и вычитания, но потребность в умножении и делении возникает довольно редко. Но, конечно, даже тот, кто в основном занимается численным компьютерным программированием, только выиграет-от изучения нечисленных методов, так как они лежат и в основе числовых программ.

Результаты исследований в области нечисленного анализа разбросаны по многим техническим журналам. Моя цель состояла в том, чтобы извлечь из этого огромного объема информации только фундаментальные методы, которые можно применять в разнотипных ситуациях программирования. Я попытался обобщить выбранную информацию, чтобы получить то, что в большей или меньшей степени можно назвать "теорией", а также показать, как прХменять эту теорию при решении различных практических задач.

Конечно, "нечисленный анализ" -крайне неудачное название для данной области науки. Оно неудачно прежде всего потому, что содержит только отрицание

другого понятия; гораздо лучше было бы выбрать более содержательный термин, не имеющий приставки "не". Название "обработка информащги" охватывает более широкую область, чем рассматриваемый здесь материал, а "методы программирования" - более узкую. Я считаю, что для темы, освещаемой в данных книгах, самым подходящим является название анализ алгоритмов, которое можно расшифровать как "теория свойств некоторых компьютерных алгоритмов".

Полный набор книг, озаглавленный как Искусство программирования, имеет следующую основную структуру.

Том 1. Основные алгоритмы

Глава 1. Основные понятия

Глава 2. Информационные структуры

Том 2. Получисленные алгоритмы

Глава 3. Случайные числа Глава 4. Ариф.метика

Том 3. Сортировка и поиск

Глава 5. Сортировка Глава 6. Поиск

Том 4. Комбинаторные алгоритмы

Глава 7. Комбинаторный поиск Глава 8. Рекурсия

Том 5. Синтаксические алгоритмы

Глава 9. Лексикографический поиск Глава 10. Синтаксический анализ

В томе 4 рассматривается очень большая тема, поэтому на самом деле он состоит из трех отдельных книг (то.мов 4А, 4В и 4С). Планируется также выпуск двух дополнительных томов по более специализированным темам: том 6, Теория языков (глава 11), и том 7, Компиляторы (глава 12). л

Я приступил к этой работе в 1962 году с намерением написать единственную книгу, содержащую все перечисленные главы, но вскоре понял, что необходимо глубоко рассматривать выбранные темы, а не просто "скользить по поверхности". В результате получился текст такого объема, что материала каждой главы оказалось более чем достаточно для изучения в течение одного университетского семестра. И сталю ясно, что необходимо разбить .материал на несколько отдельных томов. Я знаю, что книга, содержащая только одну-две главы, выглядит довольно странно, но решил сохранить первоначальную нумерацию глав, чтобы упростить перекрестные ссылки. Планируется выпуск сокращенного варианта томов 1-5, который будет служить более общим справочником и/или учебником для студентов; в нем будет содержаться основная часть материала данных томов, а более специальная информация будет опущена. В сокращенном издании будет сохранена такая же нумерация глав, как и в полном.

Том 1 можно рассматривать как "пересечение" полного набора глав, в том смысле, что он содержит основные сведения, которые используются во всех остальных