计算机科学导论：跨学科方法

4.1　性能

在本节中，我们将反复强调在编写任何程序时都必须遵守的一个原则，该原则可以简洁地表述为一个设计理念：关注成本。如果你是一位工程师，那么节省成本就是你的工作；如果你是一个生物学家或物理学家，成本将决定你可以解决哪些科学问题；如果你从事商务工作或是一位经济学家，那么节约成本是毋庸置疑的；如果你是一名软件开发人员，成本将决定你构建的软件是否对客户有用。

为了研究软件的运行成本，我们通过科学方法（也就是科学家普遍接受和使用，以研究自然世界知识的技术）来研究程序。我们还将使用数学分析来推导出有关成本的简洁模型。

我们在研究自然界的哪些特征？在大多数情况下，我们对其中一个基本特征感兴趣：时间。每当运行一个程序时，都执行了一次涉及自然界的实验，一个复杂的电子电路系统通过一系列的状态改变，处理大量的离散事件并最终停留在一种稳定状态，以表示我们期望的结果。虽然开发Java程序是在抽象世界中进行的，但这些事情肯定会在自然界发生。从开始到我们能够看见结果一共会经过多少时间？对于我们而言，时间的长短（毫秒、秒、天还是星期）十分关键。因此，我们需要利用科学的方法来掌握如何合理控制这些状况，就像发射火箭、建造桥梁或是粉碎原子一样。

一方面，现代程序和编程环境十分复杂；另一方面，它们提供了一套简单（但功能强大）的抽象集以用于程序开发，每次运行程序都可以产生相同的结果。不能不说这是一个小小的奇迹。为了估算程序运行所需的时间，我们利用了构建程序的支撑架构。你可能想象不到编写成本开销估计和性能预测的程序的简单程度。

科学方法。以下五个步骤简要总结了我们采用的科学方法：

·观察自然界的一些特征。

·假设一个与观测结果一致的模型。

·使用该假设的模型预测事件。

·通过进一步的观察来验证预测。

·通过重复验证，直到确认假设和观察结果一致。 ...