空间化界面

在论坛社区里有个问题每过段时间就会被提一次:是否有可能出现一种图形化编程方式能完成「传统」方式的所有任务,甚至取代后者的主流地位。知乎的 Rio 在回答中提出像 Lisp 这样语法超级简洁的语言也许可以通过图形化语法树的形式完成图形化编程。从更广的角度来说,自 Steve Jobs 访问 Xerox PARC 之后(甚至更早),软件设计者们一直在挑战一个难题:软件界面应该图形化到何种程度。Apple 在传统 Macintosh 中做到了图形化的极端,甚至去掉了键盘的方向键;在后期的系统以及 OS X 中则向相反方向回退:AppleScript 鼓励普通用户编写脚本,命令行的 Terminal 重新发挥作用。合适的边界在哪里,而编程又在边界的哪边?

问题维度

小学时学习实数用到数轴,中学时学习一元函数用到二维笛卡儿坐标的图形化。足够细心的人能用绘图法能够解决很多选择题。如果配合坐标纸,绘图甚至可以独立解答一部分平面解析几何的题目。更进一步,空间想象力和绘图功力不错的人可以用正交投影绘图来研究二元函数和立体几何。但投影绘图方式只能作为提供思路的辅助工具,无法起到一元函数和平面解析几何的绘图法那种独立解题的作用。作为研究问题的工具,图形化所能胜任的问题维度受限于工具介质的维度。而且这里的图形化严格说来应该称之为「空间化」。由于高维度的问题无法空间化,研究者必须直接操作逻辑符号。

计算机的显示器是二维的,即使它能用各种投影法来显示 3D 内容,指点设备 (pointing device,比如鼠标) 操作界面的方式仍是二维的。所以软件的界面受限于二维。当然,实际要更复杂一些。借助窗口,tab,分割线,甚至于更复杂的 dockable  palette 等等,软件界面是具有层次关系的一组二维空间。但是具有层次关系的二维空间组仍然不是三维空间。

适合图形化界面的问题,是在经过层次划分之后每个层次可以被自然地二维空间化的问题。比如文件管理,文字处理和排版。在 《The Mythical Man-Finger》 中,作者循序渐进的说明了简单的管理音乐文件的问题如何一步步复杂化到远远超越二维空间化的程度,最终必须由命令行来实现。比如「把 iTunes 中随机/最后播放/最常播放的 n 首歌曲同步到其它 app/device」。把这个问题拆借成单独的小问题,很容易分别图形化:

  • 按照随机/最后播放/最常播放排序 —— 排序的空间化;
  • 找到任意数量的歌曲 —— 数量的空间化;
  • 同步到 iPhone —— 位移的空间化。

由于每个问题单独空间化的意义不同,它们的界面往往是分开的。组合到一起成为复合需求之后则难以图形化。这也是为什么一些图形界面应用总体设计的不错,一到了 Import/Export 界面却变成很凌乱的对话框,反而不如像 AppleScript 这样的脚本化功能来的自然。

空间化作为呈现问题的一种方式,是将问题本身空间化,而非空间化问题的另一种表现方式。不能因为一个文字排版软件优美地编排了一个阐述四维空间问题的论文,就说这个软件成功的空间化了这个四维空间问题。同样, 把所有的 Import/Export 选项用下拉列表和 TextEdit 控件并列出来,固然也算可用的界面,但并不优于命令行方式。Rio 关于图形化 Lisp 语法树的设想,以及很多软件通过图形化流程图来尝试图形化编程的方式,都属于这种不成功的空间化。数轴不是把实数的十进制表示空间化,而是把实数本身空间化。二维坐标系不是把一维函数的公式空间化,而是把函数本身空间化。

目前用计算机处理多维度问题的方式主要要是定义一个多维的非空间化表示方式,然后再尽可能的用图形化界面来呈现这种方式。此时的图形化是为了呈现表现方式的符号而不是问题本身。今天我们有支持多 tab 和彩色字符的 Terminal;有支持语法高亮,括号匹配和 block 折叠的代码编辑器,它们是符号化图形界面而不是空间化界面。

空间化与符号化

回到最初的问题。既然早已存在高度图形化的代码编辑器,为什么「图形化编程」的问题会一再被提出?因为提问者和回答者都在潜意识里把「图形化」等同于「空间化」,直觉上对符号化的图形界面并不满意。但是缺乏「空间化/符号化」的分类思维又无法认识到空间化的局限。

为什么「空间化」如此深入人心?我只能猜想,在几百万年的进化中,人类的空间化记忆和认知对生存至关重要,这是人类最熟练的技能。

即使不考虑键盘和指点设备的输入带宽差异(幻想有某种神奇的指点设备能用键盘输入字符的速度操作空间化元素),把逻辑符号生硬的空间化也未必能提高效率。比如说,语法树这个逻辑概念中,每个节点的空间坐标其实是没有意义的。当然,在具体的教学例子和某位程序员的思考过程中,把某个语法树空间化是有用的。但是这更多的是特定例子(对初学者)的呈现和短时间自省的工具,而非一般的交流和存储方式。试想如果把成千上万的语法树空间化表示,光是调整节点的空间布局就需要无谓地耗费多少精力。在长期的知识表示和交流中,语法树的空间信息是正熵而非负熵。

逻辑符号标志着人类中的一部分超越了可能是自然进化赋予的空间化记忆和认知能力,数学(特别是超越三维的问题)和编程语言体现了直接在高维度思考的能力。每个人掌握这种能力的程度不一,有些程序员可以通过默想写出程序,而另一些则需要绘制大量用于自省的草图,。但是无论如何,空间化工具已经不足以解决高维度问题的过程中充当主要角色。人类和工具在相互影响,一方面工具尤其是软件在不断适应人类几百万年的空间化认知习惯,另一方面,能够驾驭高维逻辑工具的人在整个人类中的比重也应该越来越多。

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