这本书的目的是教你像计算机科学家一样思考。这种思考方式融合了数学，工程学，和自然科学的优点。像数学家一样，计算机科学家用标准的语言表达想法（尤其是算法）。像工程师一样，他们做设计，把各个组件结合成系统，平衡不同方案利弊。像自然科学家一样，他们观察复杂系统，提出假设，并验证。
计算机科学家一项重要技能便是解决问题的能力。解决问题的能力意味着对问题建模，寻找答案，并清楚、准确的描述答案。学习编程的过程是锻炼我们解决问题的能力非常棒的机会。这也是这一章叫做“程序之道”的原因。
一方面，你可以学会怎样编程，这项重要的技能。另一方面，编程又是一项让问题变的更加清晰的方法。
Python编程语言
我们会学习Python。Python是一门高级编程语言，其他常见的的高级编程语言有：C、C++、Perl、Java。
也有低级编程语言，例如"机器语言"和"汇编语言"。可以这样说，计算机智能运行低级语言。所以高级语言运行之前都必须先编译。编译过程会花费一点时间，这个也是高级编程语言的一点不足之处。
它的有点就非常非常多了。首先，容易编程。用高级编程语言写程序，花费更短的时间，代码简单、易读，而且更不容易出错。其次，可移植性更强，只需要修改非常少的代码，甚至不用做任何修改，便可以在不同计算机上运行。低级编程语言智能在一种机器上运行，如果想要在其他计算机上运行，必须重新写过。
因为这些优点，几乎所有的程序都是用高级语言编写的。低级语言只被用在个别极特殊的场合。
两种方式将高级语言变成低级语言：解释器和编辑器。解释器读取高级语言的代码，并执行它，也就是说，代码怎么写，它就怎么做。解释器一次只处理程序的一小部分，读取代码和运行程序交替进行。
编译器先读取全部代码，并将其翻译，然后再执行。这里，高级语言程序叫做源代码，编译后的程序叫做"object code" 或者可执行文件。程序只需要编辑一次，便可以多次执行。
Python是一门解释性语言，运行在解释器上。解释器有两种运行方式：交互模式和脚本模式。交互模式中，输入代码，解释器直接返回结果：
>>> 1+1 2
尖角符号,>>>,是解释器的提示符，表示准备就绪。输入 1+1,解释器输出2.
另外一种方法是，将代码保存为一个文件，用解释器执行脚本文件。Python脚本的后缀为 .py 。
执行脚本，必须告诉解释器脚本名称。例如在UNIX命令环境时，运行 dinsdale.py，在命令窗口直接输入 python dinsdale.py 即可。其他环境运行Python脚本可能略有不同，可以在Python官网(http://python.org)找到相应的命令。
交互环境可以很方便的测试小段代码，因为可以输入代码，并立马执行。但是任何不适几行代码就能解决的问题，都需要将它保存为脚本，以便以后编辑、运行。
什么是程序?
程序是一系列定义如何计算的指令。它可以是数学计算，例如求解方程组，多项式求根，也可以是符号计算，例如文档中的字符串替换，或者编译一个程序(很少情况)。
不同程序语言细节可能不同，但大致指令是相近的：
输入:
键盘输入、文件和其他设备。
输出：
将数据显示在屏幕，写到文件或者其他设备。
计算：
基本的数据运算，例如加、乘等。
运行条件：
检查条件，并运行合适的代码。
重复：
重复执行某些操作，操作之间可能会有一些变化。
信吗？这些是几乎所有的指令。你使用过的任何一个程序，不管有多复杂，它都由上面这些指令组成。所以，你可以把编程看做是，把大型、复杂的任务逐步拆分、细化，直到它简单到可以用上面的基本指令完成。
什么是调试？
编程容易出错。因为一些原因，程序错误也被叫做bugs，寻找它们并纠错被叫做调试(debugging)。
程序可能发生以下几种错误：语法错误，运行错误和语意错误。分清楚它们，对加快debug时间非常有帮助。
语法错误
Python 只有语法正确了才能运行；否则，解释器会抛出一个错误。语法表示程序的结构和规则。例如，括号必须配对，所以，（1+2）是正确的，而 8）语法错误。
英语阅读可以容忍很多的语法错误，这也是我们读卡明斯的诗歌不会抛出一个错误的原因。Python不会，不管你代码的任何地方有一个小的语法错误，它都会丢出一个错误，并停止，导致程序无法运行。你学习编程的前几个星期，可能会花大量的时间去寻找语法错误。随着不断的尝试，犯的错误会越来越少，并且可以很快找到它们。
运行错误
第二种是运行错误，即运行过程中发生的错误。这种错误也被叫做异常，因为通常是因为某些异常情况发生而导致的。
运行错误很少出现在一次运行中，它可能是运行一段时间之后才发生。
语义错误
第三种是语义错误，如果程序出现语义错误，它会运行成功，没有任何的错误提醒，但是它的结果是不正确的。它会做一些其它的事情，尤其，是你告诉计算机这么做的。
问题来了，你写的程序并不是你想要的。也就是说它（语义）错了。寻找语义错误需要很灵活，它需要你重头看看程序做了些什么，会得到现在的结果。
试验调试
你必须掌握的一项技能便是调试。尽管它有可能让你抓狂，但它是一种财富，富有挑战性，也是编程的乐趣所在。
某种意义上说，调试的工作就像是侦探。根据已有的线索，需要去验证那个步骤、计算导致了现在的结果。
调试也也像做科学实验。有了导致错误的假设，就修改代码，重新测试。如果运行的结果和你猜测的一致，说明你的假设是正确的，这样，离最后的程序又近了一步。如果想法不正确，必须重新假设。就像Sherlock Holmes说的，“去除所有不可能因素，留下来的，不管多么不愿意相信，就是事实。”
一些人认为编程和调试是同一件事情。是的，编程是逐步调试的过程，让程序和你要求的一样。事实上，编程都是从写一些代码，修修改改开始的，接着调试，接着，才得到最总的程序。
例如，Linux是一个操作系统，它包括了数以万计的代码，它最开始只是李纳斯·托沃兹写的一个简单的程序，用作解释Intel 80386芯片。据Larry Greenfield所说，“最开始李纳斯一个切换输出AAAA和BBBB的程序项目，最终演变成了Linux。”（Linux用户指南Beta版1）。
后面的章节会有更多关于编程练习和和调试的建议。
形式语言和自然语言
我们平时所说的语言是自然语言，例如，英语，西班牙语，法语。它不是人为设计的，而是自然进化而来。
形式语言是为了适应某种场景而认为设计的。例如，公式就是一种被数学家使用的形式语言，它特别善于用来定义数字和符号的关系。化学家用形式语言表示物质的分子结构。特别重要的：
程序语言是一种形式语言，它被用来用来表达计算。
形式语言都有严格的语法，例如，3+3 =6 是一个合法的数学表达式，但是 3+ =3$6就不是了。H2O是一个合法的化学公式，但是2ZZ就不是了。
语法有两层含义，标识符和句法。标识符是语言的基本元素，就想单词、数字、和化学元素一样。3+ =3$6中，$不是数学上合法的标识符（据我所知是这样），2ZZ不合法的原因是，没有元素用ZZ表示。
第二类语法错误是句法所致；也就是，标识符的排列方法。语句 3+ = 3不是合法的，因为，尽管+和=都是合法的，但是你不能把它们其中一个放在另外一个后面。类似的，在化学公式中，下标跟在元素后面，而不是前面。
练习1-1.
写一句包含非法标识符，但是句法正确的英语。再写一句标识符都没有错误，但是句法错误的。
然后阅读这段英语或者形式语言的句子，你必须去想这个句子的语法是怎样的（自然语言会潜意识去分析）。这个过程叫做语法分析。
例如，当你听到“硬币掉了”，你就会明白“硬币”是宾语，“掉了”是谓语。弄清楚了它的语法，就明白这句话的含义或者字面含义。假设你知道硬盘是什么，掉落是什么含义，你也可以明白这个句子。
尽管形式语言和自然语言有许多相同的概念——标识符、句法、语法和语义——都存在不同之处。
歧义：
自然语言到处都是歧义，我们通过上下文和其他信息处理歧义。形式语言一般被设计为几乎或者完全不存在歧义，也就是说，不管上下文如何，每一个句子的的含义都是唯一确定的。
冗余：
为了弥补歧义和减少误解，自然语言有大量的冗余。结果就是，他们经常都很长。形式语言没有冗余，并且非常简洁。
字面的：
自然语言非常多的习与和比喻。如果我说，“硬币掉了”，或者根本就没有硬币，也没有东西掉了（这个习语表示一些人迷惘一阵之后才明白某些事情）。形式语言表达的仅仅是其字面含义。
我们从小大到大都说自然语言，换成形式语言通常需要一段时间去适应。某种意义上来说，自然语言和形式语言的区别就好像是诗歌和散文的区别，便是如此：
诗歌
词语的发音和它的含义同样重要，整首诗歌共同营造一个情感表达的氛围。歧义普遍且经常故意为之。
散文
词语的字面含义更重要，句法可以表达更多的含义。散文比诗歌含义更清晰，但也避免不了歧义。
程序
计算机程序的含义不会存在歧义，并且是字面含义，通过分析标识符和句法就可以懂得它的全部含义。
有一些阅读程序（或者其他形式语言）的建议。首先，形式语言比自然语言更dense, 所以要花更长的时间阅读。其次，句法非常重要，有时候从上到下，从左到右阅读并不是一个好主意。必须分析它的语法，辨别标识符和划分模块。最后，细节很重要，小的拼写错误和自然语言中可以丢掉的标点符号，都可以导致非常大的不同。
第一个程序
按照传统，用一门新语言写的第一个程序叫做“Hello World！”，它仅仅是答应“Hello World！”到屏幕上。用Python，它的代码如下：
print 'Hello, World!'
这是一个print语句的例子，它实际上没有打印任何东西到纸上面，而是输出都屏幕上面，这里屏幕上显示的文字是
Hello, World!
程序中引号表示要打印内容的开始开始和结束，不会出现在结果中。
在Python 3中，print语法会有一些不同：
print('Hello, World!')
括号表示print是一个函数，我们将在第三章讲函数。
这本书中会用 print语句。如果你使用的是Python 3，将print改成函数形式。除了这点，几乎没有什么不同。
调试
阅读本书的时候最好可以在电脑上面试一下上面的例子。大部分代码都可以在交互模式下运行，但将其保存成脚本可以尝试更多的变化。
当测试一个新的特性时，最好尝试弄出一点错误。例如在“Hello World！”这个程序中，试试丢掉一个引号会发送什么？如果都丢掉呢？把print拼错又会怎样？
这样测试会帮你记住阅读的内容；也会对调试有帮助，因为明白错误提示说的是什么。现在故意制造一些错误好过将来意外发生错误。
编程，尤其是调试，需要很强的耐心，当你遇到一个很难的错误是，或许会觉得愤怒、失望，或者尴尬。
证据表明人们会像对待其他人一样回应计算机。当他们工作好的时候，认为它是队友,当它难以控制或者鲁莽，会像对待难以控制或者鲁莽的人一样回应它（李维斯和纳斯，媒体等式：人们对待电脑，电视，和新媒体的方式和对待真实的人和地方一样。）
提前知道这些或许可以帮助你处理他们。一种方法是把电脑想象成有特点的员工，有效率并且准确，不会生病，缺乏同情心并且无力把握大局。
学习调试可能让人抓狂，但它是一项有价值的技能，在很多编程之外的场合都能用到。在每一章的最后都有一个调试的小节，像这一节一样，写一些我对调试的看法，希望它对你有帮助！