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如海洋般的程式課程:CS50

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CS50 的全名是 Introduction to Computer Science,是一堂哈佛大學的通識課程
edx 上面有開課,任何人都可以去修,甚至還有助教幫你改作業(只有程式作業,不包含其他像是紙本作業的那種題目)

我第一次聽到 CS50 這堂課,是經由這篇報導:CS50:一堂超過 800 個哈佛學生選修的「硬課」,魅力何在?
一直到最近把這門課修完之後,才了解這門課厲害在哪裡。

先來回答標題的意思:如海洋般的程式課程。為什麼是海洋,因為這門課:又深又廣
有多深多廣呢?我記下每一週的課程大綱跟作業,請你身邊有資工背景的朋友看看,就會知道我在說什麼了

第零週

二進位、ASCII、RGB、二分搜尋法
介紹基本程式語言:條件判斷、變數、迴圈、陣列、函式
作業:用 scratch 寫一個程式

第一週

開始介紹 C 語言,以及講解 compile 的觀念
介紹各種形態,像是 double, float, int, bool, char, long long...
介紹浮點數誤差與 overflow
教你 command line 基本操作,像是 mv, ls, cd, make 等等
作業:寫一個簡單的 C 程式(迴圈印出星星)

第二週

介紹 function, string, array
以及如何利用 argc, argv 傳入參數
還有講到加密,像是 RSA
教了 command line 的 Redirecting(>)還有 Pipe(|
作業:字串處理,簡單加解密實作

第三週

搜尋、排序(氣泡、插入、選擇、快排、合併)、big O
遞迴、bit 操作
GDB 的使用
作業:實作O(n^2)的排序跟二分搜

第四週

再次講解遞迴
字串、指標、struct、bitmap 格式
檔案處理(fprint/fopen...)
malloc,記憶體分配
教你用 xxd 看檔案的 hex
作業:給你 bitmap header 的文件,處理 bitmap 圖片,例如說放大兩倍

第五週

深入講解記憶體與指標
資料結構:linked list, queue, stack, tree, BST, tries, hashmap
教你用 wget 抓檔案,以及如何寫 Makefile
作業:實作字典樹或是 hashmap

第六週

這週開始講跟網路有關的,包括:IP, IPv6
domain, nslookup, traceroute, 封包
ports, dns, vpn, http, request, response
教你用chmod改檔案權限,以及curl抓網頁
作業:用 C 寫一個 http server(的部份功能)

第七週

chrome dev tool 的使用,像是看 html, request
基本 htmlcss 教學
php 簡介
get/post 參數介紹
sql基本教學
教你用apt-get安裝套件
作業:完成簡單的 php 網頁以及與資料庫溝通

第八週

示範重構程式碼,講解MVC的觀念
教基本 SQL 語法
有介紹到SQL Injection
作業:串Google Map API,使用jQueryajax做出互動性較高的網頁

第九週

javascript 語法簡介
json 格式講解
DOM 模型
event handler,事件機制
(從這週以後沒有作業)

第十週

探討資訊安全與隱私權
像是密碼安全性(加密演算法、salting)
智慧型電視
釣魚信件
Two-factor authentication
cookies, session, https
也稍微講了一下語音辨識,像siri背後的原理

第十一週

遊戲AI相關的介紹與無人車的介紹
有提到:
dfs, bfs
minimax
evaluation function
alpha-beta 剪枝
各種不同遊戲的ai特性
還講了一點機器學習,像是netflix怎麼推薦影片給使用者

第十二週

整個課程的回顧加上大家玩一點小遊戲
這週沒什麼課程

我修這門課的時候,簡直驚呆了
哇塞!居然教你怎麼寫Makefile,還教你用xxd看檔案,甚至給你bitmap的文件,要你按照這些格式把圖片讀取出來,然後放大之後寫回去!
寫到我最崩潰的作業是 http server 那個,因為要用C做字串處理...

從上面洋洋灑灑十二週的課程介紹,就知道這門課真的又深又廣
稍微整理一下,你修完之後可以學到:

  1. 寫程式的基本功:變數、陣列、判斷、迴圈、函式
  2. 你學會了指標!
  3. 直接操作記憶體,了解電腦底層在做什麼
  4. 熟悉基本排序演算法法與資料結構
  5. 各種 command line 指令的使用(我覺得這一點超級實用)
  6. 網路的基本知識(ip, dns, server, port, request, response...)
  7. 後端程式語言 php
  8. 前端 html/css/javascript
  9. 資料庫 mysql 的使用與指令
  10. 資訊安全(加解密、sql injection, buffer overflow)
  11. 機器學習、人工智慧、語音辨識初步了解

我一直以來都是自學程式的,儘管上大學之後有修過幾門程式相關的課
但都只是當做複習而已,沒有學到太多東西
可是這次碰到這門課,真的讓我打從心底讚嘆不已
他課程裡所介紹到的每一個東西都很實用,有些甚至連我也都是近期才會用的
以前自學的時候甚至連 command line 都沒用過勒!因為根本也沒有機會用到

除此之外,儘管這門課講的內容有深度,但老師在上課的時候幽默風趣,可以把生澀的概念講的很生動
例如說講到二分搜尋法,老師拿電話簿當做例子,接著直接從中間撕一半!
又或是上到二進位,台上就有幾個燈泡,亮的就是1,暗的就是0,藉由這樣實體的互動加深印象

在課程教學上面,也有幾點是我很欣賞的
第一,從 scratch 入門
在修完 cs50 以後,我決定以後要教人程式設計,都要從scratch開始
因為它視覺化,你可以很明顯看到程式的結構長怎樣;而且它速度快、內建資源完整
你想做遊戲就拖拉幾個角色、定義一下事件就好
我認為`scratch是程式入門的最佳選擇

第二,把很難講解的概念先包裝起來
像是字串,在C裡面其實就是char*,或者說是char形成的陣列
可是在一開始,你要怎麼跟學生講解呢?
於是他們就寫了一個string的type出來,把這些資訊隱藏起來,等之後上到陣列時,再跟學生講

還有scanf,會牽涉到pointercall by value之類的概念,這也不適合在一開始就講
可是程式還有要有輸入阿,怎麼辦呢?
於是他們就包成一個GetInt()的函式,把這些細節封裝起來

第三,雲端IDE
要搭建開發環境不是件容易的事
CS50 與 c9 合作,提供線上的 IDE
你可以寫code,可以看檔案、可以用 command line 操作,一切作業都在上面完成
超級方便!

最後
這一堂課真的是門硬課,但同時也是很扎實、很有用的課
推薦給任何想要學寫程式的人

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