運算思維及 Ruby 初體驗

醫學專業養成中，或許因為我們直面的困境過於龐雜，一個活生生的人（或家屬）出現在我們面前，在有限的時間內拋出了層層疊嶂、盤根錯節、追溯遠古的故事，我們大腦的神經元最好在眾多鑑別診斷中挑出最適配的前幾個，配合理學檢查和生命徵象決定進一步的檢查。但我很少有時間回頭審視自己的臨床推理邏輯 (Clinical thinking process) 如何形成？怎麼抽絲剝繭並條理分明地找出相應的解答？運算思維 (Computational thinking) 作為一種思考方法及過程，確實讓我耳目一新，並試著讓它與我熟悉的日常難題產生關聯。

維基百科說：

運算思維是一個思考的程序。它的目的是闡明問題，並呈現其解決方案，因而讓「運算器」(包括機器與人) 能夠有效率地執行。(Computational thinking is the thought processes involved in formulating a problem and expressing its solution(s) in such a way that a computer—human or machine—can effectively carry out.)

大航道教導我的「運算思維」有以下四個核心步驟：

1. 解構 (Decomposition) 將複雜的問題或系統分解成更⼩、更易於管理的問題 – 照顧住院病人時的 POMR，會有不同的 Problems，整體彙總成病人來住院的原因
2. 模式識別 (Pattern Recognition) 將每個⼩問題分別檢視，思考之前是否有解過類似的問題 – 每個 Problems 都會有不同的 Assessment 及 Treatment (但病人太多真是很難啊～)
3. 抽象化 (Abstraction) 抓出重要的細節，將它轉化爲解決⽅案中的步驟 – 每個疾病的檢查或治療總會有些先後順序、輕重緩急，資源有限 (加上老師的偏好？) 總是需要先做最重要緊急的，加上參考學長姐或小麻之類大神的分享，把處置方式具體地內化
4. 演算法設計 (Algorithm Design) 歸納出簡單的步驟或原則來解決每個⼩問題 – 等到往後碰到類似問題、疾病，就知道怎麼制定出符合治療指引、健保規範、又足夠個別化的診療方式

今天總算開始練習大航道「判斷 n 是否為 2 的次方」的邏輯問題，給定一個正整數 n，判斷 n 是不是 2 的次方。

對我來說，最困難的還是解構思考流程並寫出足夠清晰的 Pseudocode，比如老師們給出的演算法步驟及 Pseudocode 為：

def is_power_of_two(n)
# 先處理例外：如果 n 等於 1，它就是 2的次方
# 把 n 除以 2，如果
# 餘數是 1 ⇒ n 不是 2 的次方
# 餘數是 0 而答案是 1 ⇒ n 是 2 的次方
# 餘數是 0 而答案 > 1 ⇒ 重複此步驟
end

苦思了差不多三小時（太遜了ＸＤ），原本我還想先把 n % 2 = a, n / 2 = b 來解，但寫到重複步驟這關就卡住了，只好去參考些其他大大的解法，最後的答案是（我看也有學長姐在例外寫完是直接用 elsif 接其他非例外狀況）：

def is_power_of_two(n)

  # 先處理例外：如果 n 等於 1，它就是 2的次方 
if n == 1
  return true
end

  # 把 n 除以 2，如果
    # 餘數是 1 ⇒ n 不是 2 的次方
    # 餘數是 0 而答案是 1 ⇒ n 是 2 的次方
    # 餘數是 0 而答案 > 1 ⇒ 重複此步驟
  if ( n % 2 == 0 && n / 2 > 1 )
      (n = n / 2) until n <= 3
     if n % 2 == 1
      return false
     else
      return true
     end
  else
    return false
  end

end

puts "When n = 1, #{is_power_of_two(1)}" # should return true.
puts "When n = 99, #{is_power_of_two(99)}" # should return true.
puts "When n = 7, #{is_power_of_two(7)}" # should return false.
puts "When n = 1256, #{is_power_of_two(1256)}" # should return false.
puts "When n = -6, #{is_power_of_two(-6)}" # should return true.

亂玩了一下，總算跑得出來了（掩面）

[~] $ ruby power_of_two.rb
When n = 1, true
When n = 99, false
When n = 7, false
When n = 1256, true
When n = -6, false

＊＊這是參考其他大神學長姐的程式碼

def is_power_of_two(n)

# 先處理例外：如果 n 等於 1，它就是 2的次方
if n == 1
result = "true"

把 n 除以 2，如果
餘數是 1 ⇒ n 不是 2 的次方
elsif n%2 == 1
return "false"
餘數是 0 而答案是 1 ⇒ n 是 2 的次方
elsif n%2 == 0 && n/2 == 1
return "true"
餘數是 0 而答案 > 1 ⇒ 重複此步驟
else n%2 == 0 && n/2 >1
n = n/2
return is_power_of_two(n)
end
end

好厲害，原來用「return」就可以解決我卡一小時的問題，看來我找答案的功力還要再加把勁～

以下是大航道提供的四支國外講解運算思維 (Computational Thinking) 的影片，讓我們能對運算思維的每一步驟有更深入的了解：
解構 Computational Thinking: Decomposition
https://www.youtube.com/watch?v=yQVTijX437c&t=209s (11 分鐘)
模式識別 Computational Thinking: Pattern Recognition
https://www.youtube.com/watch?v=SixLnIDV1yY (10 分鐘)
抽象化 Computational Thinking: Abstraction and Pattern Generalization
https://www.youtube.com/watch?v=RdzYOtxhuDc (10 分鐘)
演算法設計 Computational Thinking: Algorithm Design
https://www.youtube.com/watch?v=N91oCQbWUvA (14 分鐘)