Реферат: Как готовить системных программистов

Профессиональным преподавателем Университета я стал почти случайно. В принципе, я читал спецкурсы, будучи еще студентом мат-меха, руководил дипломными работами, 9 человек защитило кандидатские диссертации под моим руководством, но все это было скорее фоновой работой, чем основной. Еще в молодые годы я начал руководить лабораторией системного программирования НИИ математики и механики мат-меха, и был вполне удовлетворен этой работой. Но вопрос о том, чтобы обеспечить приток новых молодых специалистов, у меня не возникал. Мы занимаемся наукой, немного помогаем в подготовке студентов, получаем молодых специалистов, и все. Когда уехал работать во Францию зав. кафедрой мат. обеспечения ЭВМ А.О. Слисенко (сейчас он заведует кафедрой в университете Париж-12), наш декан решил, что я буду хорошей кандидатурой на этот пост. Организовали собрание кафедры, попросили меня рассказать о своей программе. Она была очень короткая, всего из двух пунктов. Первый тезис: каждый преподаватель должен быть сначала исследователем, а уж потом преподавателем. Я готов простить некоторые недоработки, но не готов простить начетничества, когда преподаватель сегодня почитает книжку, а завтра расскажет. Надо, чтобы преподаватели в основном рассказывали о своих работах или о тех, в которых они принимали участие. И второй тезис был в том, что надо соответствовать международным программам. Каждые два года печатаются стандарты, мы отслеживали эти стандарты с 1992 года.

За каждым из этих тезисов была моя выстраданная позиция. Не люблю я "начетчиков". Страдал от таких преподавателей, когда сам учился, и, естественно, не хочу поддерживать их сейчас. А насчет международных стандартов бывали ужасные истории. Именно так хочу сказать - ужасные.

Например, мы по роду своей деятельности много контактировали с группой молодых людей из Академгородка, из Новосибирска, которые под руководством доктора наук Котова делали новую машину, "Кронос". А мы в это время делали свою машину, "Самсон", поэтому очень интересно было поговорить, пообщаться, обменяться результатами, и ребята произвели на меня незабываемое впечатление. Они часто приезжали к нам, жили у меня дома. Многих из них я хорошо помню до сих пор. Двое из них в конце 80-х годов пробовали поступить в аспирантуру американского университета. У них была очень мощная поддержка. Руководителем их лаборатории был А. Марчук, а его отец был президентом Академии наук. Поэтому сотрудники А. Марчука имели дополнительные возможности, получали доступ к материалам, связанным с аспирантурой в Америке, которых младшие научные сотрудники других организаций не имели. Короче говоря, они поступали в аспирантуру в американском университете. Они оба были очень умными, я мечтал бы иметь таких сотрудников. И не поступили. Не потому что плохо говорят по-английски или по какой-то еще формальной причине. Они просто на половину вопросов не знали ответов.

На меня это произвело оглушающее впечатление, потому что я привык думать, что мы, по крайней мере в области программирования, "впереди планеты всей". В некоторых областях это действительно так. В области техники трансляции, в области теоретических вопросов программирования, теории оптимизации. Но оказалось, что программирование за это время разрослось, и мы в своих работах, в основном на оборону, очень многие аспекты просто упустили. И в 1992 году, по моим подсчетам, мы не накрывали даже 40% международного стандарта по специальности computer science and software engineering. Поэтому я и сказал сотрудникам кафедры, что нечего почивать на лаврах, засучивайте рукава и занимайтесь, будем догонять мировую цивилизацию. На что получил совершенно негативную реакцию: не надо сгущать краски, наша кафедра подготовила таких хороших специалистов, да и ты закончил эту кафедру, что тебе еще надо?

Наш декан, Г.А. Леонов, молодой, энергичный человек, решил, что он это так не оставит, и решил создать еще одну кафедру. Была масса проблем, были дискуссии на Ученом Совете, что мат-мех и так сокращается, а тут вводят новую кафедру... Короче, были неприятные и даже болезненные ситуации, но большой дипломат Леонов все преодолел, заставил меня написать ворох бумаг, и в результате сформировалась новая кафедра. Моей заслуги в этом почти что и нет. Я всего лишь предложил несколько идей.

Так 6 лет назад я стал заведующим кафедрой системного программирования. Я начал честно воплощать собственную же программу, развивать исследования, которых у нас раньше не было. Думаю, что сейчас мы накрываем процентов 80 международного стандарта, но не могу обещать, что скоро мы накроем все 100%. Действительно, мировая наука развивается стремительными темпами, и в очень разнообразных направлениях. Исходно мне дали 3,5 ставки, но в первый же год на кафедре работал 21 человек. То есть работали сотрудники нашего предприятия, практически всегда бесплатно, и аргумент мой был только один: если вам нужны молодые сотрудники, если вам нужна обратная связь - вперед, в аудитории!

Мы добились определенных успехов, 3 года назад у нас был такой незабываемый эпизод, когда заканчивал кафедру один из первых выпусков, 12 человек, и все 12 получили красные дипломы. Причем без всяких "натягиваний", они сами этого добились.

Именно сотрудники нашей кафедры руководят командами нашего Университета на международных соревнованиях. Мы дважды стали чемпионами, но для меня еще важнее, что в течение 5 лет подряд мы были в призовой "десятке" из 2500 команд. Заметна стабильность результата. Я считаю, что кафедра системного программирования, несмотря на свою молодость, развивается достаточно успешно.

В данный момент я хочу сосредоточиться не на успехах (я отчетливо понимаю - сегодня есть успех, а завтра тебя никто не вспомнит), а на проблемах, которые мешают нам развиваться дальше. Их несколько, и я не знаю, сумею ли я связно о них рассказать в этом интервью. Но попробую.

Начну я, как ни странно это, возможно, со стороны покажется, с практики. Студенты должны иметь практику. Программирование - это такая специальность, которой не научишь у доски с мелом в руках. Для того, чтобы лучше понять возможные пути организации практики, мысленно перенесемся в Оксфордский университет, где мне доводилось читать лекции, и я специально изучал местную постановку образования. Конечно, там иногда отдает некоторой "замшелостью", но, тем не менее, сотрудники университета свято блюдут традиции и с большой неохотой расстаются с чем-то старым. Иногда им это можно поставить в минус. Например, сейчас Оксфордский университет несколько отстал в области естественных наук от Кембриджа, и специалисты говорят, что одна из причин этого в том, что в Оксфорде на 60 лет позже отменили обязательное обучение латыни. В Кембридже отменили в 20-х годах, а в Оксфорде только в 80-х. И эти 60 лет многих молодых людей отпугивала необходимость учить мертвый язык только потому, что так делали 800 лет назад.

Но обычно верность традициям достойна уважения. Например, в Оксфорде для каждого предмета есть теоретический курс, то есть лекции, практический курс, когда преподаватель со студентами решает задачи в аудитории, у доски, у компьютера, но при этом стоит рядом, и практикум - по каждому курсу студент должен выполнить некоторую работу самостоятельно. Причем не раз в полгода, как наша курсовая работа, одна на весь семестр, а по каждому предмету каждые две недели. Есть огромные аудитории, сотни свободных вычислительных машин. Приходишь, садишься, решаешь, и затем свой результат показываешь тьютору. Это еще одна особенность - персональное обучение. По каждому предмету час в неделю студент работает со своим тьютором - таким преподавателем, который за него отвечает. Было пять предметов в неделю - значит, пять часов студент с преподавателями проведет один на один. Причем тьютор составляет основу преподавания. Именно тьютор ведет вступительные экзамены, именно тьютор отбирает себе студентов, а не колледж или университет в целом. Именно тьютор может сказать своему коллеге: "Знаешь, я уже набрал себе нужное количество студентов, есть еще такой-то студент, возьми его себе в другой колледж".

Если читают, например, операционную систему реального времени, то каждый студент должен написать программу: управление памятью, управление процессорами, управление временем. Преподаватель смотрит не только на результат, но и на то, как написана программа. По всем предметам есть лекции, практика и практикум.

У нас с этим слабее. Курсовые работы - раз в семестр, и часто превращаются в фикцию. И трудно изменить эту ситуацию к лучшему, потому что нет соответствующих материальных ресурсов. Как обязать всех студентов по каждому предмету сделать самостоятельную работу, если мы не можем им обеспечить полноценный доступ к вычислительным машинам? Классы всегда перегружены. Так, чтобы студент, занимался без преподавателя, у нас не принято. Обязательно подумают, что и вирус занесут, и что-нибудь украдут, и что-нибудь сломают. Самостоятельную работу очень трудно наладить. О тьюторстве я просто не мечтаю. Это прежде всего вопрос денег. У нас наверняка нашлось бы много хороших преподавателей, но для того, чтобы обеспечить индивидуальное обучение - сколько надо преподавателей и какое потребуется финансирование? Хотя еще со средних веков известно, что обучение - это всегда работа мастера с подмастерьем с непосредственной передачей опыта. Так что единственная "живая" практика у нас - на пятом курсе, полугодовая преддипломная практика. И здесь тоже есть свои проблемы. Хорошо, если практика была, если мы говорим о программировании, в известной фирме, которая успешно и продуктивно на современном технологическом уровне занимается программированием. Но так бывает не всегда.

Первый тезис - сегодня надо практику реально совместить с теорией. Формально говоря, все у нас есть. Пятый курс полгода проходит преддипломную практику. И чем это кончается? Вот у меня толстая пачка отчетов по практике (шелест бумаги). Люди просто пристраиваются работать (например, программистами) в какую-нибудь малоизвестную контору, чаще всего я даже названия такого не знаю. Они работают. С одной стороны, какие могут быть претензии? Человек полгода проработал, получал деньги, кому-то был полезен. Спрашиваю, я, завкафедрой: "Чему ты там научился?". "Вот, получил практический опыт программирования на Java или C++". "Как была организована работа?". "Никак. Начальник дал задание, я написал программу". "Как был организован коллектив? Какие были взаимоотношения? Как велось планирование, отчетность? Были ли еженедельные собрания? Была ли регулярная проверка качества? Были ли перекрестные чтения?". "Не было". "Так чему ты, милый, там научился?". "Программированию". "Почему тогда надо говорить, что ты заканчиваешь мат-мех факультет старейшего университета России?". Здесь явное несоответствие теории и практики.

Приведу пример с другой стороны. У нас несколько человек проходило практику в зарубежной фирме здесь, в Санкт-Петербурге. В этой фирме все хорошо организовано, но есть другая крайность: везде завеса секретности. Даже если дипломную работу написал там, ее в Университете защитить нельзя. Надо защищать в фирме, организовывать ГЭК. Это целая проблема. Ладно, в конце концов, даже на военных работали, могли все организовать. Но ведь человек отрывается от коллектива, ничего не может обсудить. Самое главное в обучении - это беседа, разговор. А тут несколько человек проходят практику, и даже со своими однокурсниками не общаются. Запрещено. Совершенно другая крайность. Очень высокий уровень работы, но слишком индивидуальный. Люди из этой фирмы, возможно, скажут, что я не прав, что у них есть и семинары, и регулярное обучение. Но я говорю о том, что вижу по результатам работы наших студентов.

Некоторые студенты проходят практику на предприятиях. Здесь я требую, чтобы это была не только работа, но и обучение. Тоже возникают противоречия: "Мы производственное предприятие, нам надо зарабатывать деньги, приносить прибыль, поэтому заниматься чисто учебными делами как-то не с руки. Нет-нет, мы понимаем, что надо готовить кадры, но все должны заниматься своим делом".

И еще раз повторю, поскольку для меня этот тезис важен, что практика - это не просто работа "от забора до обеда", переделал готовую программу или спаял электронную схему. Практика подразумевает некоторое исследование, обучение организационным формам, современным методам. Практика должна быть разнообразной. Например, электронщик должен не только спаять, но и спроектировать схему, спроектировать кристаллы, которые внутри. Он должен участвовать в отладке, и не просто участвовать, а сделать тестовое окружение. Электронщики должны программировать. Это все тесно связано.

Вас не удивляет, что я все время вспоминаю электронику- У меня есть целый отдел электронщиков, у них и руководитель отдела математик, и многие сотрудники математики. Сейчас электроника такая, что все равно надо программировать. Но приходят инженеры, которые не знают, как простейший тест написать. А как написать не один тест, а систему тестов для исчерпывающего тестирования, им даже объяснить невозможно. Практика должна включать в себя организационные аспекты, элементы дизайна, элементы разработки, и, самое главное - доводку до результата. За полгода всегда можно сделать результат. Все, насчет практики поговорили, хотя на эту тему можно было еще многое обсудить.

Тезис второй - чему учим? Вот передо мной лежит программа 35.15. По этой программе учится отделение информатики математико-механического факультета. Мы с сотрудниками нашей кафедры принимали участие в ее разработке. Для сравнения скажу: у нас отделение прикладной математики учится по 01.02. Мат. статистика, моделирование, теоретическая кибернетика - это все замечательно. В дипломе написано: "Математик. Системный программист". Я прошу авторов это программы: "Покажите, где здесь программирование". На первом курсе учат программированию на языке С, и все. Я же не говорю, что в программу включили лишний материал. Все нужные вещи: и моделирование надо, и кибернетику надо, и распознавание образов, и вопросы оптимизации. Но зачем пишут в дипломе "Системный программист"? Вот я заведую кафедрой системного программирования. Надеюсь, что я знаю, что такое системное программирование. Давайте я тоже буду учить программированию, а писать в дипломе "специалист по методу Монте-Карло". Кому это понравится? Конечно, все понимают, что надо привлечь людей, звучит название специальности хорошо, но не совсем соответствует содержанию курса.

Вернемся к тому, что я действительно считаю хорошим. Например, специализации 35.15: математические основы информатики, информационные системы, технологии программирования, архитектуры вычислительных систем, сети. Далее: экспертные системы, теория оптимизации баз данных, интернет и интранет, инструментальные системы для С++, Java-технологии, инструментальные средства визуального программирования, инструментальные средства логического программирования, технология трансляции, языки и системы программирования, технология программирования, архитектура ЭВМ, программно-аппаратные комплексы, операционные системы реального времени, телекоммуникации, и так далее.

Мы на кафедре подсчитали часы этой программы, все равно 50 % - это "чистая математика". Самый главный недостаток даже не в этом, а в том, что та половина времени, которая нам отведена на специальность, отнесена на конец. На первых трех семестрах - только 4 часа в неделю. Представляете себе, человек поступил на отделение информатики, не на отделение "чистой математики", не на отделение астрономии или механики. И учится полтора года, три семестра, имея 4 часа программирования в неделю! В самых разных видах, все про все. Как можно его научить? Самое ценное время уходит. Я даже встречался с заместителем министра образования, обсуждал это все у нас в Университете, в УМО. Сценарий разговора всегда был таким: "На кого жалуетесь, вы же сами профессор, член УМО! Вот и вносите предложение, сократите то, добавьте это, для чего и создано УМО". Хорошо. Когда я только пытаюсь это делать, мне сразу говорят: "Как? Ты что? На факультете работают старые профессора, которые и тебя учили мат. анализу, алгебре, высшей геометрии... Если ты уменьшишь нагрузку, их надо будет сокращать. Неужели ты хочешь уволить старых профессоров-математиков?" Конечно, не хочу. Но есть правила, установленные Министерством, что количество преподавателей связано с количеством студентов. Если число студентов уменьшилось, соответственно уменьшается число преподавателей. То есть такая простая вещь, как перераспределение часов, уже сталкивается с министерскими правилами, и никакой Университет, никакое УМО изменить это не может.

В нашей программе есть федеральный компонент, вузовский компонент (региональный) и по выбору. Федеральный компонент: математический анализ, 4 семестра, количество часов в неделю: 8, 4, 6, 6. Алгебра и теория чисел, три семестра, часы: 4, 4, 4. Геометрия и топология, три семестра, часы: 4, 4, 4. Дифференциальные уравнения, два семестра, по 4 часа. Функциональный анализ, один семестр, 4 часа. Когда я был студентом, было два семестра. Уравнения мат. физики: один семестр, но 6 часов. Теория вероятностей и математическая статистика: два семестра, 7 часов.

(Когда я учился, вся теория вероятностей ограничивалась изучением меры Лебега. О том, что вероятность находит применение в нашей науке, я узнал лет через 15: оказывается, отказы вычислительной техники распределены по закону Пуассона. Так можно оценить вероятность отказа, но узнал я об этом только когда столкнулся на практике. Мы сделали новую вычислительную машину, от нас потребовали расчет, я взялся за книги, и с удивлением узнал, что теория вероятностей - полезная наука. Мне было уже под сорок. Ничему такому, как предсказывать отказы, как считать их интенсивность - ничему этому нас не учили. Одни интегралы, интегралы, интегралы. Нет, из этих интегралов потом следуют и закон Пуассона, и все остальное, но мостика между мерой Лебега и еще чем-нибудь полезным нет.)

Есть вычислительный практикум, три семестра по 2 часа, и есть программирование, три семестра, 3, 2, 2 часа. А здесь должны быть общепрофессиональные дисциплины (федеральный компонент): архитектура вычислительных систем компьютерной сети, операционная система оболочки, структура алгоритма компьютерной обработки данных, базы данных и СУБД, компьютерное моделирование, компьютерная графика, теория формальных языков и трансляций, спецкурсы по выбору, спецсеминары. Но против всего этого - пустые клетки.

Далее, рассмотрим третий курс (пятый-шестой семестр). Десять часов в неделю. Как можно научить студентов? И только на 4-5 курсе начинают учить "по специальности". Но на пятом курсе уже преддипломная практика, там только спецкурсы, и то понемножку. То есть мы можем учить практически только четвертый курс. Разве так можно? Вот где проблема. Причем не могу сказать, что у меня есть решение.

Тезис третий - необходимость теории. Один мой бывший однокурсник сейчас профессор Западно-Берлинского технического университета. Я бывал у него, и он у нас побывал несколько раз. Я однажды его спросил, чему учат у них в университете. Выяснилось, что изучают и логику, и все остальное, но только формулировки теорем. Я его спросил: "Скажи честно, если я сейчас подойду к какому-нибудь вашему студенту и спрошу, что такое теорема Геделя о неполноте, он ответит?" "Нет, - говорит, - даже не вспомнит". "Тогда зачем так учить?" - "Ну, положено. А зачем вам теорема Геделя?" "Хотя бы для того, - говорю, - чтобы молодой специалист имел представление о границах применимости. Теорема Геделя говорит о том, что корректность арифметики не проверить средствами самой арифметики, и дает теоретические ограничения, что надо искать какие-то метатеории, привлекать дополнительные возможности. Если человек об этом даже не подозревает, он будет в каких-то местах напрасно тратить время. У меня был случай, когда один выпускник кафедры мат. физики, работающий у нас, должен был реализовать анализ потоков данных в программе. Он довольно быстро все реализовал. Самая мощная машина тогда была 486-я, и он на ней 4 часа тест из 20 строк гонял. Я посмотрел программу - простой перебор путей в графе. Я его спрашиваю: "Ты разве не знаешь, что число путей в графе растет экспоненциально относительно числа вершин?" - "Не знаю. Подумаешь, экспонента! Машина железная, все посчитает". Я ему долго читал лекцию про актуальную бесконечность, о том, что если в программировании видишь экспоненту, то надо искать другое решение. Это не значит, что надо сдаваться. Я часто привожу студентам такой пример. На конференции, посвященной 1000-летию алгоритма, в Ургенче (на родине Аль-Хорезми), была представлена статья Ю.В. Матиясевича "Что нам делать с экспоненциально сложными задачами?" Это мне нравится, это конструктивный подход. Не просто "Все, сдаюсь, больше ничего сделать не можем". Всегда можно найти частные случаи. Есть и другая противоположность "теоретического" восприятия задачи. Другой не менее известный ученый меня мучил, когда я сдавал кандидатский минимум: что значит теорема Геделя о неполноте? И заставлял меня на экзамене (за две недели до защиты диссертации!) признать, что из этого следует, что машина не все может. Но это не так! Нет общего подхода - найдем частные.

Например, знаете, на чем основана шифрация? Сводят задачу к какой-нибудь трудноразрешимой (например, разложение числа на множители). Мои коллеги, практики, сделали систему шифрации. Популярная система, продается хорошо. Они меня попросили показать кому-нибудь из коллег - насколько их работа теоретически обоснована. Я попросил Ю.В. Матиясевича посмотреть их статьи. Он минут 10 смотрел, тут же указывает мне фразу: "Поскольку никакого другого способа вычислить, кроме как простой перебор, нет, это трудноразрешимая задача". Мне даже обидно стало, что сам не разглядел. Вдруг найдется какой-то другой метод, который для данного конкретного класса задач найдет хороший алгоритм? Тогда все это рассыплется как карточный домик. Возможно, такого метода и не найдется, но математика отличается тем, что все надо доказывать. Они не доказали, что другого метода, кроме прямого перебора, нет. Я немного в сторону ушел от основной темы, но никакого противоречия по сравнению с тем, что я начал говорить, нет.

Итак, нужны теоретики, нужны исследования, и нужны доказательства. И уж если человек говорит, что эта система шифрации стойкая - будь любезен, докажи, что никакого способа, кроме полного перебора, нет. Другое дело, что и в некоторых классических задачах криптографии этот вопрос до сих пор открыт.

Если у тебя нет теоретической подготовки, то так и будешь перебирать пути в графе, не задумываясь об экспоненциальной сложности алгоритма. На практике это означает, что алгоритм работать не будет. Теория дает определенные границы: за что браться, за что не браться, где искать, где не искать. Где с самого начала надо искать срез, подзадачу, специальный случай.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--