定义计算“空间”的维度

在《人工科学》（The Sciences of the Artificial）中，心理学家和政治学家赫伯特·A·西蒙（Herbert A. Simon）将“设计”（designing）描述为在“可供选择的空间”（space of alternatives）中进行搜索。抛开他对设计的其他观点，西蒙关于搜索空间的隐喻可能会告诉我们如何着手设计数字产品和系统来支持它们。西蒙可能会引导我们问：计算的“空间”和定义它的维度是什么？

传统上，我们考虑的计算不是一个空间的选择，而是从随着时间的推移而得到的改进。摩尔定律。更快。更便宜。更多的处理器。更多的内存。更多的百万像素。更高的分辨率。更多的传感器。更多的带宽。更多设备。更多的应用程序。更多的用户。更多的数据。更多的“参与”。更多的一切。

随着时间的推移，越来越多的东西也变得越来越少。第一台计算机非常大，占据了整个房间。在过去的50年里，计算机缩小了很多，可以放在桌面上，然后可以放在衬衫口袋里。今天，芯片上的计算机被嵌入到我们周围的“智能”设备中。而现在，它们开始融入到我们的环境中，变得无形无相，无处不在。

早期的计算机既稀有又昂贵。20世纪60年代，伊利诺伊大学发布了一部影片，吹嘘拥有惊人的30台数字计算机！早期个人电脑世界的口号变成了“一人一机”（one person, one computer）。如今，一个人拥有多台计算设备已经司空见惯。事实上，你的汽车可能包含十几个或更多的微处理器。

显然，我们所认为的“计算”已经发生了变化，并将继续发生变化。难怪我们的大多数计算模型都是渐进式的：时间线。

计算的历史模型

1980年，麻省理工学院媒体实验室的联合创始人尼古拉斯·尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）将计算的未来称为“融合”（convergence）。他将出版业、广播业和计算机业描述为三个环，并指出它们正开始重叠，并将很快融合。计算将成为一种媒介，模糊行业之间的界限，成为一个交流的平台，这个想法开始扎根。《连线》紧随其后。然后是互联网。

尼古拉斯·尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）的“融合”（convergence）模型

1991年，苹果公司高级产品副总裁拉里·特斯勒（Larry Tesler）写道，“计算机最初是由技术精英服务的笨重机器，后来演变成服从个人的桌面工具。下一代将积极地与用户协作。”他描述了每十年发生一次的变化。他在一个时代分析表中举例说明了“计算的四种范式”（The Four Paradigms of Computing）——“批处理、分时、桌面和网络”（batch, time-sharing, desktop, and network）。

拉里·特斯勒（Larry Tesler）的“计算的四种范式”（The Four Paradigms of Computing）

2018年，Our World In Data更新了1900年至2016年消费者技术接受度的图表。这张图表表明，技术的采用是“波浪式”的——很像经济学家约瑟夫·熊彼特（Joseph Schumpeter）的预测。采用的速度正在加快。例如，收音机用了大约35年才达到90%的接受度，而手机用了不到10年。

美国家庭对技术的接受度

这三种理解计算在我们生活中扮演角色的方式是基于时间的。以线性序列的形式，在时间轴上记录了计算机所发生的变化。新兴趋势通常被描述为自然发展或序列的延伸，无论是虚拟现实、区块链还是AI。例如，谷歌首席执行官桑达尔·皮查伊（Sundar Pichai）以“AI First”的口号宣布了一套新产品，这套产品紧随“Mobile”[First]，紧随“Internet”，紧随“PC”。

考虑到变化的加速，对时间表的关注是可以理解的——尤其是企业家、投资者和媒体面临着识别新事物的压力。然而，我们还有其他选择。正如西蒙建议的那样，我们可以看看可能性的空间。

计算的“空间”

使用空间的隐喻，中心问题变成：维度是什么？上下、前后、左右是什么？下面的内容不是答案，而是建议。

模拟与数字

早期的计算设备是“模拟”的；例如，安提基特拉机械、查尔斯·巴贝奇的差分机和万尼瓦尔·布什的微分分析器。同样，早期的通讯系统，电报和电话，也是模拟的。有些读者可能还记得在网络计算的早期，调制解调器将数字计算机信号转换成模拟电话信号，然后再转换回来。

20世纪40年代，二进制数字计算出现了，到60年代，它已经成为标准，这是建立“现代”计算概念的基础，有效地击败了模拟计算方法。如此彻底的胜利，以至于今天“数字”（digital）=“计算”（computing）。

“打印”二进制数字开关所取得的进展是惊人的。然而，还是失去了一些东西。还有其他选择。多年来，海因茨·冯·福尔斯特（Heinz von Foerster）在伊利诺伊大学的数字计算实验室（DCL）旁边管理着一个生物计算实验室（由美国政府资助），在那里他探索了模拟计算方法。此外，所谓的“模糊逻辑”（fuzzy logic）（和其他非布尔逻辑）以及当前“神经网络”的局限性表明，纯粹的二进制数字计算方法可能最终会让位于宏大的、黑格尔式的模拟和数字的综合。这难道不是科幻小说中“电子人”（cyborgs）和“湿件”（wet-ware）的预测吗？这不就是最近神经科学进展中所表现出来的潜力吗？

集中式与分布式

计算似乎像钟摆一样在集中式与分布式的两极之间摇摆。

在数字计算的早期，大型计算机被用于集中处理，例如，组织工资单、给客户开账单和跟踪库存。分时系统和微型计算机集群开始分配访问权限，让计算更加贴近用户。十年后，个人电脑普及了计算。

最初，互联网被设计成完全“分布式”的——没有中心节点使网络易受攻击。在实践中，中心化的路由设施，如“互联网交换点”（IXPs），可以提高速度和降低成本，也可能使网络变得脆弱。互联网先驱们吹捧它的民主化效果，比如让任何人都可以发布信息。最近，亚马逊、脸书、谷歌和其他公司已经成为巨大的垄断企业，集中了对信息和人的访问。

与计算的集中式与分布式维度相关的是，从独立产品向互联产品的转变。我们认为，独立与连接不是计算的一个维度。显然，计算设备“希望”被连接起来；也就是说，联网设备比单机产品更有价值。此外，所谓的独立产品可能并不像名称所暗示的那样独立。在许多情况下，价值是通过产品的使用共同创造的。在某些情况下，使用依赖于服务网络，更不用说生产和销售网络了。例如，即使是柯达最早的相机也需要胶片、加工和印刷。“智能互联产品”更是依靠网络来提供信息和服务，提升产品的价值。问题不在于：产品会被连接起来吗？而是:网络是集中式还是分散式？

固定与流动

个人电脑问世40年后，我们使用的许多软件仍然会产生“死”文档，这意味着这些文档中的信息是“固定的”——被锁定在文档中。在桌面计算环境中，软件应用程序读写特定的文件类型，并且很难将信息从一个应用程序移动到另一个应用程序。以文字处理器为例；如果你想添加数据驱动的图表，你需要一个电子表格应用程序；或者，如果你想添加一个复杂的图表，你需要一个绘图应用程序。更新图表需要返回到原始应用程序，虽然微软支持一些文件链接，但大多数人发现重新导出和重新导入更容易。

一些“创作工具”试图解决这个问题。苹果公司1987年推出的Hypercard应用程序显示，文本、数字、图像和脚本可以在一个单一的“流动”环境中结合。

1990年，微软提供了OLE（对象链接和嵌入）。两年后，苹果公司推出了OpenDoc，这是一个旨在支持复合文档的软件组件框架。至少在内部讨论中，苹果考虑过颠覆应用优先模式，用文档优先模式取而代之的可能性。然而，无论是苹果还是其他任何公司都没有解决这个潜在的悖论。用户希望在他们的数据中；但是应用程序支持开发者；开发者创造了多样性，把用户带到平台上。

数据管道应用程序，如IFTTT，开始解决在网络环境中连接孤立数据的问题。

2018年初，D3.js的创建者之一迈克·博斯托克（Mike Bostock）发布了Observable的测试版，这是一个用于实时数据分析、可视化和探索的交互式笔记本。这种反应式编程环境的想法是受到了布雷特·维克多（Bret Victor）创造的探索性解释（explorable explanation）原则的启发。它也植根于笔记本界面，比如python的Jupyter项目(2014)和史蒂夫·沃尔夫勒姆（Stephen Wolfram）的Mathematica (1988)。

控制与合作

简单的工具需要我们主动控制。从某种意义上说，我们“推来推去”我们的工具——不仅仅是扫帚，还有锤子，甚至是像小提琴这样复杂的工具。然而，某类工具具有一定程度的独立性。在我们确定设定点后，恒温器无需我们的直接参与就可以运行了。像Nest (2011)这样的智能恒温器甚至可以尝试“学习”我们的行为并适应它们，在运行过程中调整自己的设定点。

除了智能恒温器，我们与计算系统的大部分交互都需要主动控制。例如，在AutoDesk的AutoCAD应用程序(1982)中，建筑不会自己绘制（尽管软件可能会尝试预测我们接下来要做什么并提前渲染它）。然而，我们可能希望得到更多。

麻省理工学院建筑机器组（Architecture Machine Group）（麻省理工学院媒体实验室的前身）的创始人尼葛洛庞帝就是这样做的。尼葛洛庞帝对构建一个绘图工具并不感兴趣，他希望建筑师能与建筑机器进行有意义的对话，就像他们是同事一样，尽管能力不同。

戈登·帕斯克（Gordon Pask）是建筑机器组（Architecture Machine Group）的常客和顾问，他对二阶控制论、会话理论（conversation theory）以及人与机器之间的互动感兴趣。帕斯克的一个作品“Musicolour”，是一种能通过灯光对音乐家的演奏做出反应的装置。有趣的是，这个装置并不是直接对特定的声音做出反应，而是对播放音乐的新颖性做出反应。因此，如果音乐家演奏重复的节奏，“Musicolour”就会感到厌烦，并停止产生任何视觉输出。因此，音乐人在与“Musicolour”进行“对话”的过程中，会反思和改变自己所演奏的内容。

在Facebook和Alexa的时代，重新审视尼葛洛庞帝、帕斯克和其他人提出的协作和对话的概念可能是明智的。

短暂与持久

大多数数字产品的寿命都很短，因为新型号和新类型的产品一直在发布。这意味着格式经常变化。这意味着从长远来看很难重温过去的信息。试着找一个DVD播放器或CD播放器，甚至是Syquest驱动器或软盘驱动器。阅读一本1500年的书比阅读1995年的文件要容易得多。

你有没有试过重新访问一个网站，却发现它已经关闭了？为了解决这个问题，一个非营利性的数字图书馆——互联网档案馆（Internet Archive），允许互联网用户通过它的网站时光机（Wayback Machine）访问存档的网页。（另一方面，欧盟颁布了“被遗忘权”）

这个维度与建筑师弗兰克·达菲（Frank Duffy）创造的“剪切层”（Shearing Layers）概念相似，后来被斯图尔特·布兰德（Stewart Brand）称为“速度分层”（Pace Layering）。布兰德在他的书《建筑养成记——建成后纪实》（How Buildings Learn: What Happens After They’re Built）中描述道，在一栋建筑内，有几个变化层，以不同的速度发生。布兰德将“速度分层”延伸到文化上，描述了一系列以不同速度移动的层。更一般地，我们可以说系统弹性的一个方面是适应不同速度的能力。到目前为止，我们的计算系统还没有那种弹性。

窥视与内观

今天，我们将移动设备作为一种门户。我们通过它们的矩形屏幕“窥视”数字世界。然而，数字世界并不一定要被困在这些小矩形里。

“虚拟现实”一词最早出现在达米安·布罗德里克（Damien Broderick）1982年的小说《The Judas Mandala》中。从那以后，围绕虚拟现实和增强现实的研究越来越多。这两个研究方向让我们离直接与数字环境交互更近了一步。

另一方面，艾伦·凯（Alan Kay）和布雷特·维克多（Bret Victor）共同创立的计算机研究团体Dynamicland，正在通过相机、投影、机器人等增强物理现实的手段来研究“动态现实”（Dynamic Reality）。他们正在构建一个公共计算系统，在这个系统中，整个物理空间被激活，我们可以“进入”一个数字环境中，同时保持在物理世界中的“存在”，并与物理对象进行互动。与虚拟现实或增强现实不同，Dynamicland不是在创造一个幻影或幻觉。通过从窥视数字环境转向真正无处不在的计算环境，我们最终可以超越屏幕，不仅仅是手指和眼睛，而是整个身体。

消费与创作

目前，只有那些有编程背景或有资源的人才有能力创造数字产品。这就迫使其他的人成为消费者，而不是创造者或作者。在创造数字产品时，我们的目标受众概念是“用户”。“用户”的概念有时假设他们的主要目标是消费，而不是玩耍、创造或交谈。如果数字环境足够包容，任何人都可以创造呢？我们如何提供工具，使每个人都能成为作者？

今天，大多数移动设备都是用来消费信息的；我们滑动手指来购买物品、观看视频、浏览新闻等。移动设备并没有真正为我们提供轻松创建数字产品的选项。移动应用程序仍然要在台式机和笔记本电脑上进行编码。

即使在我们每天访问的万维网上，我们主要的互动是“冲浪”。创建网站甚至网页仍然需要特殊技能。

尽管如此，博客、vlog、Pinterest和其他发布工具还是带来了希望。而 Hypercard 和 Minecraft (2009)等工具则展示了如果我们不仅让专业程序员，而且让任何人都能创造数字产品，“赋权”可能会是什么样子。

其他可能的维度

上面的内容并不是一个结论，而是一个建议，让我们去探索和绘制构成未来可能的计算“空间”的维度。通过将我们的关注点从产品改进路线图转移到可能性空间，我们可以围绕我们想要打造的未来进行一系列不同的对话。

以上提出的维度绝不是完整的或确定的。我们考虑了其他方面，包括：

• 串行处理、单时钟与并行处理(或并发)、多时钟(可能是集中式与分布式维度的一个方面)
• 大教堂与集市，自上而下与自下而上，专有与开源(也许还有集中式与分布式等方面)
• 质量工程与敏捷原型(也许是速度分层的另一个方面)
• 虚拟与实体(也许是窥视与内观的一个方面)
• 富媒体与文本，图形用户界面与命令行，鼠标与键盘(也许，宽泛地讲，消费与创作的各个方面)
• 自动化与增强(同样，消费与创作的一个方面)

很有可能，读者会想象更多可能的维度。在某种程度上，这就是问题的关键——引发关于哪些维度是重要的讨论，我们重视什么？

可视化计算“空间”中的路径

通过研究计算的“空间”维度，我们可以“定位”甚至“绘制”历史的、现有的和提议的计算系统的“位置”。让我们重新审视过去的计算范式，并将它们定位在计算的“空间”中。

我们可以通过研究一个具体的产品来仔细观察。1964年，IBM推出了IBM System/360，这是第一个为各种应用而设计的计算机系列。这是一台革命性的计算机，它允许客户购买低端机器，然后随着时间推移向上升级。如果IBM System/360位于计算的“空间”中，它的坐标会是什么？作为一台大型计算机，它的计算能力是集中的，并被打包成它的物理形式。它被设计成在没有太多灵活性的情况下使用。当操作员按下按钮或输入信息时，它会“听”命令。这台电脑是在1965年到1978年间交付的，也就是十几年的时间。正在计算的内容只有在输出结果时才可见。它允许操作员输入需要计算的内容。

下面，上述六个维度分别以行表示。（模拟与数字不包括在内，因为过去70年的大多数例子都会是数字的）。IBM System/360在每个维度上都是一个点，并且绘制了一条连接每个点的路径，形成了示例的整体模式或配置。诚然，这些点是粗略的近似值，有待商榷。

今天，计算机不仅体积缩小了，而且现在还可以变形为许多不同的形状。例如，2014年首次推出的亚马逊Echo，放在你家的任何地方，通过语音回答简单的问题。与IBM System/360相比，Echo在计算的“空间”中处于什么位置？作为一个语音助手，它能够通过API与网络上的其他分布式服务进行连接和通信。虽然它可以帮助你保存购物清单（短期），但信息会保留在亚马逊生态系统中（长期）。它对你的响应目前非常有限；它要求并假设你的问题或要求简单明了。虽然我们不确定该产品能持续多久，但亚马逊Echo本身（无论好坏）会保留你的订单历史、偏好等。作为一个黑色圆柱形产品，除了它告诉你它从亚马逊Echo应用程序中记录的内容之外，它几乎不可能以一种可以理解的方式向普通用户传达它正在处理、聆听和解释的内容。这款产品在很大程度上是为人们在亚马逊生态系统中的消费而打造的。

以类似的方式，我们绘制了亚马逊Echo。

通过查看IBM System/360和亚马逊Echo的“蛇”形图，我们可以看到这两种产品在计算的“空间”中描绘了两条不同的路径。并排比较这两个“蛇”形图，我们可以开始理解这两个产品之间的差异，不仅在硬件、操作系统和编程语言层面，而且在它们如何增强和扩展我们的人类能力方面。

正如我们所看到的，作为一个平台和产品，亚马逊Echo更加灵活，但是它比IBM System/360更容易被“消费”，IBM System/360至少对它的用户来说，在许多方面对创作更开放。

正如我们在上面已经开始展示的那样，如果我们在计算的“空间”中跟踪产品，我们可能会发现最近和当前的产品位于大多数维度的左侧。其中一个原因可能是组织及其管理者面临巨大的压力来实现增长。

过去，当我们想到计算里程碑时，我们自然会将这些里程碑与时间线联系起来。在这种情况下，亚马逊Echo是在IBM推出System/360的50年后推出的。然而，通过比较来自两个不同计算时代的两种不同产品的维度，我们可以谈论这两种产品，不是根据它们在时间上的“进步”，而是根据它们在目的和方法上的异同。

我们的心智模型——我们将信息置于情境中的框架——支持对不同目标的思考。精益启动方法帮助我们快速迭代和理解客户喜欢什么。业务模型画布帮助我们将业务的价值主张和运营所需的资源具体化。以用户为中心的设计理念，在很多的实践中，都是专注于为人创造产品，很大程度上是假设他们会使用和消费，很少超出这个范围。虽然这些框架在一个以消费者为中心的世界里为我们提供了帮助，但我们很少有框架来思考其他计算世界。

我们的责任

未来不是预先确定的。它还有待发明。

虽然科技趋势主导着科技新闻，影响着我们认为可能和可信的事情，但我们可以自由选择。我们不必接受垄断提供的东西。我们仍然可以用自己的方式创造未来。我们可以回到推动个人电脑革命和激发第一代互联网的价值观。

玻璃矩形和黑色圆柱体不是未来。正如西蒙所建议的那样，通过在“可供选择的空间”计算系统中搜索，我们可以想象其他可能的未来——没有走过的路。在这个“空间”中，尽管有些维度目前不如其他维度那么容易辨认，但是通过共同研究并由此照亮那些尚未被探索的维度，我们可以共同创造另一种未来。

编译自：Journal of Design and Science上的文章 Defining the Dimensions of the “Space” of Computing