Эдсгер Дейкстра

Эдсгер Вибе Дейкстра (нидерл. Edsger Wybe Dijkstra; 11 мая 1930, Роттердам — 6 августа 2002, Нюнен) — нидерландский учёный в области теоретического программирования и информатики, один из пионеров дисциплины структурного программирования. Лауреат премии Тьюринга 1972 года. Внёс фундаментальный вклад в разработку алгоритмов на графах (алгоритм Дейкстры), операционных систем (семафоры, концепция взаимоблокировок), языков программирования (Guarded Command Language) и методологии разработки программного обеспечения. Известен своей строгой позицией в отношении формальных методов верификации программ и критикой бесконтрольного использования оператора GOTO.

Биография

Ранние годы и образование

Эдсгер Дейкстра родился в Роттердаме в семье учёных. Его отец, Доуве Дейкстра, был химиком, мать, Брехье Корнелия Клёмпер, — математиком. Уже в школе Дейкстра проявил выдающиеся способности к математике и физике. В 1948 году он окончил гимназию Эразмуса в Роттердаме.

В 1948 году поступил в Лейденский университет, где изучал теоретическую физику. В 1952 году он получил степень кандидата наук (эквивалент магистра). Параллельно с учёбой в Лейдене Дейкстра с 1951 года работал программистом в Математическом центре в Амстердаме (Mathematisch Centrum), где познакомился с вычислительной техникой. Первоначально он программировал на машине ARRA I, а затем на ARRA II.

Карьера в Математическом центре и защита диссертации

С 1952 по 1962 год Дейкстра работал в Математическом центре. В этот период он разработал один из первых компиляторов для языка ALGOL 60. В 1959 году он получил степень доктора философии (Ph.D.) в Амстердамском университете, защитив диссертацию «Communication with an Automatic Computer» (связь с автоматической вычислительной машиной). Эта работа была посвящена проблемам взаимодействия человека и компьютера, а также вопросам разработки операционных систем.

Профессор в Технологическом университете Эйндховена

В 1962 году Дейкстра занял должность профессора математики в Технологическом университете Эйндховена (Technische Hogeschool Eindhoven). Здесь он продолжил исследования в области операционных систем и параллельных вычислений. В 1965 году он совместно с коллегами разработал операционную систему THE (Technische Hogeschool Eindhoven), которая стала одной из первых систем, построенных на принципах иерархии уровней и синхронизации процессов. Именно в рамках этой работы Дейкстра ввёл понятие семафора — одного из ключевых механизмов синхронизации в операционных системах.

В 1968 году Дейкстра опубликовал знаменитое письмо «Go To Statement Considered Harmful» («Оператор GOTO считается вредным»), которое вызвало широкую дискуссию в сообществе программистов и стало одним из катализаторов движения за структурное программирование.

Работа в компании Burroughs и Техасском университете

В 1973 году Дейкстра перешёл на работу в американскую компанию Burroughs Corporation (впоследствии — Unisys), где занимался исследованиями в области формальных методов верификации программ и архитектуры вычислительных систем. В 1984 году он переехал в США и стал профессором кафедры компьютерных наук Техасского университета в Остине. Здесь он продолжал преподавать и вести исследования до выхода на пенсию в 1999 году.

Последние годы

После выхода на пенсию Дейкстра продолжал писать эссе и статьи, многие из которых были опубликованы в его знаменитой серии «EWD» (Edsger Wybe Dijkstra — его инициалы). Он скончался 6 августа 2002 года в Нюнене (Нидерланды) от рака.

Научный вклад

Алгоритм Дейкстры

Одной из самых известных работ Дейкстры является алгоритм Дейкстры — алгоритм на графах, предназначенный для нахождения кратчайших путей от одной вершины до всех остальных во взвешенном графе с неотрицательными весами рёбер. Алгоритм был опубликован в 1959 году и с тех пор широко применяется в маршрутизации сетей, навигационных системах, геоинформационных системах и других областях. Дейкстра разработал алгоритм, решая задачу прокладки кратчайшего маршрута между двумя городами в Нидерландах.

Семафоры и синхронизация

В 1965 году Дейкстра ввёл понятие семафора — абстрактного типа данных, используемого для синхронизации доступа к общим ресурсам в параллельных вычислениях. Он определил две основные операции над семафорами: P (proberen — проверять) и V (verhogen — увеличивать). Эта концепция стала основой для построения операционных систем и параллельных программ. Дейкстра также впервые описал проблему взаимоблокировки (deadlock) и предложил методы её предотвращения.

Структурное программирование

Дейкстра был одним из главных идеологов структурного программирования — методологии разработки программ, основанной на использовании трёх базовых управляющих конструкций: последовательность, ветвление (if-then-else) и цикл (while-do). В своей знаменитой статье «Go To Statement Considered Harmful» (1968) он убедительно показал, что бесконтрольное использование оператора безусловного перехода (GOTO) приводит к созданию нечитаемого и трудно поддерживаемого кода («спагетти-код»). Эта работа оказала огромное влияние на развитие языков программирования и практику программирования.

Формальные методы верификации

Дейкстра был убеждённым сторонником формальных методов в программировании. Он считал, что правильность программы должна быть доказана математически, а не проверена тестированием. Он разработал систему обозначений для описания пред- и постусловий программ (логика Хоара — Дейкстры) и метод weakest precondition (слабейшее предусловие) для автоматического доказательства корректности программ.

Guarded Command Language (GCL)

В 1975 году Дейкстра предложил язык Guarded Command Language — небольшой формальный язык программирования, предназначенный для описания алгоритмов и их верификации. GCL использует концепцию «охраняемых команд» (guarded commands) — конструкций, которые выполняются только при выполнении определённого условия. Этот язык оказал влияние на развитие языков параллельного программирования (например, Occam).

Критика и полемика

Дейкстра был известен своей резкой и бескомпромиссной критикой ряда аспектов компьютерной науки и практики программирования. Он критиковал:

• Язык программирования COBOL — называл его «увечьем» и «катастрофой».
• Использование оператора GOTO — считал его вредным для структурного программирования.
• Тестирование программ — утверждал, что тестирование может только доказать наличие ошибок, но не их отсутствие.
• Сложность современных языков программирования — считал, что они отвлекают программиста от математической сути задачи.
• Коммерциализацию компьютерной науки — выступал против превращения науки в бизнес.

Эти взгляды нередко вызывали споры, но в то же время стимулировали развитие более строгих и формальных подходов к программированию.

Награды и признание

• Премия Тьюринга (1972) — за фундаментальный вклад в разработку языков программирования и операционных систем.
• Премия ACM SIGPLAN Programming Languages Achievement Award (1999).
• Медаль Гарри Гуда (1997).
• Почётный доктор ряда университетов, включая Университет Квинсленда и Университет Ватерлоо.
• Член Королевской академии наук и искусств Нидерландов (с 1968 года).

Наследие

Эдсгер Дейкстра считается одним из самых влиятельных учёных в истории информатики. Его работы по алгоритмам, операционным системам, структурному программированию и формальным методам заложили основы современного программирования. Алгоритм Дейкстры остаётся одним из наиболее часто используемых алгоритмов на графах. Его идеи о важности математической строгости и формальной верификации продолжают оказывать влияние на развитие языков программирования и методологий разработки программного обеспечения. Архив его рукописей (серия EWD) содержит более 1300 документов, охватывающих все аспекты его научной деятельности.

Источники

• Dijkstra, E. W. (1959). A note on two problems in connexion with graphs. Numerische Mathematik, 1(1), 269–271.
• Dijkstra, E. W. (1965). Cooperating sequential processes. Technical Report EWD-123, Eindhoven University of Technology.
• Dijkstra, E. W. (1968). Go To Statement Considered Harmful. Communications of the ACM, 11(3), 147–148.
• Dijkstra, E. W. (1976). A Discipline of Programming. Prentice-Hall.
• Dijkstra, E. W. (1982). Selected Writings on Computing: A Personal Perspective. Springer-Verlag.