프로그래머적 사고를 키우는 스물 여섯 가지 원리

이 책에서는 프로그래밍 원리를 눈으로 읽고 지나가지 않는다. 각 원리와 관련된 재미있는 문제를 풀며 먼저 생각해보고, 그 원리에 대한 설명을 접함으로써 프로그래밍 원리를 보다 쉽고, 편안하게 익힐 수 있다. 프로그래밍 학습에 있어 가장 기본이 되는 원리를 이 책으로 이해한다면 탄탄한 기초를 다질 수 있다고 확신한다.

이 책에 담겨 있는 스물여섯 가지 원리
인간은 10진수, 컴퓨터는 2진수/ 컴퓨터의 기반 이론은 부울대수/ 문자는 약속된 2진 코드로 표현/ 제한적인 공간에서 2진수 형태로 표현되는 정수와 실수/ 컴퓨터에서 사용되는 다양한 표기법/ 함수 호출할 때 사용되는 스택/ 차례대로 처리되도록 하는 큐/ 삽입과 삭제가 편리한 연결 리스트/ 계층 관계의 데이터들을 표현하는 트리/ 탐색 시간을 단축하는 이진 탐색 트리/ 관계가 있는 데이터들을 표현하는 그래프/ 차량 항법 시스템의 기본 원리인 다익스트라 알고리즘/ 컴파일러에서도 사용되는 빠른 속도의 해시 테이블/ 컴퓨터가 알 수 있는 명령어를 만들자/ 기초적인 문제 해결 방법부터 알고 가자/ 상황에 따라 다른 일을 처리하는 조건문/ 수들의 규칙성을 찾아내 문제 해결하기/ 규칙을 찾아내면 해결되는 하노이 탑/ 내 안에 또 다른 내가 있네/ 규칙성을 만들어주는 정렬/ 데이터들의 유형에 따라 다른 방법으로 탐색하자/ 컴퓨터가 체스 챔피언을 이긴 비결은 인공지능 탐색/ 오류를 검출해서 신뢰도를 높이자/ 너무 크다 줄이자/ 암호화가 안 되면 불안해/ 튜링 기계를 흉내내는 컴퓨터

Chapter 01 진수 변환하기 _인간은 10진수, 컴퓨터는 2진수
컴퓨터는 문자, 숫자, 그림, 소리, 동영상 등 모든 정보를 2진수 형식으로 표현한다. 초기의 컴퓨터에서는 10진수를 사용하여 정보를 표현했으나 고가의 장치, 연산 처리 능력의 저하, 그리고 비안정성 등의 문제가 있었다. 이런 문제점을 해결하기 위해 안정성이 뛰어난 2진수 형식으로 정보를 표현하게 되었다. 0 또는 1의 2진수 개념은 모든 전기적인 장치의 on/off와도 딱 맞는 개념이기도 하다. 이에 이 장에서는 컴퓨터에서 정보를 표현하는 형태인 2진수에 익숙해지기 위해 진수를 변환하는 방법에 대해 살펴본다.

Chapter 02 부울대수 _컴퓨터의 기반 이론은 부울대수
컴퓨터의 기본 구성요소는 논리 회로로 적절한 2진 정보를 입력받아 연산을 거쳐 출력 정보를 생성한다. 특히 논리 회로 중 가장 기본이 되는 회로를 게이트라 하는데 부울대수의 연산에 해당하는 작업을 수행한다. 그리고 대부분의 프로그래밍 언어는 논리 연산자를 제공하는데 이 역시 부울대수를 기반으로 한다. 이에 이 장에서는 부울대수 연산자와 부울대수 법칙에 대해 살펴본다.

Chapter 03 문자 표현 _문자는 약속된 2진 코드로 표현
우리는 'programming'과 같은 형태로 문자를 표현하지만 컴퓨터는 2진수 형태의 약속된 코드 체계를 사용해서 문자를 표현한다. 예를 들어, 문자 'a'를 컴퓨터 내부에서는 1100001로 표현한다. 문자 표현을 위한 약속된 코드 체계로 대표적인 것이 ASCII와 유니코드인데, 이 장에서는 이런 코드 체계로 문자를 어떻게 표현하는지에 대해 살펴본다.

Chapter 04 숫자 표현 _제한적인 공간에서 2진수 형태로 표현되는 정수와 실수
우리는 정수와 실수를 10진수 형태로 표현한다. 그러나 컴퓨터에서는 모든 정보를 2진수 형태로 표현하므로 정수와 실수도 2진수 형태로 표현한다. 우리는 정수와 실수를 자릿수에 제한을 두지 않고 원하는 수를 마음대로 나타낼 수 있다. 그러나 컴퓨터의 기억 공간은 제한적이므로 정수나 실수를 나타낼 기억 영역도 제한적이다. 이 장에서는 정수와 실수를 컴퓨터 내부에서 어떻게 표현하는지에 대해 살펴본다.

Chapter 05 수식 표기법 _컴퓨터에서 사용되는 다양한 표기법
우리는 일반적으로 1＋3과 같은 형식으로 수식을 표현한다. 그러나 LISP과 같은 프로그래밍 언어는 (＋1 3)과 같은 형식으로 수식을 표현한다. 그리고 컴퓨터 내부에서는 1 3＋와 같은 형식으로 표현해서 수식을 연산한다. 이처럼 연산자의 위치에 따라 수식을 중위 표기법, 전위 표기법, 후위 표기법으로 구분할 수 있는데, 이 장에서는 이러한 내용에 대해 살펴본다.

Chapter 06 스택 _함수 호출할 때 사용되는 스택
프로그램에서 데이터들간의 논리적 관계를 데이터 구조라 하는데 대표적인 구조로 스택이 있다. 스택은 데이터의 삽입과 삭제가 한쪽 방향에서만 일러나는 구조로, 가장 나중에 삽입된 데이터가 가장 먼저 삭제된다. 이런 스택은 프로그램 실행시 함수를 호출하거나 수식을 연산할 때 사용되는 구조이다. 이 장에서는 이런 스택 구조에 데이터를 삽입하고 삭제하는 동작에 대해 살펴보고, 스택을 이용해서 수식을 연산하는 동작에 대해 살펴본다.

Chapter 07 큐 _차례대로 처리되도록 하는 큐
마트의 계산대에서는 계산대에 먼저 도착한 고객이 먼저 계산하고 나가는데 이와 같은 형태의 데이터 구조를 큐라 한다. 큐는 한쪽 방향으로 데이터가 삽입되고 반대 방향으로 데이터가 삭제되는 구조로, 먼저 삽입된 데이터가 먼저 삭제된다. 큐는 키보드 버퍼와 같이 순차적으로 처리할 필요가 있는 요청 또는 데이터에 대한 구조로 사용된다. 이 장에서는 큐에 데이터를 삽입하고 삭제하는 동작에 대해 살펴보고, 원형 큐에 대해서도 살펴본다.

Chapter 08 연결 리스트 _삽입과 삭제가 편리한 연결 리스트
연결 리스트는 각 데이터들을 포인터로 연결하여 관리하는 데이터 구조로, 데이터 삽입과
삭제가 용이하고 메모리를 동적으로 할당해 사용하므로 필요한 공간을 예측할 수 없을 때
적합하다. 그러므로 운영체제에서 프로세스를 관리하는 경우와 같이 데이터 삽입과 삭제가
빈번히 발생하는 프로그램에서 연결 리스트 구조가 주로 사용된다. 이 장에서는 다양한 종
류의 연결 리스트 구조에 대해 살펴본다.

Chapter 09 트리 _계층 관계의 데이터들을 표현하는 트리
트리는 나무를 뒤집은 모습으로 계층 구조를 표현하기에 적합한 데이터 구조이다. 트리는 컴파일러의 파스 트리, 데이터베이스 검색을 위한 검색 트리 등에서 활용되는데 빠른 탐색 시간을 나타내는 구조이다. 이 장에서는 트리 구조의 개념, 트리를 표현하는 방법, 그리고 트리의 데이터들을 방문하는 방법 등에 대해 살펴본다.

Chapter 10 이진 탐색 트리 _탐색 시간을 단축하는 이진 탐색 트리
이진 탐색 트리는 이진 트리면서 같은 데이터는 없고, 왼쪽 서브 트리에 있는 모든 데이터는 현재 노드의 데이터보다 작고, 오른쪽 서브 트리에 있는 모든 데이터는 현재 노드의 데이터보다 크다. 이런 이진 탐색 트리는 데이터의 삽입, 삭제, 탐색 등의 동작이 자주 발생하는 프로그램에 매우 효율적인 데이터 구조이다. 이 장에서는 이진 탐색 트리의 개요와 탐색, 삽입, 삭제 동작에 대해 예를 통해 살펴본다.

Chapter 11 그래프 _관계가 있는 데이터들을 표현하는 그래프
그래프는 데이터들간의 관계를 정점과 간선으로 표현한 데이터 구조로, 정점은 데이터들을 의미하고 간선은 정점과 정점을 연결하는 선을 의미한다. 이런 그래프는 매우 다양한 목적으로 사용되며 컴퓨터 과학 분야의 중요한 연구 주제에 해당한다. 앞에서 살펴본 트리도 그래프의 특수한 경우에 속한다. 이 장에서는 그래프에 대한 개념과 그래프의 모든 정점을 탐색하는 방법에 대해 살펴본다.

Chapter 12 다익스트라 알고리즘 _차량 항법 시스템의 기본 원리인 다익스트라 알고리즘
사방이 차로 꽉 막혀 어느 길로 가야할지 막막할 때 목적지까지 가장 빨리 도달할 수 있는 경로를 알려주는 차량 항법 시스템이나 출발지와 목적지만 지정하면 가장 빠른 경로를 알려주는 인터넷 사이트 구현 시 필요한 알고리즘이 이 장에서 다루는 다익스트라 알고리즘이다. 다익스트라 알고리즘은 앞에서 살펴본 그래프 구조에서 동작한다. 이 장에서는 예를 이용해서 다익스트라 알고리즘이 어떻게 동작하는지에 대해 살펴본다.

Chapter 13 해시 테이블 _컴파일러에서도 사용되는 빠른 속도의 해시 테이블
고급 언어로 작성된 프로그램을 컴퓨터가 이해할 수 있는 실행 프로그램으로 변환시켜주는 소프트웨어인 컴파일러는 효율적인 데이터 관리를 위해 해시 테이블을 이용한다. 또한 빠른 접근 시간을 필요로 하는 데이터베이스 관리 시스템에서도 해시 테이블을 이용해서 데이터를 관리한다. 이처럼 해시 테이블은 많은 소프트웨어에서 중요하게 사용되는 데이터 구조이다. 이 장에서는 해시 테이블에 대해 살펴본다.

Chapter 14 프로그래밍 언어 _컴퓨터가 알 수 있는 명령어를 만들자
프로그래밍 언어는 프로그램을 작성하기 위한 인공적인 언어를 의미한다. 초기에는 컴퓨터가 직접 이해할 수 있는 0과 1로 된 기계어로 프로그램을 작성했지만 언어 자체가 복잡하고 컴퓨터의 종류에 따라 다르게 표현되어서 프로그래밍하는데 어려움을 겪었다. 그 후 어셈블리어, FORTRAN, C, C++, Java 등의 언어가 개발되어 프로그래밍하는 부담을 덜게 되었다. 이 장에서는 프로그래밍 언어에 대한 개념과 초보자에게 적합한 로고(Logo)라는 언어로 프로그램을 작성하는 방법에 대해 살펴본다.

Chapter 15 교환하기 _기초적인 문제 해결 방법부터 알고 가자
두 변수 속에 저장된 값을 교환하고자 하면 또 다른 변수를 이용해야 한다. 이 장에서는 이런 내용과 관련된 [생각해보기]를 통해 교환에 대한 원리를 파악하고 실제 프로그램을 이용해서 두 변수에 저장된 값을 교환하는 내용에 대해 살펴본다. 특히 다시 주목받고 있는 언어인 자바스크립트를 이용해서 살펴본다.

Chapter 16 조건에 따라 다른 일하기 _상황에 따라 다른 일을 처리하는 조건문
나이가 50 이상인 사원들에게는 특별보너스를 지급하고 그렇지 않은 경우에는 특별보너스를 지급하지 않는 프로그램을 작성한다고 하자. 이런 경우에 사용하는 문장이 조건문인데, 조건문은 대부분의 프로그램에서 사용되고 있는 중요한 개념이다. 이 장에서는 조건문에 대해 살펴보고자 하는데, 특히 자바스크립트의 조건문에 대해 살펴본다.

Chapter 17 수들의 규칙성 찾기 _수들의 규칙성을 찾아내 문제 해결하기
프로그램 알고리즘에서 중요한 개념 중 하나로 재귀 알고리즘이 있다. 재귀 알고리즘이란 재귀 호출을 이용해서 문제를 해결하는 것을 의미하는데, 자주 제시되는 예로 피보나치 수열이 있다. 이 장에서는 피보나치 수를 구하는 문제를 재귀 알고리즘을 이용해서 해결하는 내용에 대해 살펴보고자 하는데, 특히 자바스크립트 언어를 이용해서 살펴본다.

Chapter 18 하노이 탑 _규칙을 찾아내면 해결되는 하노이 탑
받침대에 나무 막대가 3개 박혀 있고, 이 중 하나에 크기가 다른 원판 8개가 크기 순서대로 쌓여 있다.이것의 목표는 큰 원판을 작은 원판 위에 놓을 수 없다는 제약 아래 한 번에 맨 위에 있는 원판을 1개씩만 옮겨 전체 원판을 다른 막대로 이동하는 것이다. 하노이 탑 퍼즐에 관한 이야기다. 이 하노이 탑 퍼즐 문제를 해결하기 위해 재귀 알고리즘을 사용하면 되는데, 이 장에서는 재귀 알고리즘을 이용해서 하노이 탑 퍼즐을 해결하는 내용에 대해 자바스크립트 프로그램을 통해 살펴본다.

Chapter 19 프랙탈 _내 안에 또 다른 내가 있네
프랙탈은 부분이 전체를 닮는 자기유사성(self-similarity)이라는 특징을 갖는 구조를 말한다. 프랙탈 구조로 대표적인 것이 코흐눈송이, 시어핀스키 삼각형 등인데, 재귀 알고리즘 원리를 적용하면 그림을 그릴 수 있다. 이 장에서는 시어핀스키 삼각형을 로고로 그리는 내용에 대해 살펴볼 것인데, 이를 위해 로고에서의 프로시저, 로고에서의 조건문에 대해서도 살펴본다.

Chapter 20 정렬하기 _규칙성을 만들어주는 정렬
엑셀과 같은 스프레드시트에는 순서에 상관없이 나열된 데이터를 특정 기준에 따라 순서대로 나열하는 기능이 있다. 또한 성적 관리 프로그램도 학생 성적 데이터를 성적이나 학번 순으로 나열하는 기능이 있다. 이처럼 순서에 상관없이 배열된 데이터를 일정 규칙에 따라 배열하는 것을 정렬이라 하는데, 이 장에서는 대표적인 정렬 알고리즘인 버블 정렬과 선택 정렬 알고리즘에 대해 살펴본다.

Chapter 21 탐색하기 _데이터들의 유형에 따라 다른 방법으로 탐색하자
탐색은 기억 공간에 저장된 데이터나 주어진 입력 데이터 집합에서 어떤 조건이나 성질을 만족하는 데이터를 찾는 것을 말한다. 그런데 탐색하고자 하는 데이터에는 무작위로 섞여 있는 데이터와 특정한 규칙에 따라 정렬된 데이터가 있을 수 있다. 그러므로 데이터 유형에 따라 효율적으로 동작하는 탐색 알고리즘을 선택해야 하는데, 이 장에서는 이런 내용들에 대해 살펴본다.

Chapter 22 인공지능 탐색 _컴퓨터가 체스 챔피언을 이긴 비결은 인공지능 탐색
1977년 세계 체스 챔피언인 가리 카스파로프와 딥 블루라는 이름의 컴퓨터와 체스 대결을 벌여 카스파로프가 패했다. 2002년에는 블라디미르 크람니크와 딥 프리츠라는 이름의 컴퓨터와 체스 대결을 벌여 크람니크가 승리했다. 그 후 최근에는 2006년 블라디미르 크람니크와 딥 프리츠가 대결을 벌여 크람니크가 완패했다. 이처럼 컴퓨터도 인간만큼 아니 더 뛰어난 지능을 지닐 수 있는데 바로 인공지능 탐색 알고리즘 덕분이다. 이 장에서는 인공지능탐색 알고리즘 중에서 대표적인 최고 우선 탐색 알고리즘에 대해 살펴본다.

Chapter 23 오류 검출하기 _오류를 검출해서 신뢰도를 높이자
네트워크를 통해 데이터를 전송할 때 전파장애, 번개, 해킹 등 여러 요인에 의해 데이터가 변경되거나 유실될 수 있다. 그래서 네트워크 시스템에서는 수신한 데이터에 오류가 있는지를 판단하는 기능을 갖추고 있는데, 대표적인 방법이 패리티 비트를 사용하는 것이다. 이 장에서는 패리티 비트와 세로 중복 검사에 대해 살펴보고, 유사한 원리로 코드가 생성되는 ISBN에 대해 살펴본다.

Chapter 24 압축하기 _너무 크다. 줄이자.
데이터를 저장하거나 전송할 때 데이터의 크기를 줄이는 것이 효율적이다. 데이터의 크기
를 줄이는 데 사용하는 기술을 데이터 압축이라 하는데, 압축하고자 하는 데이터의 유형에
따라 효율적인 압축 방법이 있다. 런 렝스 코딩은 그림을 압축하는데 적합하고 허프만 코딩
은 텍스트를 압축하는데 적합하다. 이 장에서는 이러한 런 렝스 코딩과 허프만 코딩에 대해
살펴본다.

Chapter 25 암호문 만들기 _암호화가 안 되면 불안해
인터넷의 발전으로 전자상거래, 인터넷 뱅킹, 전자 화폐, 인터넷 증권, 디지털 서명 등은 이제 대부분의 사용자에게 보편화되었다. 그런데 이러한 서비스는 사용자에게 접근의 용이함과 편리함 등을 제공하지만 인터넷 구조상의 문제점으로 인해 제3자에 의한 인터넷 불법행위를 급증하게 하는 원인이 되기도 한다. 그리고 이런 보안 문제는 개인이나 기업의 차원을 넘어 국가 안위와 직결되는 중대한 사안으로 떠오른 지 오래다. 사이버 보안 문제가 국가간 첩보전을 방불케할 만큼 위협적인 무기로 등장한 것이다. 이런 상황에서 사용자에게 안전한 인터넷 서비스를 제공하기 위해서는 해독하기 힘든 암호화 기술의 개발이 꼭 필요하다. 이에 이 장에서는 초기 암호화 알고리즘인 시저 암호, 트리테미우스 암호, 비게네르 암호, 전치형 암호, 폴리비우스 암호 등에 대해 살펴본다.

Chapter 26 튜링 기계 _튜링 기계를 흉내내는 컴퓨터
독일 수학자 힐버트는 1928년에 '원칙적으로 수학의 모든 문제를 순서대로 해결할 수 있는 일반적인 기계적 절차가 있는가?'라는 문제를 제기했다. 튜링은 이 문제를 해결하기 위해 노력하다가 인간의 두뇌를 기계의 본보기로 설정하고, 사람처럼 계산하는 기계를 구성할 수 있다는 결론에 이르렀다. 이러한 기계는 훗날 '튜링 기계'라고 불리는데, 1936년 「계산 가능한 수에 관하여 - 결정 문제에 대한 적용과 관련하여(On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungs-problem)」라는 논문에 발표되었다. 튜링 기계의 종류는 매우 다양하며, 이 중에 다른 어떤 기계의 조작도 흉내낼 수 있는 기계가 존재한다. 컴퓨터는 튜링 기계의 특성에 의해 설계된 것이다. 이 장에서는 튜링 기계에 대해 살펴본다.

<b>이 책의 특징과 장점</b><br/>-. 문제를 풀며 원리를 이해하고 개념을 정리함으로써 머릿속에 깊이 새긴다.<br/>공식이 아닌 논리적으로 풀어내야 하는 문제를 통해서 컴퓨터 과학의 기본 원리를 체험하고 풀이를 통해서 완전하게 이해함으로써 어떤 개념에 대한 '왜'라는 부분을 쉽고 재미있게 이해한다. 이러한 학습법을 통해서 원리와 개념을 보다 잘 기억할 수 있다. <br/>-. 이미지를 풍부하게 사용해서 직관적으로 이해할 수 있다. <br/>원리에 대한 설명을 많은 이미지와 함께 설명하고 있어서 보다 직관적으로 이해할 수 있다. <br/> <br/><b>어떤 독자를 위한 책인가?</b><br/>-. 프로그래밍을 전공하는 대학생<br/>-. 컴퓨터 과학의 기본 원리에 대한 이해가 필요한 취업준비생 및 프로그래머