软件即模型：重新理解软件开发

最近在想一个比较简单的事情：

如果把软件看作一种模型，那么软件开发是不是也可以被看作一种模型优化过程？

我暂时把这种思路称为：

软件即模型（Software as a Model）

这里的“模型”并不是特指机器学习模型，而是更一般意义上的模型：一个能够根据输入产生行为和输出的系统。

1、软件本身就是一种模型

通常我们把软件理解成一组代码。

但从行为的角度看，软件也可以抽象成：

flowchart LR
    A[输入] --> B[软件模型]
    B --> C[输出]

给软件输入一组状态、数据或者事件，它会产生相应的输出和行为。

例如：

给计算器输入 1 + 2，得到 3
给 Web 服务发送 HTTP 请求，得到响应
给编译器输入源代码，得到目标程序
给控制系统输入传感器数据，得到控制输出

从这个角度看，代码只是模型的一种表达形式。

真正重要的是：

这个软件在各种输入和状态下表现出了什么行为。

这其实和机器学习模型的抽象非常接近。

2、如果软件是模型，那么测试就是模型评价

机器学习模型通常可以表示为：

软件也可以用类似的方式理解：

一个测试用例实际上就是一个行为样本：

Input
Expected Output

软件运行之后得到：

Actual Output

然后比较：

Actual Output ≠ Expected Output

于是产生了一个行为错误。

如果从这个角度重新看待测试，那么测试就不只是传统意义上的“验证代码有没有 Bug”。

它实际上是在回答：

当前软件模型与目标行为之间还有多大差距？

3、软件开发可以看成一个优化循环

传统的软件开发大致是：

如果采用“软件即模型”的视角，可以把它抽象成：

这时候，软件开发就很像一个持续优化的问题：

找到一个软件模型，使它在尽可能多的输入和环境下表现出期望的行为。

这和机器学习的目标在抽象层面上非常接近。

4、其实已经有人在研究类似的问题

这个想法并不是凭空出现的。

计算机科学中已经有很多方向在研究“根据行为要求产生或者修改程序”。

4.1 Program Synthesis

程序综合（Program Synthesis）研究的是：

根据规格、示例或者约束，自动生成满足要求的程序。

例如给出：

Input 1 → Output 1
Input 2 → Output 2
Input 3 → Output 3

让系统寻找一个能够满足这些行为约束的程序。

4.2 Programming by Example

Programming by Example（PBE）则更加直接：

用户不一定告诉计算机“应该怎么写”，而是给出几个例子，让系统推断程序应该做什么。

这实际上已经非常接近“软件是一个可以根据输入输出样本推断出来的模型”这个观点。

4.3 Test-Driven Synthesis

还有一类研究直接把测试用例作为程序综合的约束。

测试不再只是程序生成之后的检查，而成为程序生成过程本身的约束条件。

5、Software 2.0 提供了另一个方向

Andrej Karpathy 在 2017 年提出过一个很有影响力的概念：

Software 2.0

传统软件主要是：

flowchart LR
    A[需求] --> B[程序员]
    B --> C[代码]
    C --> D[行为]

而机器学习系统则可以是：

flowchart LR
    A[数据] --> B[训练]
    B --> C[模型参数]
    C --> D[行为]

这实际上已经改变了“软件是什么”的定义。

在传统软件中，人直接编写程序逻辑。

在机器学习软件中，人提供数据、目标和训练方法，由训练过程产生模型参数。

“软件即模型”与 Software 2.0 有相似之处，但范围更广。

它并不要求软件一定是神经网络。

一个传统的 Python 程序、C++ 程序、PLC 程序，只要它可以被看作一个产生行为的系统，同样可以被看成模型。

6、软件模型和机器学习模型的区别

当然，软件优化并不等于机器学习训练。

机器学习模型通常具有连续的参数空间：

神经网络可能通过梯度下降调整参数。

而程序通常不能简单地通过“调整几个参数”得到下一个更好的程序。

程序的变化往往是：

增加一个条件
删除一个分支
修改一个算法
更换一个数据结构
调整程序结构
修改状态机
增加异常处理

因此，更准确地说：

软件开发可以被看成程序空间中的搜索与优化。

它与机器学习训练在形式上不同，但在更高层次上有一个共同点：

根据反馈不断改变模型，使模型的行为越来越接近目标。

7、测试数据可以变成“软件训练数据”

如果接受这个观点，那么测试用例的意义也会发生变化。

传统测试通常是：

开发 → 测试 → 发现 Bug → 修复

而在“软件即模型”的视角下：

这些数据实际上描述了软件应该具有什么样的行为。

于是可以进一步产生一个想法：

软件的测试集，也可以看成软件行为的数据集。

软件每增加一个重要行为，就增加一个样本。

每发现一个 Bug，就可以增加一个回归样本。

如果一个 Bug 在真实环境中发生：

flowchart LR
    A[真实运行] --> B[发现 Bug]
    B --> C[记录输入与状态]
    C --> D[记录正确行为]
    D --> E[新的测试样本]
    E --> F[回归测试]

那么这个 Bug 就不只是一次事故。

它还可以成为软件模型下一轮优化的数据。

8、仿真环境可能成为软件模型的训练环境

如果真实环境太昂贵、太危险或者速度太慢，就可以使用仿真环境产生大量行为数据。

这时候，仿真器不再只是开发工具。

它可以成为：

软件模型的训练和评价环境。

这与机器人、自动驾驶等领域使用模拟环境训练模型的思路也有相似之处。

9、真正困难的是：如何定义“误差”

如果软件可以优化，那么一个自然的问题就是：

软件的 Loss 是什么？

机器学习里可以定义：

Loss = Prediction - Target

软件却复杂得多。

一个程序可能同时需要满足：

功能正确
性能达标
安全
资源占用合理
接口兼容
可维护
不破坏已有行为

因此软件的评价可能是多维度的：

所以软件模型的“训练”可能不是简单地最小化一个数字。

更可能是：

在一组行为、约束和评价指标下寻找满足要求的软件模型。

10、Coding Agent 可能改变这个过程

如果软件真的可以被看作模型，那么 Coding Agent 的意义可能就不只是“帮助程序员写代码”。

传统的软件开发中，人参与整个优化闭环：

而 Coding Agent 可以逐渐进入这个闭环：

Agent 可以：

根据需求生成程序
执行程序
运行测试
分析失败案例
定位错误
修改程序
再次执行
判断是否达到要求

于是 Agent 的工作对象就不再是“某一个函数”。

它优化的是：

整个软件模型的行为。

这可能是 Coding Agent 更值得关注的地方。

它不只是提高程序员写代码的速度，而可能逐渐把原本依赖人工完成的软件优化闭环自动化。

11、从“人写代码”到“人定义行为”

如果这种趋势继续发展，人的角色可能发生变化。

传统方式是：

人 → 设计程序 → 编写代码 → 测试 → 修改

而另一种可能的方式是：

人 → 定义行为和约束

Agent → 生成程序
      → 执行
      → 测试
      → 分析误差
      → 修改
      → 重复

这并不意味着所有软件都可以立即采用这种方式。

很多软件需求仍然很难形式化，测试覆盖也不可能天然完整，安全性、架构质量和长期维护等问题也很难完全自动评价。

但如果越来越多的软件可以被描述为：

输入 + 状态 + 期望行为 + 约束 + 评价标准

那么软件开发中越来越多的环节就有可能进入自动优化循环。

12、软件工厂可能因此发生变化

传统的软件工厂，本质上还是人在生产软件。

如果“软件即模型”的思路进一步发展，那么软件生产可以逐渐变成：

这里真正需要人的，可能越来越集中在：

定义需求
定义正确行为
定义约束
提供测试数据
判断哪些结果是可以接受的

而生成和优化软件模型的过程，则可以越来越自动化。

最终甚至可以想象这样一种软件工厂：

这时候，“程序员”这个角色本身也可能发生变化。

未必是简单地从“程序员”变成“没有程序员”，而可能是：

软件生产中需要人工参与的部分不断减少，而机器负责的搜索、生成、测试和优化部分不断增加。

13、一个更简单的抽象

如果把整件事情压缩成一句话，可以得到：

这其实就是一个反馈系统。

软件开发可以被看成：

不断减少软件模型与目标行为之间的差距。

从这个角度看：

代码是模型的一种表示
测试是行为数据
Bug是行为误差
回归测试是历史行为约束
仿真器是模型评价环境
Coding Agent是模型优化器
软件开发是模型优化过程

14、还有一些值得继续思考的问题

如果把软件真正当成模型，还有很多问题值得研究：

14.1 什么是软件的完整输入？

对于一个简单函数，输入很容易定义。

但对于操作系统、Web 服务、控制系统，一个软件的输入可能包括：

用户输入
网络数据
时间
外部设备
系统状态
历史状态
并发事件

因此，“输入”本身就是一个需要定义的问题。

14.2 什么是正确输出？

很多软件并不存在唯一正确答案。

例如搜索引擎、推荐系统、编译器优化器，都可能存在多个合理结果。

14.3 如何定义软件的 Loss？

功能、性能、安全、资源、可维护性之间可能互相冲突。

14.4 如何从错误直接得到修改方向？

发现错误比较容易。

但：

“哪里错了”如何自动转换成“应该怎样修改程序”？

这可能是 Coding Agent 最重要的问题之一。

14.5 如何避免过拟合？

如果软件只针对测试集优化，可能出现“测试通过，但真实环境失败”。

这意味着软件同样存在某种意义上的：

行为泛化问题。

15、Software as a Model

所以，目前我更愿意把“软件即模型”看成一个观察软件的新角度，而不是一个已经完整建立的理论。

Program Synthesis、Programming by Example、Program Repair、Test-Driven Synthesis、Software 2.0 等研究，都已经从不同方向触及了其中的一部分。

但把这些现象放到一起，可以得到一个比较简单的抽象：

软件是一种产生行为的模型。

那么：

软件开发就是构建和优化这个模型的过程。

而当 Coding Agent 能够自己完成：

生成 → 执行 → 评价 → 找到行为误差 → 修改 → 再执行

软件生产就可能逐渐从一种高度依赖人工的活动，变成一种持续的自动优化过程。

这也许是“Software as a Model”最值得继续思考的地方。

不是代码会不会被 AI 写出来。

而是：

当软件可以被描述、执行、评价和持续优化之后，软件生产本身是否也会像模型训练一样，变成一个可以不断自动运行的过程。

汇智网原创，转载请标明出处