Что такое паттерн: объясняем простыми словами
Паттерн - это визуальный или логический шаблон, который повторяется и используется для решения типовых задач в дизайне, архитектуре, программировании. Давайте разберемся, что такое паттерн на простых примерах.
1. История возникновения понятия "паттерн"
Первые упоминания о паттернах встречаются в трудах древнегреческих философов, таких как Платон, Пифагор и Эмпедокл. Они изучали закономерности и узоры в природе, пытаясь объяснить порядок вещей с помощью математических моделей.
Современное понимание паттернов сформировалось постепенно с развитием науки и технологий в 19-20 веках. Вклад в это внесли такие ученые, как:
- Бельгийский физик Жозеф Плато, изучавший мыльные пузыри и сформулировавший концепцию минимальной поверхности;
- Немецкий биолог и художник Эрнст Геккель, нарисовавший сотни морских организмов и подчеркнувший их симметрию;
- Шотландский биолог Дарси Томпсон, впервые начавший изучать закономерности роста растений и животных;
- Британский математик Алан Тьюринг, предсказавший механизмы биологической морфологии;
- Венгерский биолог Аристид Линденмайер и франко-американский математик Бенуа Мандельброт, применившие для объяснения роста растений математику фракталов.
Их работы позволили сформулировать современное понимание паттернов как повторяющихся структур и шаблонов в природе и обществе.
2. Определение и виды паттернов
Итак, паттерн — это повторяющийся визуальный или логический шаблон. Элементы паттерна предсказуемо дублируются в определенном порядке. Например, орнаментальные узоры, музыкальные ритмы, алгоритмы в программировании.
Различают следующие основные виды паттернов:
- Архитектурные паттерны (MVC, Model-View-Controller и др.) — шаблоны организации кода приложений;
- Паттерны проектирования (Singleton, Factory Method и др.) — шаблоны написания отдельных классов и объектов;
- Идиомы — шаблоны на уровне написания отдельных конструкций кода;
- Паттерны тестирования, документирования и др.
Например, одним из самых известных паттернов проектирования в программировании является Singleton. Его суть в том, чтобы гарантировать, что класс может иметь только один экземпляр. Это достигается за счет того, что конструктор класса делается приватным, а экземпляр создается при первом обращении к статическому методу класса.
3. Значение паттернов в веб-разработке
Паттерны в программировании, особенно паттерны проектирования, играют очень важную роль.
Во-первых, они позволяют существенно ускорить разработку, так как использование известных решений для типовых задач экономит время на их проектирование с нуля.
Во-вторых, придерживание общепринятых паттернов облегчает другим разработчикам понимание кода. Если программист видит, что реализация класса или модуля следует паттерну Singleton или MVC, ему не нужно вникать в детали — он и так знает их устройство.
В-третьих, паттерны защищают от типовых ошибок, так как в них уже учтены распространенные проблемы и подводные камни реализации тех или иных решений.
Однако у паттернов есть и недостатки. Например, слепое копирование чужих решений без понимания может привести к излишнему усложнению системы. Кроме того, стандартные шаблоны иногда ограничивают творческий подход.
Таким образом, разработчикам нужно находить разумный баланс между использованием паттернов и реализацией собственных оригинальных решений для конкретных задач.
4. Паттерны в дизайне
Паттерны широко используются не только в программировании, но и в дизайне. Здесь они чаще всего представляют собой орнаментальные узоры, которые ритмично повторяются, заполняя какую-либо поверхность.
Такие орнаменты можно увидеть в архитектуре, на обоях, одежде, посуде, упаковке и многих других предметах быта. Их основное предназначение - что значит паттерн в этом контексте? Сделать окружающую среду более эстетичной и гармоничной за счет правильного ритма и композиции.
Некоторые художники специально экспериментировали с паттернами в своем творчестве. Например, Энди Уорхол с его знаменитыми «цветами» - многократно повторяющимися изображениями банок «Кэмпбелл». А японская художница Яея Кусама покрывает предметы, стены и полы бесконечным клетчатым pattern в виде тыкв с черными точками.
5. Паттерны в природе
Многие природные объекты также демонстрируют правильные геометрические паттерны. Это могут быть снежинки, раковины моллюсков, соты пчел, чешуя рыбы, капли дождя, песчаные дюны.
Особенно много разных паттернов можно увидеть у растений. Это и спиральное расположение семян в соцветиях подсолнуха, и фрактальная структура папоротников или ромашки, и завихрения лепестков у некоторых цветов.
Все эти структуры возникают благодаря математическим законам роста и развития живых организмов. Их изучение помогает понять, что паттерн - проявление внутренних скрытых принципов и правил организации природы.
6. Создание паттернов человеком
Наблюдая за паттернами в природе, люди издавна старались перенести эти принципы гармонии и симметрии в окружающие предметы.
Так появлялись орнаменты на одежде, декоративные узоры в архитектуре, мозаики, гобелены, витражи. Мастера вырезали паттерны на дереве, камне, кости, отливали из металлов.
С развитием печатного дела и ткачества появилась возможности массового тиражирования разных узоров на тканях, обоях, игральных картах.
7. Музыкальные паттерны
В музыке тоже широко используются различные паттерны. Это может быть ритмический рисунок в ударных инструментах, повторяющаяся мелодическая фраза, аккордовая последовательность.
Такие музыкальные паттерны придают композиции ощущение цельности и завершенности. В то же время их нарушение используется как художественный прием для создания интриги или неожиданного поворота сюжета.
Аналогично в живописи или архитектуре контраст или диссонанс на фоне гармоничного паттерна позволяет привлечь к этому месту внимание зрителя.
8. Полезность паттернов
Использование паттернов, безусловно, имеет большую пользу.
Во-первых, применение типовых, хорошо изученных решений позволяет экономить время и силы на создание чего-то принципиально нового. Можно сконцентрироваться на реализации конкретных деталей, а общую структуру взять уже готовой.
Во-вторых, знакомые паттерны легче воспринимаются. Например, классические орнаменты, музыкальные формы вызывают приятные эмоции и ощущение комфорта благодаря их упорядоченности и предсказуемости.
В-третьих, использование одних и тех же решений в разных областях позволяет проводить междисциплинарные аналогии, переносить идеи из одной сферы в другую. Так, архитектурные ордера послужили прообразом для художественных стилей в музыке и литературе.
9. Опасность чрезмерного увлечения паттернами
Однако у паттернов есть и обратная сторона. Слишком большая приверженность шаблонам и стереотипам может привести к негативным последствиям.
Во-первых, это сковывает творческую мысль и ограничивает поиск оригинальных решений. Художники и музыканты, строго следующие определенным правилам, перестают создавать что-то новое.
Во-вторых, формальное копирование чужих паттернов без понимания их сути приводит к бессмысленному усложнению систем. Программисты часто делают эту ошибку, используя модные шаблоны там, где они не нужны.
В-третьих, чрезмерное увлечение стандартизацией ведет к утрате индивидуальности и своеобразия. Ориентация только на массовый вкус обедняет культурное разнообразие общества.
10. Баланс хаоса и порядка
Итак, можно сделать вывод, что в использовании паттернов нужен разумный баланс. С одной стороны, стандартные решения позволяют экономить усилия и создавать комфортную среду. С другой — слепое следование образцам мешает творчеству и индивидуальности.
Поэтому нужно стремиться найти золотую середину между хаосом полной свободы и ограниченностью жестких рамок. Иногда полезно экспериментировать, отказываясь от привычных схем, а иногда, наоборот — опираться на проверенные временем паттерны, позволяющие решать типовые задачи. Главное — понимать, где какой подход уместен.
11. Паттерны в науке
Паттерны также широко используются в научных исследованиях для выявления скрытых закономерностей в данных.
Например, при анализе экспериментальных результатов ученые ищут повторяющиеся сочетания признаков, которые указывают на существование фундаментальных связей между явлениями.
В медицине врачи диагностируют заболевания, опираясь на типичные паттерны симптомов и отклонений в анализах, описанные для разных нозологий. Эти диагностические алгоритмы постоянно пополняются и совершенствуются.
12. Культурные паттерны
Существуют и более абстрактные паттерны человеческой деятельности — социальные, культурные, поведенческие.
Это стереотипы мышления, привычные сценарии развития событий, типичные сюжетные ходы в литературе и кино. Такие шаблоны тоже важны — они задают координаты понимания реальности в рамках определенной культуры.
13. Паттерны в обучении
Паттерны играют большую роль и в образовании. В процессе обучения мозг выстраивает типичные схемы и алгоритмы мышления, восприятия, поведения.
Задача педагога — предложить учащимся полезные образцы, которые позволят им быстрее осваивать новые навыки, а также научат критически оценивать и при необходимости пересматривать устоявшиеся паттерны.
14. Эволюция паттернов
Несмотря на кажущуюся застылость, паттерны со временем претерпевают изменения. Появляются новые технологии, меняются вкусы, открываются ранее неизвестные возможности.
Раньше орнамент рисовали вручную, теперь его можно сгенерировать по заданным параметрам. Музыкальные жанры, возникнув, проходят стадии становления, расцвета и увядания. Научные теории сменяют друг друга по мере развития знаний.
Так что, несмотря на кажущуюся ригидность, паттерны обладают свойством эволюционировать. Главное, чтобы этот процесс шел в конструктивном направлении.