国际奥数包揽金牌:中国人的数学,为何这么厉害?
《史记·留侯列传》中,记载了郦食其劝说刘邦封立六国、张良分析理由并加以阻止的场景,当刘邦兴致勃勃对张良讲述郦食其的观点时,张良答道:“臣请藉前箸为大王筹之。”随即用筷子充当算筹,为刘邦一一数出利弊,这一幕被称为“运筹借箸”。“运筹”原本指用算筹计算,衍生出经略谋划之意,“运筹帷幄之中,决胜千里之外”,就是刘邦后来对张良的评价。现代应用数学学科中的Operations Research引入中国时,也被译为“运筹学”。
在我国古代,数学通常被称为“算学”。算筹——形如筷子的小棍,是先人使用数千年的“计算器”,其运用法则蕴含着中国古代数学中基本的位值思想、表达形式和计算方法,影响不可谓不深远。尽管随着时间推移,算筹在元代以后逐渐淡出,但在它基础上衍生出的算盘和“苏州码”沿用至近现代。
算筹:演天地之数
算筹又名算子、筹策,它究竟在何时出现已不可考。《易经》记载:“上古结绳而治。”可以看作一种最原始的记录事件兼计数方式,其他古文明中亦有应用。在此基础上,先民逐渐研制出更便于使用的计算工具。
南美洲印加人曾用于记事的“奇普”(Quipu),是将多根打结的绳子系在同一根横向绳索的下方,不同形状的绳结可以代表不同数字,也可以用来计算总数,不同颜色则代表时间、物品等复杂信息。
《史记·历书》记载:“黄帝使羲和占日,常仪占月,臾区占星气,伶伦造律吕,大桡作甲子,隶首作算数,容成综此六术而著调历。”虽然隶首为上古传说中的人物,但也可一窥“算数”历史之悠久,并且是为满足人民的实用需求而诞生的。
晋代人整理的《逸周书》中有“卑辞而不听,□财而无枝”之语,有研究者认为,“枝”指的是周代使用的算筹雏形。早期的算筹可能是使用取材方便的竹棒、树枝随意为之,“算”“筹”“策”等字都体现出它的质地。用来盛算筹的容器,叫做“中”,《周礼》中记载“凡射事,饰中,舍算”,后世有注“中,所以盛算也”,它很可能也是竹子制成的筒状容器。
在春秋时期,算筹的使用已经相当普遍,《论语》中有“斗筲之人,何足算也”,《老子》也提到“善计者不用筹策”。1954年,在湖南左家公山的楚国墓葬里出土了40根竹算筹,是目前已知最早的算筹实物。在《汉书·律历志》中,明确了它的制作规范:“其算,法用竹,径一分,长六寸,二百七十一枚而成六觚,为一握。”换算成今天常用的单位,就是直径约0.23厘米、长约13.8厘米的直棒,一套共271根,叫做“一握”,可以放在一个六边形的容器里。
古人常用的算筹除了竹制,亦有金属制、骨制、玉石制。横截面不仅有圆形,也有不易滚动的长方形。《晋书·王戎传》中,用“每自执牙筹,昼夜算计”描述王戎“积实聚钱”的勤奋程度。宋代《邵氏闻见后录》描写了略为灵异的一幕:“盗夜发咸阳原上古墓,有火光出,用剑击之,铿然以坠,视之,白玉帘也。岂至宝久埋藏欲飞去邪?既击碎之,有中官取以作算筹。”古人用帘,需能随意舒卷,因此白玉帘可能不是整片的白玉,而是由多条磨细的玉棒连缀而成,正适合做算筹。
古人为了携带方便,通常将算筹放在一个布袋里,挂在腰带上,这个布袋亦名“算袋”。《旧唐书·舆服志》规定,“一品以下文官并带手巾算袋”。连海中的乌贼也因为外形略似有飘带的袋子,被古人认为“秦皇东游,弃算袋于海,化为此鱼”。
我国胶州湾以南的海域有一种珊瑚纲无脊椎动物沙箸海鳃(Virgularia sp.),因为躯干主体部位呈细长笔直的圆柱形,很像一根算筹,古人称之为“越王余算”,并创造了相关传说:“昔晋安越王渡南海,将黑角白骨作算筹,其有馀者,弃于水中而生此,故叶白者似骨,黑者似角。
纵横布筹,算无遗策
算筹应当如何表达数字和做计算?或许有人会联想起一个经典的笑话:老师教学生写字,讲“‘一’字画一横,‘二’字画两横,‘三’字画三横”,学生马上觉得自己都学会了。父亲让他给姓“万”的人写封信,他画了一天还没画完道道。
看上去像一根根小棍的算筹,要怎么表达数字呢?难道也像这个故事里的学生那样,表达数字“一”摆一根,数字“十”摆十根,数字“万”摆一万根吗?其实,古代的算筹记数依据是“位值制”记数法,即每个数字所表达的数值不仅取决于它本身,而取决于它在记数中所处的位置,这样就能够用较少的符号表达较大的数。算筹的位值制记数法建立在十进制基础上,即每满十数进位,相比于二十进制、六十进制,这种进位制的应用最广泛,我们今天使用的运算法则也是基于十进制的。
至迟在春秋时期,我国的十进位值制已经成熟。《墨子·经下》中提到:“一少于二,而多于五,说在建。”意思是,如果一和二都位于个位,一比二小;但如果一位于十位及以上,它代表的数字就比位于个位的五大。《左传·襄公三十年》记载,晋国绛县老人自称“臣生之岁,正月甲子朔,四百有四十五甲子矣,其季于今,三之一也”。意思是他出生以来经历了445个甲子日,最后一个甲子日是20天前。官吏询问大臣他应该有多少岁,师旷说:“73年。”史赵则给出了一个字谜:“亥有二首六身,下二如身,是其日数也。”答案也是73年。“亥”字的篆体上有二横,下面是三个“人”字,形同“六”字,如果把上面的“二”移到下方,就成了“二六六六零”,将天数折合为年就是73年。(如果是2666天,和现实不符)
约成书于公元3世纪前的《孙子算经》记载了基本的算筹记数法则:“凡算之法,先识其位。一纵十横,百立千僵,千十相望,万百相当。”
“一纵十横,百立千僵”直观地说明了算筹采用的纵式和横式两种记数方法,个位用纵式,十位用横式,百位再用纵式……这样相邻数位纵横交替摆放,避免数位太多时发生混淆。从1到5的数字可以直接摆放对数目的算筹,如果要用算筹表达从6到9的数字,则不需要摆和数字一样多的根数,而是先摆一根代表5,再在和它垂直交叉的方向放上1到4根,就可以分别代表从6到9的数字。算筹中没有表达“零”的字符,用空位代替0。《夏侯阳算经》概括为“满六已上,五在上方,六不积算,五不单张”。
算筹摆位的时候,高位在左,低位在右,和现代的阿拉伯数字相同。如果要摆数字“71824”,并不需要摆71824根,只需要在个位摆4根,十位摆2根,百位摆8根,千位摆1根,万位摆7根就可以。因此,现代认为,“算筹系统是世界上唯一只用一个符号的组合,表示任何十进位数字的系统”。
与之相比,其他古文明中的记数法则显得较为繁琐。比如,以古埃及的数字形式表达“3244”,需要写3个表达1000的文字、2个表达100的文字、4个表达10的文字和4个表达1的文字,并且外形各不相同。古希腊数字则是用不同的字母表达从1到9的数、10到90的十位数和从100到900的百位数,在书写数字时,将对应的字母写在一起,如写“241”就是将代表200的σ、代表40的μ和代表1的α三个字母并列。如果数字较大,则不利于计算和记录得数。
石刻上左栏中间表达数字为2,中下为2/3,底部为1/12;中栏中间表达数字为60,右栏顶部为1/30,中间为1/40。
用算筹做加法、减法,是按照从左到右的顺序,从高位到低位逐位相加、相减,随着加减的结果及时摆出对应位上的算筹,也可以直接在被加或被减的数字上操作,把每位数的结果摆成新的。乘除法也类似,以乘法为例,古人的做法是“上下相乘,实居中央”,先把乘数和被乘数按上下位置摆好,按从左到右的顺序用上面的数的第一位乘下面数的每一位,把乘得的积摆在上下两数中间,然后去掉上面的数的第一位,把下面的数往右移动一位;再用上面数的第二位乘下面数的每一位,把结果和中间的乘积相加……这样以此类推,直到计算完成。做除法是将被除数放中排,除数放下排,商数放上排,余数放在最下一排,刘徽《九章算术注》中定义,在上的筹称“实”,在下的筹称为“法”。
如果用算筹做涉及负数的计算,可以将算筹涂上不同的颜色,宋代使用红色的算筹表示正数、黑色的表示负数;如果使用同色算筹,就在数字最后一位斜放一根,以示区分。做小数计算的话,要将小数部分和整数部分区分开,南宋秦九韶采用的方式是在个位数下记单位名称,比如要计算天数,就在个位数下面标一“日”字。元代刘瑾则将小数部分整体下移一格。做分数计算时,和现代的分数表达形式一样上下摆放,《孙子算经》称在上的筹为“子”,在下的筹为“母”,这就是“分子”“分母”的由来。
算筹能够将每一步的计算结果清晰地表达出来,甚至连视力有障碍的人也能熟练运用它做计算,《梦溪笔谈》里记载了一位擅长算筹的盲人卫朴,“大乘除皆不下照位,运筹如飞,人眼不能逐。人有故移其一算者,朴自上至下手循一遍,至移算处,则检正而去”。体现出中国传统数学解决问题的“机械化”特点,即每一步骤都具有固定程序。除了四则运算,算筹还可以用来做开方、开立方,解高次方程、四元方程等,自先秦至宋代的诸多领先当时世界的数学成就,都离不开算筹的助力。作为我国古代数学的基石,它在推演历法、修建工程、计算人口和赋税等方面都发挥了重要作用。

想起生命中那些浪漫的时刻,是大山深处看见满天星斗,明亮硕大;是冬夜裹着毯子站在阳台仰望夜空,流星坠落如雨;是晨曦微蒙,骑车赶路途中猛一抬头,见天边山头一轮血红满月;是湖畔日落晚霞,碧草天涯,波光闪闪;是午后阳光穿过大树,将叶片染成透明碧玉;是翻过山头,遇见满山遍开的丁香花树;是夏日荷塘的幽香和咬钩的鱼;是冬日草地上结成很大很大块冰的霜。而所有的这些时刻,全都与人无关。 https://t.cn/Ryhpwdq

乡村往事漫忆(33):怀念李蔚波老师

李蔚波老师是原镇海县文化馆群众文艺部老师,后调宁波任《浙江省非物质文化遗产丛书——宁波走书》主编。50年前,我在农村苦苦追求文学梦,他辅导过我。

1973年起,我成了文学愣头青,四处投稿,记不清是听谁说的,只要把投稿的信封剪角,并写上''邮资总付''四个字,就不用贴邮票,直接投进邮筒或邮箱就行。于是我不停地写,不停地投,但每次都如石沉大海。现在想想,估计都被当地邮所或邮局的拣件员扔进垃圾筐了,只是我听不到他们的骂声而已。但我总以为稿件肯定是到了所投的报刋杂志编辑手里,只是没被选中,所以我一直写,一直投。——因为当时我在农村找不到出路,唯有读书和写作,才给我精神带来慰籍。

1970年至1974年,是我在农村最困厄的时期,失望和苦闷折磨着我,但倔强又支撑着我……

有人也向我推荐了镇海县文化馆群艺部,我贴上邮票试着投了几次,某一天,居然得到了李蔚波老师的回音。他大概从我稚嫩的文字中,读出了我的渴求和志向。

首先是邀请我参加县文化馆召开的文艺创作会议,并确定某篇作品列入会议讨论,二是他下乡路过时将来看我(实际上是来辅导我)。这对当时在苦苦追求文学梦,投稿屡败屡投,环顾四野皆茫茫的我,起到多大的精神鼓励作用啊。

象久旱的禾,得到了雨露,父亲和母亲高兴得早早考虑起李老师来了,该送些什么。我把我的作品,一遍遍修改……

见李老师的第一面,是在距我村五里路的邻村(湖塘)宣传队排演现场。他约五十岁左右,戴眼镜,脸色没有知识分子的白净,讲话洪亮但有些鼻音,给我的第一印象,是一个没有架子但有刚气的文人。他本来是第二天才路过我村来看我的,想不到我会在头天夜里到邻村排演现场去看他。

简单地招呼后,他仍专注于自己的工作,直到这个村文宣队排演结束,才把注意力转向我。

''你是罗维开?''这是与李老师见面的第一句话,他虽一脸倦容,但透过眼镜的镜片,目光却满是和善。

''是的,'' 我说,''我来接您!''我由于激动,把''看您''直接说成''接您''了。

李老师本来是可以宿这个村的,村里已经给他安排了住处。他考虑了一会,对该村的负责人说:''不用了,我今晚随小罗去。'' 这是他第一次称我为小罗。我心里一热,与他的距离感,一下子就没有了,象遇上了亲人。

于是,五十年前的夜,在月光下乡间小路上,走着一对忘年交。我感到他对我是那样的知己,一路上,他大致了解了我的情况后,我就滔滔不绝地向他介绍自己近段时间正在创作的作品构思。他专注地听着,偶然插话询问些我介绍的内容梗概过于跳跃的地方,听了我的解释,''噢''了一声继续听……

我五十年来一直感动着,李老师作为专家级的群艺文化人,居然那夜在那乡间小路上,踏着月色,一路默默地听我这个不知天高地厚的农村文青,口若悬河地讲''作品构思''。他一直是那么专注地听,不时地思考,不时地提问,完全融入了我向往文学梦的意境……

到了我家,已近半夜,父母以会李老师明天才到,已经睡了。我陪着李老师进了我的卧室,继续着我们之间的话题。说实在,当时只希望多与他讲话,连怎样安排他的住宿,都没有想过。

我们又聊了很长时间,母亲大约觉察到了我们的动静,起来看了一下,发现李老师随我连夜来了,已经这么迟了,过意不去,下橱房烧了点鲁稷(高梁)甜饼。这么粗的点心,李老师居然很感激母亲,连说:''很好吃,很好吃……''

下半夜了,我才想起李老师的住宿问题,开始着急起来。李老师看出我的心思,说:''没关系,难得我们一起睡。'' 于是,这一夜,李老师与我抵足而卧。

第二天,吃过早饭,李老师就开始了对我的辅导。先敬呈给他的,是我写的几首民兵生活的自由诗——那个时候我对自由诗的理解很可笑,以为只要有激情,字里行间多几个''冲''、''杀''之类的,就行了——李老师看了良久,突然微笑着问了我一句:''诗的韵辙你懂吗?''

我坠入五里雾中,从来没有听说过,懵在那里。

李老师找到了辅导我的突破口,在我的''诗''上,对该押韵而没有韵的句子最后一个字,画上了圈,然后说:''任何诗,都有与心灵相应的音乐美,律诗讲究平仄,自由诗包括快板等讲究韵辙,就好象车轮沿着辙一样。你写的是自由诗,尽量要押韵。你的诗,这些地方就少了韵,从而,朗诵时就没有了节奏感和音乐美。''

于是,李老师深入浅出给我从诗的韵辙讲起……

孔子曰:不愤不启,不悱不发。由于我有强烈的写作欲望,李老师的点拨,花的时间不多,但我豁然开朗得奇快。原来自由诗也好,快板也好,这么朗朗上口,是韵辙在起作用。而韵辙,是拼音字母中的同一口型或近似口型的韵母。诗的起句用的韵母字,叫起韵,那么接下去的句子,出韵辙后又必须回韵辙,即必须与开头所起的韵保持一致,例如快板:''锣鼓响,电灯亮,东风大队晒谷场上闹洋洋。贫下中农坐一块,讨论队里的储备粮。……'' 这里的''''块''字是出辙,''响、亮、洋、粮'',都押''ang''韵,叫韵辙。押住了''ang''韵,念起来就响亮上口。任何自由诗或快板,甚至顺口溜,头一句定的韵,后面既须出辙,又须入辙,一出一入,一直顺着这个韵,这叫''合辙''。

韵辙有响亮和压抑之分,主要的韵辙有''堂昂韵''和''意气韵''。上例中的''ang''属于''堂昂韵'',响亮高昂,而''意气韵''则低沉压抑,这类文字往往带有拼音韵母''i'',如''里、气、意、咪''等。文字中这类字最多,但只能用于滑稽恢谐的快板,或戏中反派人物的念白,作为高吭激昂的诗或戏剧唱段,不宜采用,否则声音压抑,念不响,唱不开。

写诗、快板、戏文中各类人物的唱词念白,居然还有这么多讲究……

那天李老师给我辅导了很多写作常识,简直使我胜读数年书。傍晚,李老师要离开我家去下一个辅导点,父母亲执意要送给他些东西,他婉拒了,说还要去另一个农村,拿着不方便……

在李老师辅导后,我参加了几次县里召集的农村群艺创作会议,写的相声《路》,还在全县作了公演。——我写作的激情,更被李老师激发了。

记得当年参加创作会议的,有柴桥的林圣国,白峰的乐胜龙,三山的柯才明,大矸的屠明华,庄市的余通化等。这些人中,有些人现已成为省市级作家协会会员,写出了不少脍炙人口的曲艺作品和中长篇小说。但我考入高校后,走的是另一条路了,所以,长期来,我们已失去联系。

记得1974年春节,我专门到宁波看望过李老师。他家住槐树路,师母在搪瓷厂工作,家里有好几个孩子,其中大儿子年龄和我相仿,在黑龙江支边,另外一个子女在宁波近效插队。我去拜访时,黑龙江的长子探亲在家,几天后将返回黑龙江。李老师的家,负担很重,原来他也一直处于无法言明的生活状态中。

1975年,我离开老家去代课了,李蔚波老师仍旧关心着我。一天,他到我代课的中学看望我,又特意拜会了校长,私下交谈良久,''移交''提携的意图很明显。事后校长对我说,李蔚波老师很看重我,对我的评价很中肯:''有才气,但基础不实,最好有深造的机会。'' 我听了很感动,知我者,李老师也!1977年考上高校,也有李蔚波老师的期望,在精神上助了我一臂之力。

我毕业后,一方面回报社会激情炽烈,一头钻进工作,一方面因李蔚波老师已调回宁波,所以一直失联,现在除了购到一本他主编的《宁波走书》外,不知他的近况,今借此文,遥寄怀念。


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