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2015-09-30
算筹记数示意图。图上表示的数是一千九百七十一。
这种记数法,除所用的数字和现今通用的印度一阿拉伯数字形式不同外,和现在的记数法实质是一样伪。筹算是把算筹一面摆成数字,一面进行计算,它的运算程序和现今珠算的运算程序基本相似。记述筹算记数法和运算法则的著作有《孙子算经》(公元四世纪)、《夏侯阳算经》(公元五世纪)和《数术记遗》(公元六世纪)。负数出现后,算筹分成红黑两种,红筹表示正数,黑筹表示负数。算筹还可以表示各种代数式,进行各种代数运算,方法和现今的分离系数法相似。我国古代在数字计算和代数学方面取得的辉煌成就,和筹算有密切的关系。例如祖冲之的圆周率准确到小数第六位,需要计算正一万二千二百八十八边形的边长,把一个九位数进行二十二次开平方(加、减、乘、除步骤除外),如果没有十进位值制的计算方法,那就会困难得多了。
古巴比仑的记数法虽然有位值制的意义,但是它是六十进的,计算比较繁琐。古埃及的数字从一到十只有两个数字符号,从一百到一千万有四个数字符号,而且是象形的,例如用一个鸟表示十万。文化比较发达的古希腊,由于看重几何,轻视计算,记数方法十分落后,用全部希腊字母表示一到一万的数字,字母不够的时候就在字母旁边增加符号“‘”,如。α表示一千,β表示二千等。现在世界通用的印度一阿拉伯数字和记数法是印度古代人民创造的,但是印度在公元三世纪以前使用的记数法是希腊式和罗马式两种,都不是位值制,真正使用十进位值制记数法出现在公元六世纪末。由此可见,我国古代的十进位值制记数法和筹算,在世界数学史上应该占有重要的地位。
筹算在我国古代用了大约两千年,在生产和科学技术以至人民生活中,发挥了重大的作用。但是它的缺点也是十分明显的:首先,在室外拿着一大把算筹进行计算就很不方便;其次,计算数字的位数越多,所需要的面积越大,受环境和条件的限制;此外,当计算速度加快的时候,很容易由于算筹摆弄不正而造成错误。随着社会的发展,计算技术要求越来越高,筹算需要改革,这是势在必行的。这个改革从中唐以后的商业实用算术开始,经宋元出现大量的计算歌诀,到元末明初珠算的普遍应用,历时七百多年。《新唐书》和《宋史·艺文志》记载了这个时期出现的大量著作。由于封建统治阶级对民间数学十分轻视,以致这些著作的绝大部分已经失传。从遗留下来的著作中可以看出,筹算的改革是从筹算的简化开始而不是从工具改革开始的,这个改革最后导致珠算的出现。
珠算是由筹算演变而来的,这是十分清楚的。筹算数字中,上面一根筹当五,下面一根筹当一,珠算盘中的上一珠也是当五,下一珠也是当一;由于筹算在乘、除法中出现某位数字等于十或多于十的情形(例如26532÷8,第一步就是“八二下加四”,就变成),所以珠算盘采用上二珠下五珠的形式。其次,我们可以证明,从杨辉、朱世杰开始到元末丁巨、何平子、贾亨止起除“起一”法外的全部现今通用的珠算歌诀,是为筹算而设的。杨辉的《乘除通变本末》(公元1274年)和朱世杰的《算学启蒙》(公元1299年)已经有相当完备的歌诀,但是杨辉在《乘除通变本末》中说:“下算不出 ‘横’‘直’”,其中“横”“直”显然是指算筹的纵横排列,朱世杰在《算学启蒙》中提到“知算纵横数目真”,也是这个意思。《丁巨算法》(公元1355 年)、何平子的《详明算法》(公元1373年)、贾亨的《算法全能》(约公元1373年)也有相当完备的归除歌诀,但是都没有提到珠算,而《详明算法》还有许多筹算算草。歌诀出现后,筹算原来存在的缺点就更突出了,歌诀的快捷和摆弄算筹的迟缓存在矛盾。为了得心应手,劳动人民便创造出更加先进的计算工具 ——珠算盘。
现存文献中最早提到珠算盘的是明初的《对相四言》。明代中期公元十五世纪中叶《鲁班木经》中有制造珠算盘的规格:“算盘式:一尺二寸长,四寸二分大。框六分厚,九分大,……线上二子,一一寸一分;线下五子,三寸一分。长短大小,看子而做。”把上二子和下五子隔开的不是木制的横梁,而是一条线。比较详细地说明珠算用法的现存著作有徐心鲁的《盘珠算法》(公元1573年)、柯尚_迁的《数学通轨》(公元 1578年)、朱载堉(1536—1611)的《算学新说》(公元1584年)、程大位的《直指算法统宗》(公元1592年)等,以程大位的著作流传最广。
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