在计算机出现之前
# 在计算机出现之前
文明萌芽之前,人类的祖先还没有「数」的概念。在广袤的原始森林里,他们认识这棵树,也认识那棵树,唯独没有这是从哪到哪第几棵树的概念,更没有某一范围内总共有多少棵数的概念。
等到祖先们渐渐有了计数的意识,起初也局限于很小的数。他们用身上的特定部位去表示,比如用鼻子表示1、用眼睛或耳朵表示2。直到解放前,我国还有些文化发展比较迟缓的民族最多只能数到3或10,再往后数就数不清了,只将其统称为「多」。在国外,澳大利亚、巴布亚新几内亚和巴西的一些部落也没有定义2或3以上数字的名称。
人天生是不擅长计数的,潜意识里很容易把超过3的数目归类为「多」。
这就好比,在没有有意识统计的情况下,当有一两个人说你长得好看,你会记得有那么一两个人说你好看,而当有第三、第四个人这么说时,你的印象里一定是:好多人都说我长得好看!
# 使用身体部位计数
然而人类终究是要与较大的数打交道的,除了每天的吃喝拉撒,祖先们渐渐需要面对「打到了多少猎物」、「部落有多少人口」这类简单的统计问题。他们开始动用身上的各种部位,也终于出现了我们的主角——手指。
每个原始部落都约定了一套内部通用的规则,据统计,单在巴布亚新几内亚就发现了至少900多种不同的肢体计数方法。其中一种是这样的,用上半身的27个部位表示数字1~27。这在我们看来,却比直接使用数字麻烦得多。
当然应用最广、流传最久的,还是手指和脚趾,一指/趾就是1,双手就是10,一人就是20,为此史上有诸多民族曾使用二十进制。藏文中,「人」字有20的意思;法语中,80为quatre-vingts(4个20),90为quatre-vingt-dix(4个20加10)。
# 手指计数
而比起脚趾,手指用起来毕竟更加方便,也更具生命力(沿用至今),这也是人类默认使用十进制计数的根本原因。
相对简单的手指计数通常用一只手指示个位,另一只手指示十位,可以直白地表示出1~99。
用手指计数和计算 (opens new window)的一个显著缺点就是无法存储,如果一个猎人想统计自己一个月内打了多少野兽,要每天累加,总不能天天掐着手指睡觉吧!
人类最早借助的外物是大自然中随处可见的石子、贝壳、小木棍、玉米粒、豆粒、甚至动物的尾巴和角等,比如用石子来表示圈养了多少猎物,今天宰杀了两头就从中取出两个石子,明天新狩猎到三头就往进添加三个石子,人就不需要时刻记着还剩多少头猎物。
也许是耐存放的原因,这些天然工具中,石子用得最多,故不妨统称为 石子计数 。英文单词calculus原本在拉丁文中的意思就是「用来计算的小石子」,可见石子与计算本身有着很深的渊源。
如今calculus「石子」的意思在医学领域还能寻到踪迹(截图来自百度翻译)
# 绳结计数
前面讲到手指计数 (opens new window)和石子计数 (opens new window)。手指「随身携带」,拿出来就是,但不便存数,没人会常年比着一个手势;石子既可携带又可存数,但数量一多,难免就重了,而且携带时也无法保留石子间的拓扑关系,其实并不便携。
除了数字,结绳通常还能记录其他事情,被赋予各种含义,也就是我们通常所说的「结绳记事」。
东汉末年儒家学者、经学大师郑玄在《周易郑康成注》一书中有言:「事大,大结其绳;事小,小结其绳。」
1937年《贵州苗民概况》一书中提到:「苗人识字甚少,犹保持上古结绳记事遗风。遇事暗中以草记之,简单实例,日久尚能忆之。」
秘鲁曾经的印加帝国(11世纪~16世纪)则给绳子染上不同的颜色,比如用黑色代表死亡或灾祸、红色代表士兵、黄色代表黄金、白色代表白银或和平、绿色代表谷物……他们甚至用这种方式记述传说。
# 契刻计数
设想一下,如果你像滨逊那样因故漂流到一座荒岛,身上除了一把小刀别无所有,在等待救援的日子里除了用它打猎,你一定还会做一件事,那就是找一棵树,用刀在树干上刻正字,以计算日期。
远古部落、古代文明,以及近现代的一些少数民族也是这么做的。他们通常选用石、木、竹、玉、野兽的牙、角、骨等材料,削成棍、片、圆等形状,也有直接在洞壁上,用坚硬的石器或刀具刻出道道痕迹,用以记录各种数目。
我们不妨称之为—— 契刻计数 。
契刻的功用与结绳极其相似,同样有着计数、记事、契约、书信等多种用途。
# 算盘
算筹最早出现于商周,在算盘被发明之前,堪称世界上最先进的计算工具。你可能没听说过,但「运筹帷幄」、「觥筹交错」这些朗朗上口的成语皆出于此。而这所谓先进的计算工具,竟是一根根小小的棍子(长约十几厘米)。棍子的材料多样,竹子、木头、象牙、兽骨、金属、玉器应有尽有,凡能削成棍状的东西皆可为之。当然我们现今所能看到的算筹,多是耐腐蚀材质的。
使用算筹的方法叫 筹算 ,两个字颠倒一下,好比牙刷的使用叫刷牙,不得不感慨中文的博大精深。由于人在阅读时会无意识地忽略文字顺序,所以下文所提「算筹」、「筹算」还请细细分清。
筹算的能力强大,除了最基本的加减乘除,还能进行乘方和开方,纳尼!乘方?开方?!是的,你没有看错,而且远不止这些,筹算甚至能解线性方程(组)、求最大公约数和最小公倍数、解同余式组、造高阶查分表等等,其所用到的负数、小数、分数等较为抽象的数字概念,比西方早出一百年甚至好几百年。
公元480年左右,南北朝数学家祖冲之使用筹算将圆周率精确到小数点后7位(3.1415926~3.1415927之间),这一精度领先世界近千年,直到15世纪初才被打破。这一计算涉及包括开方在内的130次运算,放到今天,如果不用电子计算设备给你一沓草稿纸,恐怕也很难算准。
除了圆周率,著名的秦九韶算法、剩余定理等高超的古代数学成就,都是靠筹算得到的。
# 滑尺计算
纳皮尔发明对数 (opens new window)之后,包括纳皮尔在内的数学家们便开始着手编制对数表,将费神费力的乘除运算简化为嗖嗖查表的动作。
所谓对数表,其实就是以某个数字为底,把一定范围内(比如1~10000)所有整数的对数值预先算好,列成表格,印刷成册,像查字典一样使用。