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趣闻 | 小小算盘是如何在中国进化出强大计算能力的?

说起值得自豪的中国古代发明,算盘一定能跻身前十——与大多数这样的古代发明一样,算盘也是文明交流的产物。



是的,华夏并非最先使用算盘的文明,这种混合进位制的灵巧工具在欧亚大陆上经历了漫长的发展;但中国的确是使用算盘最久的国家,我们在算数上的古老优势让它进化得无懈可击。


直到最近,在更加迅猛的文明交流中,我们才淘汰了它,而且淘汰得如此彻底。


古巴比伦计数泥板


开门见山地说,第一种算盘大约出现在公元前2700年到2300年左右的苏美尔文明中,是一个有横隔的泥板,其中摆上泥丸或者石子,按位累加,放满进位。

但由于古两河流域流行60进制的庞大数字体系,一个完整的乘法表需要1770项,所以算数发展并不理想。


苏美尔算盘模型


这种算盘经古希腊和古罗马改良才有了长足的进步,成一种便携的青铜计算工具,拉丁语称为“abacus”。罗马式算盘采用一种双5进制表示的10进制,有一根横档,上1珠每珠当5,下4珠每珠当1,但最右两列有特殊的12进制,用来处理某些特殊的货币和重量单位,有时还带有分数档。


罗马式算盘


与此同时,源于商周占卜的筹算也在中国蓬勃发展,它横竖混排,实际上成为了第一种有进位的10进制记数法。这种记数系统非常强大,直到现在还以苏州花码的形式流通于港澳地区,以致印度-阿拉伯数字传入古代中国时被视为无用。


筹算


苏州花码


不同地区的印度-阿拉伯数字


更重要的是,用筹数计算就是重排算筹,非常简便易用,中国人用它开发出了四则运算和开平方的算法,祖冲之就是用它将圆周率逼近到了小数点后7位,在元代甚至出现了特定四元高次方程组的解法。


祖冲之


在中国算筹和西方游珠算盘的基础上,唐代出现了现在的串珠算盘;现存最早的算盘图像见于北宋张择端的《清明上河图》,卷左赵太丞家药铺柜台上有一个十五档一四算盘,和现代会计算盘几乎一样。


北宋张择端的《清明上河图》,卷左赵太丞家药铺台上的算盘


这种计算工具节省空间、操作迅速,记熟一套“三下五去二”的口诀就足以胜任绝大多数账面工作,因此在民间迅速推广。


珠算加法口诀


珠算减法口诀


中式算盘发明之初采用菱形珠子,上1珠每珠当5,下4珠每珠当1,完全复制了筹算的10进制。这种一四算盘在宋代时传入日本,在那里一直沿用至今,并在清代末年传回中国,成为现代会计算盘的主要形制。


菱形珠子算盘


一四算盘


但中国本土的算盘到明代时改革成了圆形珠子,上2珠每珠当5,下5珠每珠当1,每档能表示0到15的数字,成为一种16进制和10进制通用的计算工具。这是因为中国的长度和容积单位采用10进制,主要的重量单位却是1斤=16两,所以布店打算盘只需要1颗上珠和4颗下珠,粮店打算盘就需要7颗珠子全用到了。


明后的中式圆珠算盘


16进制和10进制通用


这些古老而便捷的计算工具有着惊人的计算速度,至今都以珠算和珠心算的形式出现在东亚各国的基础教育里。但从20世纪后半叶开始,它们就被手持电子计算器迅速击败,在今天的实践中已经难觅踪影,而那就是另外一个故事了。


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