2007年11月,英国最有影响力的报纸之一《独立报》评选出101件改变世界的小发明,中国的算盘有幸独占鳌头。在电子计算器没有普及的古代,算盘用快节奏的准确运算征服了世界。在计数运算的同时,算盘与人们的生活密不可分,表现出非同一般的生命力。
上图_ 算盘的 顶珠、上珠、下珠、底珠
历史悠久 初具雏形
顾名思义,算盘就是一种辅助计算的手动工具。一般来说,算盘外用木框,内贯直档,档数多为奇数,以九至十五档为主。每档串珠,档有横梁,分上下两梁,梁上为“上珠”,共有两珠,一珠计五,梁下为“下珠”,共有五珠,每珠计一。
在算盘出现之前,人们采用结绳计数。东汉郑玄的《周易注》中记载:“古者无文字,结绳为约,事大,大结其绳,事小,小结其绳。”《九家易》中也认为:“古者无文字,其有约誓之事,事大,大其绳,事小,小其绳,结之多少,随物众寡,各执以相考,亦足以相治也。”
上图_ 公元前305年的《清华算表》
时至商朝,甲骨文中出现了一到十的单字,以及百、千、万等13个计数单字。春秋时期,民间用竹筹通过纵式和横式两种摆法,进行简单的计数和算术。有了数字和方法,为以珠盘为基础的珠算营造了良好的氛围。
东汉数学家徐岳撰写的《数术记遗》,收录了14种古代算法,其中第13种就是珠算,并称“珠算,控带四时,经纬三才”,这是最早有关珠算的记载。北周数学家甄鸾对这段文字进行了注释:算盘“刻板为三分,其上下二分以停游珠,中间分以定算位。位各五珠,上一珠与下四珠色别,其上别色之珠当五,其下四珠,珠各当一。”说明当时的算盘结构和现在颇为类似。中华民族丰富的经验总结,孕育了算盘的出现。
上图_ 《数术记遗》是东汉时期编撰的一本数学专著,内有中国特色的十四种算法
立足计数 功不可没
算盘的功能在于计数和运算。中国古代以十进位制计数,这一方法确定了满十进一的计数规则,并且用位值决定数字的大小。十进制的优越性在于计数简便和应用广泛。古罗马只有7个数字符号,数字稍大就计数繁缛。古巴比伦和古玛雅分别采用20位制和60位制,计数运算相当困难。难怪马克思在《数学手稿》中称赞十进制是“最妙的发明之一”。十进制在算盘上得到了完美的应用,不仅可以加减任意的数字,还能用位值标示数字的大小。
正因如此,算盘在古代堪称“宝藏工具”。宋代数学家谢察微编写的儿童启蒙读物《谢察微算经》,是现存最早的珠算书,书中提及:“中,算盘之中;上,脊梁之上,又位之左;下,脊梁之下,又位之右;脊,盘中横梁隔木。”表明算盘不但在形制上和现在更接近了,还说明算盘在宋朝已经相当普及了。