筹算

中国古代以筹为工具来记数、列式和进行各种数与式的演算的一种方法。筹,又称为策、筹策、算筹,后来又称之为算子。它最初是小竹棍一类的自然物,以后逐渐发展成为专门的计算工具,质地与制作也愈加精致。据文献记载,算筹除竹筹外,还有木筹、铁筹、骨筹、玉筹和牙筹,并且有盛装算筹的算袋和算子筒。算筹实物已在陕西、湖南、江苏、河北等省发现多批。其中发现最早的是1971年陕西千阳出土的西汉宣帝时期的骨制算筹。

筹算在中国肇源甚古,春秋战国时期的《老子》中就有“善数者不用筹策”的记述。当时算筹已作为专门的计算工具被普遍采用,并且筹的算法已趋成熟。

《汉书·律历志》中有关于算筹的形状与大小的记载:“其算法用竹,径一分,长六寸,二百七十一枚而成六觚,为一握。”西汉算筹一般是直径为0.23厘米,长约13.86厘米的圆形竹棍,把二百七十一枚筹捆成六角形的捆。而《隋书·律历志》称:“其算用竹,广二分,长三寸。正策三廉,积二百一十六枚成六觚,乾之策也。负策四廉,积一百四十四枚成方,坤之策也。”到了隋代,算筹已是三棱形与四棱形两种,以区别正数与负数。其广约为0.59厘米,长约8.85厘米。这表明从汉到隋,算筹从圆而方,由长变短,以便运用。魏刘徽注《九章算术》称:“正算赤,负算黑,否则以邪正为异。“又《梦溪笔谈》卷八称:”算法用赤筹、黑筹,以别正负之数。“可见早在三国以前,中算家便已用筹的颜色的赤、黑或形状的邪、正(三棱形和四棱形)来区分正、负数了。

算筹记数的规则,最早载于《孙子算经》:“凡算之法,先识其位。一纵十横,百立千僵。千、十相望,万、百相当。”用算筹表示数目有纵、横两种方式:

纵式 ︱ ‖ 嗊

横式 ─ ⊥ 〧 〨

1 2  3 4  5 6  7  8  9表示一个多位数,是把各位数码由高位到低位从左至右横列。各位筹式必须纵横相间:个位、百位、万位等用纵式;十位、千位、十万位等用横式。例如1985用算筹表示出来是— 。数字“零”表为空位,例如8021用算筹表示出来是〨 ︱。

《孙子算经》中有关布筹法的记载

中国古代的筹算不仅是正、负整数与分数的四则运算和开方,而且还包含着各种特定筹式的演算。中算家不仅利用筹码不同的“位”来表示不同的“值”,发明了十进位值制记数法,而且还利用筹在算板上各种相对位置排列成特定的数学模式,用以描述某种类型的实际应用问题。例如列衰、盈朒、“方程”诸术所列筹式描述了实际中常见的比例问题和线性问题;天元、四元及开方诸式,则刻画了高次方程问题;而大衍求一术则是为“乘率”而设计的特殊筹式。筹式以不同的位置关系表示特定的数量关系。在这些筹式所规定的不同“位”上,可以布列任意的数码(它们随着实际问题的不同而取不同的数值),因而,中国古代的筹式本身就具有代数符号的性质。可以认为,是一种独特的符号系统。

中国古代的筹算表现为算法的形式,而具有模式化、程序化的特征。中国的筹算不用运算符号,无须保留运算的中间过程,只要求通过筹式的逐步变换而最终获得问题的解答。因此,中国古算中的“术”,都是用一套一套的“程序语言”所描写的程序化算法,并且中算家经常将其依据的算理蕴涵于演算的步骤之中,起到“不言而喻,不证自明”的作用。可以说“寓理于算”是古代筹算在表现形式上的又一特点。

算筹是在珠算发明以前中国独创并且是最有效的计算工具。中国古代数学的早期发达与持续发展是受惠于筹的。