中国古代的计算工具

中国独特的计算工具

——筹算和珠算

根据马来西亚的报纸报道，现在的马来西亚政府在全国的小学数学教育，采用中国的算盘为计算工具。

在美国也有一些小学，利用中国的算盘来计算，而不是用计算器。

我想在这里介绍一下中国人在发明算盘之前是用什么计算工具，以及算盘产生的经过。

中国在三百多万年前已有古人类活动，在云南的元谋，人们找到距今一百七十万年前的人类化石，陕西出现八十万年前的蓝田人以及广东马坝人、湖北长阳人、广西柳江人、北京山顶洞人等旧石器时代的古人类。

大约在一万年前，我们的祖先进入新石器时代，人们过着群聚、渔猎的生活，懂得磨出石器及制造陶器。随着以后生活及生产的需要，人们开始要计数。最初我想人们是以他们的手指作为计算工具，这是“屈指可数”这个成语的来源。

后来人们用石子、贝壳等自然实物来协助计算。在中国古书《易经》的《系辞》里记载：“上古结绳而治，后世圣人，易之以书契。”在四千多年前的甲骨文，有一个“数”字，左边形如一根绳上打了许多结，上下有被栓在主绳上的细绳，而右边是一只右手，这表示古人是用结绳来计数（见图一）。

我们没有实物可以证明中国人结绳，可是从古代秘鲁人的遗物（图二、图三）我们是看到这样的例子。

可能结绳还不是太方便计算。在黄河、长江流域生活的祖先，利用盛产的竹子制成竹签，称为筹码，摆成不同的形式来表示数字。

我们现在的“算”这个字，在古代是写成下面形状：

这是很形象的表示用手摆弄算筹的象形。这个字形在公元前三世纪已出现。

在石头、泥坯、树木上进行刻痕划线来表达与计算数字，应该是许多民族进化过程的一种生活活动。在西安半坡等遗址出土的六千年前的彩陶钵口沿上有一些刻划的符号和后来在甲骨文、金文出现的“｜”、“‖”、“|||”、“||||”、“十”等数字符号相似。陶文中还有这样的符号（图五），可能是表示较大的数字。

在台湾的少数民族排湾族，以及在云南的一些少数民族在五十多年前还在木棒上刻线表示他们狩猎到野猪的数目。

筹的起源

有许多外国人以为中国古代的人是用算盘来作计数工具。事实上，在几千年前中国人为了生活的需要利用一种独特的计算工具——算筹。

筹是一些小竹、木棍。从西周直到宋元，有两千多年的时间，人们都是以筹来作计算工具。筹也有以骨、玉、铁等材料制成。

1954年考古学家在湖南省长沙左家公山发现一座距今二千一百多年前战国晚期的楚墓，里面有一个竹筒，装有天平、法码、毛笔，以及四十根长短约12厘米的竹筹，这是最早发现也是最古的算筹实物。

到了1978年在河南省登封出土的早期战国陶器，在上面刻有算筹记数的陶文。因此可以把使用算筹的时间推上更远。

远在人们从渔猎时代过渡到畜牧时代，为了计算他们的羊群或马群。人们用小石块或木枝来和所畜养的动物建立一个一一对应的关系，这样方便及较准确的计算。可是有时搬迁的地方，没有太多石块，或者携带石块来计算太过笨重。于是人们想到为什么不用到处可见的竹子为材料制造帮助计算的工具。

在五千多年前古代黄河流域一带，气候比现在温暖湿润，竹子丛生，是大象、犀牛出没的地方。我们的祖先已会充分利用竹子建住房、作竹筏、制箭、吃竹笋、用筷子夹烤熟的肉免烫手，当然会想到削竹片来作为计算的辅助工具。

由于竹容易腐烂，不易保存几千年，因此我们看不到在殷墟出土有算筹的实物。可是那里留下来的二十多万片龟甲兽骨上的文字，就有明显的数字遗迹显示距现在三千三百多年前的商代，人们已用算筹了。

在甲骨文上的“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”和“十”是形如“一”“=”“≡”“”“”“X”和“∧”、“|”的样子。

如果用|、||、|||、||||、|||||来表1、2、3、4、5，那么很自然我们会想到用6根竹棒表示6了，可是这样很不方便，在公元前六到公元前三世纪的周人就用或表示6。而7就用、

来表示。8就用、来表示，而9就是以或来表示。

到了秦汉时期基本上就把数码定为横式及纵式两种，而且固定个位、百位、万位是用纵式，而十位，千位是用横式：

大约在公元三世纪出现的《孙子算经》中说：“凡算之法，先识其位。一纵十横（个位纵划，十位横划），百立千僵（百位纵的，千位横的），千十相望（千位和十位相同），万百相当（万位和百位相同）。”（见图六）

筹算加减法

筹算加减的方法比较简单。把加数和被加数摆上两行，然后由高位数算起，即由左向右计算，变成一行就是答案。这方法和我们现在通行的笔算恰好相反。现代的笔算法是由低位数往高位数计算。古代西方和中国人一样是由左而右计算的，到了12-13世纪以后才转变成我们现在的方法。

我们举下面的例子说明进行筹算时的过程：

我们要算43792+3056

减法的计算刚好是前面的逆转。比如我们要算

46848-3056

首先列出46848，然后由千位中减去3，依次再减去百位、十位和个位的数码，也是由左向右计算的。读者可在计算过程试试发现。

3世纪末的《孙子算经》是一部算术启蒙书，里面有讲乘法，可是现在的中学生要看懂一千六百多年前的文字，并理解它的意义是不太容易的，故我们加以说明，在下面逐步解释：1）重置其位，上下相观。（下层的最低位数与上层的最高位数对齐。）

（2）以上八呼下八，八八六十四，即下六千四百于中位。

（3）以上八呼下一，一八如八，即位下八十。

（4）退下位一等，收上头位八十。（下层乘数向右移一位，去掉上属八。）

（5）以上位一呼下八，一八如八，即于中位下八十。

（6）以上位一呼下位一，一一如一，即于中位下一。

（7）上下位俱收，中位即得六千五百六十一。（把上下位数去掉，剩下中位数就是答案6561。）

从这个例子可以看出，把多位数乘多位数变成用单位数去乘多位数，乘一位加一位，基本想法是和现在的笔算是一样。

现在举另外一个例子236×428，为了让习惯看阿拉伯数字的读者能较易理解，我们不写筹式而用阿拉伯数码记数。

消掉（5）中的6，及把下位的数去掉，我们全部乘完，所得的答案就是中位所示。

筹算除法

根据《孙子算经》及《夏侯阳算经》的记载，我们知道除法的过程像是乘法的逆运算。这个除法和我们现在所用的笔算是一致。