中華古算中蘊含著中華先賢的大智慧。本書探究其中為神奇的幾個熱點問題,合稱中華神算。
發(fā)明二進制的Leibniz曾明確指出,古代中國的伏羲把握著二進制方法的寶鑰。本書第1卷(正本清源二進制)闡明了Leibniz這一論斷的合理性與正確性。第二卷(超算通行二分法)說明了伏羲寶鑰誘導生成的二分演化技術,對超級計算機的高效算法設計具有一定的啟迪和指導意義。
劉徽是中國數(shù)學史上偉大的數(shù)學家。本書第三卷(逼近加速割圓術)介紹了劉徽的割圓術,其中的極限思想和逼近加速技術是中華先賢前瞻性思維的一個明證,對當代的數(shù)值計算軟件的設計具有很高的指導意義。第四卷(測高望遠重差術)破解了劉徽的重差術,展現(xiàn)了一種被稱為劉徽勾股的新的幾何學體系。這一體系與歐幾里得公理化體系迥然不同,它回避了平行線的糾纏,摒棄了角度測量之類的煩瑣手續(xù),因而其原理容易理解,其方法容易掌握,并且其計算容易在計算機上實現(xiàn)。
本書的宗旨是匯通古今,熔鑄中外,讓古老的中華神算重現(xiàn)輝煌,在復興中華的偉大事業(yè)中展現(xiàn)新的光彩。本書可供廣大的數(shù)學愛好者和科研工作者閱讀。
中華數(shù)學也是文化自信的一部分。本書是一套非常優(yōu)秀的科普作品,對推動人們對中華數(shù)學的文化自覺、文化自信具有重要的學術價值和理論意義。
序 中華數(shù)學頌 浩蕩南海掀巨浪,巍峨喜馬拉雅插云天! 在廣袤的中華大地上,中華民族創(chuàng)造了輝煌的中華文明,培育出壯美的中華數(shù)學。 中華數(shù)學源遠而流長。 中華上古先民很早就開始了數(shù)學探索,他們結繩計數(shù),創(chuàng)立了八卦形式的二進制數(shù)。大地灣豐富的考古資料表明,上古某個時期,某個氏族內(nèi)出現(xiàn)了某個大人物,他,指導先民結網(wǎng)捕魚,種植莊稼。關于伏羲的傳說就是這個時期的文化遺存。 伏羲二進制早在六七千年以前就有了中華數(shù)學的萌芽。 中華文明是唯一的始終沒有中斷的人類文明。中華上古先賢的大智慧融入后代子孫的靈魂里。當今中國人研制的超級計算機世界領先,中國已經(jīng)成為全球擁有多超級計算機的國家,超級計算中廣泛應用了伏羲寶鑰所謂二分演化技術。二分演化技術的普適性成就了新型的演化數(shù)學方法。 本書的前兩卷 1. 正本清源二進制 2. 超算通行二分法是祖孫篇,它們闡述了二分演化技術的前世和今生。 公元3世紀,偉大的劉徽登上了歷史舞臺,中華數(shù)學的面貌煥然一新。 為計算圓周率,劉徽從圓的內(nèi)接正六邊形做起,二分割圓到正24邊形、正48邊形、正96邊形……劉徽割圓到正192邊形后,他突然發(fā)力,用正96邊形和正192邊形兩個粗糙的近似值,加權平均獲得正3072邊形高精度的近似值,這是一項超前思維的偉大成就。 逼近加速是微積分方法的軟肋,至今仍是高性能計算的瓶頸。劉徽的加速技術,長久被湮埋在歷史的塵埃里,應該讓它重見天日了。 重差術的命運比割圓術更坎坷。早在三四千年前,上古先賢陳子設置所謂重差系統(tǒng)觀天測地,后來劉徽改進了重差系統(tǒng),用于日常的測高望遠。重差術這種幾何算法基于勾股測量,回避了平行線的糾纏,擯棄了角度測量之類的煩瑣手續(xù),從而消除了歐氏公理化方法的弊端,是人類數(shù)學史上的一株奇葩。千百年來,眾多中外學者潛心研究重差術,始終得不到真諦和要領,這方面的研究來日方長。 總之,本書的后兩卷 3. 逼近加速割圓術 4. 測高望遠重差術是姊妹篇,是劉徽數(shù)學的雙翼。 誰言寸草心,報得三春暉。本書獻給哺育我們成長的革命前輩們。前輩們高尚的人格魅力永遠是我們光輝的榜樣。我們一定會銘記前輩們的教導,努力為復興中華的偉大事業(yè)而奮斗終生! 復興先賢偉業(yè), 重振中華雄風!
王能超,華中科技大學數(shù)學與統(tǒng)計學院教授、計算機科學與技術學院博士生導師、并行計算研究所所長。我國并行算法設計的先驅者之一。1960年北京大學計算數(shù)學專業(yè)畢業(yè),1964年復旦大學微分方程專業(yè)研究生畢業(yè),師從谷超豪先生。曾任全國計算數(shù)學教學研究會理事長、湖北省計算數(shù)學學會理事長等。承擔國家863高技術項目、國家自然科學基金項目、國防科工委項目多項。發(fā)表學術論文50多篇,出版專著和教材多本,其中兩本教材1988年同時獲國家教委優(yōu)秀教材二等獎。
第三卷
逼近加速割圓術
神算贊(2)
前言(3)
引論
神機妙算加速術(5)
0.1逼近加速是微積分方法的軟肋(5)
0.2祖沖之的綴術可能是一種逼近加速技術(5)
0.3劉徽割圓術中的神來之筆(6)
上篇
思辨之奇
第1章
呼之欲出極限論(8)
1.1西方不亮東方亮(8)
1.2啟迪智慧的天書(11)
1.3東西方雙神斗法(12)
1.4通向無窮之路(12)
1.5扭虧為盈易如反掌(15)
1.6余徑之奇(16)
1.7剪裁拼接化圓為方(17)
1.8駕馭極限概念(18)
中篇
策略之妙
第2章
簡單重復生復雜(21)
2.1圓周率的科學計算(21)
2.2芝諾為什么永遠追不上烏龜(25)
2.3三問Wolfram的新科學(27)
2.4為演化數(shù)學吶喊(29)
下篇
算法之神
第3章
綴術之謎(31)
3.1高性能計算的一個瓶頸(31)
3.2阿基米德的窮竭法(32)
3.3祖沖之綴術之謎(33)
第4章
劉徽的神機妙算(34)
4.1數(shù)學史上一篇千古奇文(34)
4.2一飛沖天的劉徽神算(35)
4.3劉徽神算的設計機理(36)
第5章
割圓計算的劉徽加速(38)
5.1偏差比中傳出好消息(38)
5.2只要做一次俯沖(39)
5.3擾人的十字文(40)
5.4差之毫厘,失之千里(42)
5.5綴術再剖析(43)
5.6平庸的新紀錄(44)
第6章
混沌常數(shù)的加速算法(47)
6.1倍周期分叉過程(47)
6.2Feigenbaum常數(shù)(48)
結語李約瑟難題新解(51)
附錄A 劉徽割圓術術文(54)
附錄B 論文兩篇(58)
第四卷
測高望遠重差術
神龍贊(78)
前言(79)
引論
騰云駕霧神龍(81)
0.1千古謎案重差術(81)
0.2海島九問探重差(82)
0.3重差術與割圓術相得益彰(83)
上篇
觀天測地的上古記憶
第1章
陳子測日系統(tǒng)(85)
1.1智類之明大智慧(86)
1.2勾股原理傳家寶(86)
1.3陳子公設哪里來(88)
1.4立此存照重差術(90)
1.5追根溯源問陳子(90)
中篇
測高望遠的通用程序
第2章
劉徽重差學說(93)
2.1百家爭鳴探海島(94)
2.2相似勾股生重差(99)
2.3重差學說探精微(102)
2.4重差模式一二三(104)
下篇海島九問的求解格式
第3章
海島算經(jīng)題解(107)
3.1望海島題一(108)
3.2望松題二(110)
3.3望邑題三(112)
3.4望谷題四(114)
3.5望樓題五(116)
3.6望波口題六(118)
3.7望清淵題七(120)
3.8望津題八(122)
3.9臨邑題九(124)
結語
劉徽勾股顯神龍(126)
附錄A 劉徽:《九章算術注》原序(131)
附錄B 劉徽:《海島算經(jīng)》(133)
附錄C 吳文俊:《海島算經(jīng)》古證探源(節(jié)錄)(138)
參考文獻(147)