天元术:被遗忘的古代黑科技,一种让现代程序员都直呼内行的方程式心法

说真的,我得缓缓。

我最近在翻一些古籍的边角料时,撞上了一个叫“天元术”的东西,一开始还以为是什么修仙功法或者炼丹秘籍,结果一头扎进去,我整个人都不好了——那种感觉,就像你以为你一直在用最新版的Windows,结果发现车库里藏着一台几百年前的、能跑AI的量子计算机原型机。

天元术

对,就是这么夸张。天元术,这个听起来仙风道骨的名字,它干的,是纯粹得不能再纯粹的数学,而且是——符号代数。

你没听错。在我们还在念叨着“勾三股四弦五”代表了中国古代数学巅峰的时候,在欧洲人还在用冗长的文字描述“某个未知数和它的平方加起来等于一个具体数字”的时候,在公元13世纪,一个叫李冶的中国北方汉子,已经把我们初中代数的核心思想玩得炉火纯青了。

那个让我们头疼的“x”,古人管它叫“天元”

还记得初中数学第一堂代数课吗?老师在黑板上写下一个大大的“x”,说:“同学们,这是一个未知数,我们可以用它来表示任何我们想要求解的数字。”

那一刻,世界仿佛被劈开了一道口子。数字不再是具体的1、2、3,而可以是一个抽象的符号。这是人类思维的一次巨大飞跃。我们当时可能没啥感觉,就觉得“设x为...”是做应用题的标配。

但现在你听好了,这个伟大的“设x”,我们的老祖宗在七百多年前,就已经系统化了。他们的口诀是:

“立天元一为……”

这句话,翻译成今天的大白话,就是 let x = ...

这个“天元”,就是那个未知数,就是那个 x

看到这四个字的时候,我脑子里“嗡”的一声。这已经不是简单的“鸡兔同笼”那种算术思维了,这是一种彻头彻尾的、抽象的、程序化的代数思维。它意味着,古人已经不满足于就题解题,他们摸索出了一套通用的、可以解决“一类”问题的方法论。

这玩意儿到底怎么玩?简直是古代的命令行编程

你可能会想,就一个“天元”等于“x”,有那么神吗?

神。因为它不是一个孤立的概念,而是一整套堪称“操作系统”的运算规则。这套系统,不用纸笔,它的“硬件”是算筹——就是一根根小竹棍。

想象一下这个画面:

一个宋金时期的书斋,午后的阳光透过木格窗,照在一方算板上。一位学者,手指翻飞,不是在拨算盘,而是在摆弄着上百根赤黑两色的竹筹。赤色代表正数,黑色代表负数。

他要解一道题,比如“一个圆形池塘,只知道从池边走到能看到池塘直径的某点,距离是a,再往前走b步,刚好到达池塘另一边,求池塘直径”。

换作我们,马上设直径为x,然后吭哧吭哧根据几何关系列方程。

而他呢?他会喃喃自语:“立天元一为池径。” 然后,他会在算板上一个特定的位置,放下一根算筹,这个位置,就叫“元”

这根算筹,就是 x 的一次方项的系数:1。

它的下方,是常数项的位置,叫“太”

它的上方,是二次方项的位置。再往上,是三次方、四次方……

看到了吗?这是一个基于位置的、自带幂次升降的坐标系!简直就是一维的数组,或者说一个栈。

他根据题目里的几何关系,通过一系列固定的“术”(算法),在算板上不断地增减、乘除、变换算筹的位置。竹筹在算板上“咔咔”作响,每一次移动,都代表着一步代数运算。最后,算板上会形成一个形如 ax^n + bx^(n-1) + ... + c = 0 的高次方程。

整个过程,冷静、抽象,充满了逻辑的美感。这已经不是在“算数”了,这是在构建一个数学模型。它甚至比我们用纸笔演算更直观,因为每一个数据、每一个幂次,都以实体(算筹)的形式,占据着空间中的一个位置。

这套玩法,让李冶在他的旷世奇书《测圆海镜》里,解出了一百七十多个关于圆的复杂几何问题,最终都归结为解高次方程。

一个孤独的思想者,和一本“天书”

说到李冶,我更想称他为“那个男人”。

他的人生,简直就是一部史诗。他生活在金元交替的战乱年代,当过官,后来蒙古大军南下,他的人生轨迹被彻底改变。他不做官了,隐居在山西的封龙山,讲学、著书。

你可以想象吗?外面是铁蹄铮铮,江山易主,一个孤独的学者,在战火纷飞的年代,没有功名利禄的诱惑,一头扎进了纯粹的数学世界里,搞出了这种超越时代的东西。

他研究的不是怎么去丈量土地、计算税收这种实用主义的数学,他研究的是纯粹的、抽象的、美的数学。这在那个“学成文武艺,货与帝王家”的时代,是多么的“无用”,又是多么的酷!

他写完《测圆海镜》后,据说因为内容太深奥,怕没人能看懂,还写了一本“入门指导”《益古演段》。即便如此,这套方法还是因为过于“阳春白雪”,加上后来珠算崛起(珠算擅长加减乘除,但不适合代数运算),天元术的光芒,竟然……慢慢地……熄灭了。

它就像一段失传的、来自上古文明的源代码,尘封在故纸堆里,一睡就是几百年。

天元术,给了我们什么当头一棒?

了解天元术之后,我经常陷入一种沉思。

第一,它狠狠地修正了我的“科技史观”。

我们总有一种潜移默化的印象,觉得中国古代科技是“经验型”的,是“知其然不知其所以然”的,而西方是“逻辑型”、“体系化”的。天元术的存在,就像一记响亮的耳光。它证明了,在抽象思维和符号体系的构建上,我们曾经达到过怎样的高度。这种高度,不是零星的火花,而是一套可以传承、可以教授的完整系统。

第二,它让我看到了“思维模型”的力量。

天元术最牛的地方,不是解出了某个具体的难题,而是提供了一个“建模”的框架。“立天元”这三个字,就是启动这个模型的开关。一旦启动,所有的问题,无论它外在形式多么千变万化,都能被“翻译”成这个模型里的标准语言——多项式方程。

这不就是我们今天编程的核心思想吗?定义变量,构建函数,把一个复杂混乱的现实问题,转化成计算机可以理解和处理的逻辑结构。从这个角度看,李冶他们,就是那个时代的顶级系统架构师。

第三,它让我感到一种深深的惋ascinating(着迷)和遗憾。

着迷于古人智慧的深邃,遗憾于这样璀璨的明珠,却被历史的尘埃掩盖了那么久。当欧洲的笛卡尔、韦达等人开创解析几何和符号代数,并引领了后来的科学革命时,我们却把自己的“源代码”给弄丢了。

这中间的几百年,我们错过了什么?如果天元术能够顺利地传承、发展,和后来的西方数学成果交汇,又会碰撞出怎样的火花?历史没有如果,但这种想象,足以让人扼腕。

所以,下一次,当你觉得数学枯燥,或者对我们自己的古代文化感到些许不自信的时候,不妨想想“天元术”。

想想那个叫李冶的男人,在山河破碎的乱世里,用一堆小竹棍,构建起了一个如此优雅、如此强大的代数帝国。

那不仅仅是数学。

那是一种精神,一种在不确定性中寻找确定性的努力,一种超越了柴米油盐,去拥抱星辰大海的纯粹的热爱。它告诉我们,在我们血脉的深处,也流淌着这样冷静、深刻、足以洞穿事物本质的逻辑力量。

我们只是,有时候,把它忘了。

廿四味
  • 本文由 廿四味 发表于 2025-10-09
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匿名

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