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(jìn)制的Leibniz曾明確指出,古代中國的伏羲把握著二進(jìn)制方法的寶鑰。本書第1卷(正本清源二進(jìn)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(dǎo)生成的二分演化技術(shù),對超級計算機的高效算法設(shè)計具有一定的啟迪和指導(dǎo)意義。
劉徽是中國數(shù)學(xué)史上偉大的數(shù)學(xué)家。本書第三卷(逼近加速割圓術(shù))介紹了劉徽的割圓術(shù),其中的極限思想和逼近加速技術(shù)是中華先賢前瞻性思維的一個明證,對當(dāng)代的數(shù)值計算軟件的設(shè)計具有很高的指導(dǎo)意義。第四卷(測高望遠(yuǎn)重差術(shù))破解了劉徽的重差術(shù),展現(xiàn)了一種被稱為劉徽勾股的新的幾何學(xué)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(fù)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(xué)愛好者和科研工作者閱讀。
中華數(shù)學(xué)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(xué)的文化自覺、文化自信具有重要的學(xué)術(shù)價值和理論意義。
序
中華數(shù)學(xué)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(xué)。
中華數(shù)學(xué)源遠(yuǎn)而流長。
中華上古先民很早就開始了數(shù)學(xué)探索,他們結(jié)繩計數(shù),創(chuàng)立了八卦形式的二進(jìn)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(dǎo)先民結(jié)網(wǎng)捕魚,種植莊稼。關(guān)于伏羲的傳說就是這個時期的文化遺存。
伏羲二進(jìn)制早在六七千年以前就有了中華數(shù)學(xué)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(dāng)今中國人研制的超級計算機世界領(lǐng)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(yīng)用了伏羲寶鑰所謂二分演化技術(shù)。二分演化技術(shù)的普適性成就了新型的演化數(shù)學(xué)方法。
本書的前兩卷
1. 正本清源二進(jìn)制
2. 超算通行二分法
是祖孫篇,它們闡述了二分演化技術(shù)的前世和今生。
公元3世紀(jì),偉大的劉徽登上了歷史舞臺,中華數(shù)學(xué)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(quán)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(shù),長久被湮埋在歷史的塵埃里,應(yīng)該讓它重見天日了。
重差術(shù)的命運比割圓術(shù)更坎坷。早在三四千年前,上古先賢陳子設(shè)置所謂重差系統(tǒng)觀天測地,后來劉徽改進(jìn)了重差系統(tǒng),用于日常的測高望遠(yuǎn)。重差術(shù)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(xué)史上的一株奇葩。千百年來,眾多中外學(xué)者潛心研究重差術(shù),始終得不到真諦和要領(lǐng),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(shù)
4. 測高望遠(yuǎn)重差術(shù)
是姊妹篇,是劉徽數(shù)學(xué)的雙翼。
誰言寸草心,報得三春暉。本書獻(xiàn)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(yuǎn)是我們光輝的榜樣。我們一定會銘記前輩們的教導(dǎo),努力為復(fù)興中華的偉大事業(yè)而奮斗終生!
復(fù)興先賢偉業(yè),
重振中華雄風(fēng)!
王能超,華中科技大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院教授、計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生導(dǎo)師、并行計算研究所所長。我國并行算法設(shè)計的先驅(qū)者之一。1960年北京大學(xué)計算數(shù)學(xué)專業(yè)畢業(yè),1964年復(fù)旦大學(xué)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(xué)教學(xué)研究會理事長、湖北省計算數(shù)學(xué)學(xué)會理事長等。承擔(dān)國家863高技術(shù)項目、國家自然科學(xué)基金項目、國防科工委項目多項。發(fā)表學(xué)術(shù)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
第一卷
正本清源二進(jìn)制
寶鑰贊(2)
前言(3)
引論
可怕的大爆炸(5)
0.1關(guān)于印度象棋的故事(5)
0.2大自然的演化方式(6)
0.3玄妙的二進(jìn)制數(shù)(7)
上篇 Leibniz不可思議的新發(fā)現(xiàn)
第1章 Leibniz猜想(9)
1.1Leibniz發(fā)明了二進(jìn)制(9)
1.2百科全書式的天才(11)
1.3發(fā)現(xiàn)了從未使用過的計算方法(13)
1.4伏羲把握著此方法的寶鑰(14)
中篇追根溯源問伏羲
第2章
如何論證Leibniz猜想(16)
2.1漢字的神韻(17)
2.2繩結(jié)之神奇(19)
2.3數(shù)制的變遷(23)
2.4易理之闡發(fā)(24)
下篇
伏羲寶鑰放異彩
第3章
序數(shù)編碼(30)
3.1編碼策略(31)
3.2編碼方案(35)
3.3對稱性復(fù)制(38)
第4章
互連結(jié)構(gòu)超立方(40)
4.1互連網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(40)
4.2什么是超立方?(41)
4.3超立方易圖的遞推設(shè)計(45)
第5章
分形語言WM系統(tǒng)(48)
5.1一種新數(shù)學(xué)(48)
5.2什么是分形?(49)
5.3演化語言(51)
5.4演化算法(55)
結(jié)語
愛因斯坦的迷茫(62)
附錄(63)
第二卷
超算通行二分法
神威贊(70)
前言(71)
引論 Walsh分析的研究會導(dǎo)致一場革命嗎?(73)
0.1Walsh函數(shù)極度的數(shù)學(xué)美(73)
0.2Walsh分析展現(xiàn)一種新的思維方式(75)
0.3Walsh分析是數(shù)學(xué)革命的先導(dǎo)(76)
上篇 Walsh演化分析
第1章 Walsh函數(shù)的演化生成(78)
1.1美的Walsh函數(shù)(78)
1.2Walsh函數(shù)的演化機制(83)
1.3Walsh函數(shù)的排序方式(88)
1.4Walsh函數(shù)的復(fù)制技術(shù)(94)
1.5Walsh函數(shù)的表達(dá)式(99)
小結(jié)(100)
中篇
快速算法設(shè)計
第2章
快速Walsh變換(102)
2.1快速Walsh變換的設(shè)計思想(102)
2.2和式分裂法(106)
2.3序碼展開法(111)
小結(jié)(118)
第3章
快速Haar變換(120)
3.1Haar函數(shù)(120)
3.2Haar變換的快速算法(125)
小結(jié)(127)
下篇
同步并行算法
第4章
并行計算引論(129)
4.1什么是并行計算(129)
4.2疊加計算(132)
第5章
并行計算的二分技術(shù)(142)
5.1一階線性遞推(142)
5.2三對角方程組(146)
小結(jié)(151)
結(jié)語
新數(shù)學(xué)呼喚新思維(154)