数的发展史是什么?( 四 )


现在再来看一看更早的解析几何的诞生 。通常认为,笛卡儿发明解析几何的基本思想,是用代数方法来解几何问题 。这同欧氏演绎方法已经大相径庭了 。而事实上如果我们去阅读笛卡儿的原著,就会发现贯穿于其中的彻底的算法精神 。《几何学》开宗明义就宣称:“我将毫不犹豫地在几何学中引进算术的术语,以便使自己变得更加聪明” 。众所周知,笛卡儿的《几何学》是他的哲学著作《方法论》的附录 。笛卡儿在他另一部生前未正式发表的哲学著作《指导思维的法则》(简称《法则》)中曾强烈批判了传统的主要是希腊的研究方法,认为古希腊人的演绎推理只能用来证明已经知道的事物,“却不能帮助我们发现未知的事情” 。因此他提出“需要一种发现真理的方法”,并称之为“通用数学”(mathesis universakis) 。笛卡儿在《法则》中描述了这种通用数学的蓝图,他提出的大胆计划,概而言之就是要将一切科学问题转化为求解代数方程的数学问题:
任何问题→数学问题→代数问题→方程求解而笛卡儿的《几何学》,正是他上述方案的一个具体实施和示范,解析几何在整个方案中扮演着重要的工具作用,它将一切几何问题化为代数问题,这些代数问题则可以用一种简单的、几乎自动的或者毋宁说是机械的方法去解决 。这与上面介绍的古代中国数学家解决问题的路线可以说是一脉相承 。
因此我们完全有理由说,在从文艺复兴到17世纪近代数学兴起的大潮中,回响着东方数学特别是中国数学的韵律 。整个17—18世纪应该看成是寻求无穷小算法的英雄年代,尽管这一时期的无穷小算法与中世纪算法相比有质的飞跃 。而从19世纪特别是70年代直到20世纪中,演绎倾向又重新在比希腊几何高得多的水准上占据了优势 。因此,数学的发展呈现出算法创造与演绎证明两大主流交替繁荣、螺旋式上升过程:
演绎传统——定理证明活动
算法传统——算法创造活动
中国古代数学家对算法传统的形成与发展做出了毋容置疑的巨大贡献 。
我们强调中国古代数学的算法传统,并不意味中国古代数学中没有演绎倾向 。事实上,在魏晋南北朝时期一些数学家的工作中,已出现具有相当深度的论证思想 。如赵爽勾股定理证明、刘徽“阳马”?一种长方锥体 体积证明、祖冲之父子对球体积公式的推导等等,均可与古希腊数学家相应的工作媲美 。赵爽勾股定理证明示意图“弦图”原型,已被采用作2002年国际数学家大会会标 。令人迷惑的是,这种论证倾向随着南北朝的结束,可以说是戛然而止 。囿于篇幅和本文重点,对这方面的内容这里不能详述,有兴趣的读者可参阅参考文献?3? 。
3 古为今用,创新发展
到了20世纪,至少从中叶开始,电子计算机的出现对数学的发展带来了深远影响,并孕育出孤立子理论、混沌动力学、四色定理证明等一系列令人瞩目的成就 。借助计算机及有效的算法猜测发现新事实、归纳证明新定理乃至进行更一般的自动推理……,这一切可以说已揭开了数学史上一个新的算法繁荣时代的伟大序幕 。科学界敏锐的有识之士纷纷预见到数学发展的这一趋势 。在我国,早在上世纪50年代,华罗庚教授就亲自领导建立了计算机研制组,为我国计算机科学和数学的发展奠定了基础 。吴文俊教授更是从70年代中开始,毅然由原先从事的拓扑学领域转向定理机器证明的研究,并开创了现代数学的崭新领域——数学机械化 。被国际上誉为“吴方法”的数学机械化方法已使中国在数学机械化领域处于国际领先地位,而正如吴文俊教授本人所说:“几何定理证明的机械化问题,从思维到方法,至少在宋元时代就有蛛丝马迹可寻,”他的工作“主要是受中国古代数学的启发” 。“吴方法”,是中国古代数学算法化、机械化精髓的发扬光大 。
计算机影响下算法倾向的增长,自然也引起一些外国学者对中国古代数学中算法传统的兴趣 。早在上世纪70年代初,著名的计算机科学家D.E.Knuth就呼吁人们关注古代中国和印度的算法?5? 。多年来这方面的研究取得了一定进展,但总的来说还亟待加强 。众所周知,中国古代文化包括数学是通过著名的丝绸之路向西方传播的,而阿拉伯地区是这种文化传播的重要中转站 。现存有些阿拉伯数学与天文著作中包含有一定的中国数学与天文学知识,如著名的阿尔·卡西《算术之钥》一书中有相当数量的数学问题显示出直接或间接的中国来源,而根据阿尔·卡西本人记述,他所工作的天文台中就有不少来自中国的学者 。

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