顯示具有 02_Mathematics 標籤的文章。 顯示所有文章
顯示具有 02_Mathematics 標籤的文章。 顯示所有文章

2017年1月29日 星期日

古文明的數字表示方式

   從刻有刻痕的骨頭可以推測,人類的起源在非洲.歷史上的古文明,以地理上的幾個大陸各自發展歐亞非大陸上的主要文明,西方世界圍繞著地中海東半部發展.東方世界則中國較著稱.美洲大陸較有名的則是馬雅文明及印地安文明不過文明的發展除了文字記錄外,其餘要靠考古來探索,因此在沒有被破壞殆盡之前,這方面的知識會不斷更新

這麼多不同時期不同地區的文明,有的獨立發展,有的相互交流.共通點就是,都有各自的數字符號系統
埃及

埃及
埃及的文字,有被刻在金字塔內的石壁上,有被記錄在「紙莎草紙 (papyrus)」上
莎草紙是古埃及人廣泛採用的書寫介質,它用當時盛產於尼羅河三角洲的紙莎草的莖製成。大約在公元前3000年,古埃及人就開始使用莎草紙,並將這種特產出口到古希臘等古代地中海文明地區,甚至遙遠的歐洲內陸和西亞。 對古代寫在莎草紙上手稿的研究,或稱為紙莎草學,是古希臘羅馬歷史學家的基本工具。


而埃及的數字系統,其實不難.利用不同的符號表示不同的單位數目,再湊成不同的數量
這就跟玩遊戲的代幣一樣,跟賭場內用的籌碼一樣,也跟我們日常生活用到的錢幣紙鈔一樣這樣簡單地數字表示系統,就可以用來算加減乘除

埃及的數字表示系統,只有符號.符號之間可以換算,譬如十朵花跟一根手指頭可以互換.
不過沒有位置關係,賭桌上擺籌碼,你要由大到小往左排還是往右排,都是一樣的數量.
也沒有’0’這個符號.要付103元,你不需要管沒有十元這件事.
想想,如果我們的數學課只用籌碼或紙鈔硬幣來上,可以上到什麼地步呢?
埃及的這些紙莎草紙裡面列了許多數學的問題,包括比例fraction,算術推導,代數,三角錐形的幾何等問題,還有許多能應用在建築 記帳等有實際用途的數學方法。


兩河流域 

隨著都市文明的產生,個人與團體的關係變得日益密切,為了傳達彼此的意念,文字的需要便應運而生。從位於幼發拉底河左岸的烏魯克﹝Uruk﹞出土的黏土板發現,蘇美人於西元前 3300 年就已經用削尖的蘆葦在柔軟的黏土上書寫,以一種楔形的視覺符號體系紀錄交易行為。這種視覺符號體系是人類最早的楔形文字﹝Cuneiform inscription﹞。
Stele of Cuneiform inscription﹞。
巴比倫的數字符號系統以六十為底(sexagesimal)。
而且不只能表示大於零的數量,還可以表示小數。

巴比倫人也懂得使用數字表,包括倒數表、乘法表等,甚至連 根號2 都有表。
而他們的運算方法可以解的題目很多,包含我們所學的代數問題,而且都包含解題的方法。例如:

一個水池,高度是3 + 20/60, 被鑿開的體積是 27 + 60/60 + 40/3600,
長度比寬度多50/60, 求長度跟寬度是多少?

=> 長度是3 + 20/60, 寬度是是2 + 30/60




科學和商業的發展,促進數值觀念的具體化,
而在幾千年之間的互相交流、或戰爭侵略互相影響之後,全世界的不同國家或許還有不同語言,但是大家使用的數字符號系統已漸趨統一為印度-阿拉伯數字系統。

2017年1月22日 星期日

在數字/文字被發行之前




國富論這本經濟學巨著的作者亞當史密斯就說過:
“Numeral terms”, 意旨「跟數量相對應的符號」,
是人類心智中,所能形成的最抽象的觀念.
必定是各個不同地方的語言在形成的過程中,最後被發明的字.

但是人類一開始並沒有語言,也沒有文字
所以不會數1,2,3,..., one, two, three, …, いち,に ,さん ,…那麼在這樣的年代,數量的概念是如何存在,紀錄的呢?今天抓了四頭鹿,原始人要怎麼記下來?



目前發現最早的跟數學相關的紀錄,是西元35000年前,在非洲史瓦濟蘭的列朋波(Lebombo)山脈,一根狒狒的腓骨,上面有29條明顯刻畫出來的記號.

一樣在非洲,剛果東北方的尼羅河上游附近,也有比利時探險家發現的Ishango bone,這是大約兩萬年前的骨頭.
這些骨頭上面都有一條一條的刻痕,Lebombo bone有29條,Ishango bone則分別有48, 60, 60條,推測都是用來記錄月亮的圓缺.


紀錄這個有什麼用? 月圓時,可以藉著月光趁動物沈睡時打獵,或是搶劫其他部落.那看天空就好了呀?可是如果連續下雨好幾天,怎麼記得住哪天是月圓,又怎麼預做準備呢?尤其是作戰的死生大事,能事先計畫還是較有勝算.

另外,在南美洲的印加帝國所使用的,則是用繩結的方式來記錄數目. 這種繩結記數方式被稱為奇普(Quipu).奇普仕由多色的繩結編織而成,不同的繩結有不同的意義.奇普除了記數以外還有記錄歷史的功能.
據此我們可以得知,數字出現之前,其實人類已經有一套紀錄數目的方式.

這可以跟我們現在人類學習數學的過程來思考
幼兒是先建立數量的觀念,還是直接先學數字的符號?現代人在教導幼兒數量時,總會拿出與入量對應的圖片吸引兒童注意.又打兒童觀察圖像之間數量的差異,幫助兒童無形間歸納出數量的概念.有了1,2,3,4的概念後,在進一步的教導發音,寫數字.

而有了數量的觀念後,才有其對應的符號,先是說跟聽的聲音,然後才是寫跟讀的數字.
這些符號的產生,就是人類大腦用來進行抽象化思考的「重大成就」.

2016年12月14日 星期三

如何表示數量





我們怎麼做數學運算
跟我們用什麼方式來表示數量有關.

---- 數字表示系統


大家都知道電腦的世界是由01組成,是二進位的,可是為什麼要用二進位?大概都會說因為電的狀態不是ON就是OFF,所以就各用10來表示.

可是為什麼藉由電的開開關關,就可以組成一台什麼功能都有的電腦?
大多數的人可能都答不出來.太難了.
有沒有簡單一點的?

OK,電腦一開始只是用來做算術運算,為什麼藉由電的開開關關,就可以做加法
到底要怎麼做出一台能自動運算的機器?這在問要怎麼做電腦.
要怎樣讓這台機器利用它的運算能力來解決數學題?這在問要怎麼寫程式.

以上,才是學「電腦概論」應該學到的知識.


2016年11月11日 星期五

從數學出發

什麼是電腦?為什麼會有電腦?

其實一開始,就只是要做一台能自動運算的機器.

為什麼會有大量運算

這得從人類的運算歷史發展,來理解為什麼計算愈來愈複雜。

運算到太複雜,為了要有正確的答案,於是就需要自動化


都是為了運算

數學教育給人的印象,一直都是背公式,然後不斷地做習題訓練反射性地計算能力.
但是這真的是我們要的數學嗎?不是,這是考試要用的數學.所以離開學校後就忘光光.
這樣的數學,其實多學無益.

而且,電腦就是要取代掉數學課上的那些機械式運算
我們要學習的並不是算得比電腦好、比電腦快,
而是為什麼要這樣算、怎麼算可以更快、是不是有更好的算法?
其實這就是「演算法」.

拉加島的電腦課」會有一個數學的主題,介紹數學的演進過程.
了解這個過程,才知道整個數學的演進,是因為遇到什麼問題,然後如何解決.
而這就是 Computational Thinking 中 Problem Solving (解決問題)的訓練.

數學主題的內容為:

1. 數字表示系統

    - 原始人 的


    - 古文明 的

    - 現行系統 的產生



2. 以前運算用在哪?

    - 天象/農業


    - 繳稅

    - 建築


3. 大量運算的產生

    - 商業

    - 戰爭


- 工業



然後數學就變得愈來愈複雜,Charles Babbage 在十九世紀設計的差分機與分析機,就是用來協助自動運算的機器.之後 Computer 漸漸由原本的「人」,變成「機器」,且不斷地演進,直至今日無所不在.