引言
中国古代统计之所以早在秦汉时期就已趋于完善并领先于世界,这与《九章算术》提供的统计计量方法和蕴含的统计思想是分不开的。
成书于西汉末期的《九章算术》,无疑是禹以降至秦汉中国数学的集大成之作。《九章算术》几乎包括了中国古代数学所有分支内容,涉及社会生产生活几乎所有方面的计量计算,是应用算学的集中体现。
探讨中国古代统计与《九章算术》的关系独具意义
中国古代统计概况统计起源于社会经济活动,中国古代统计源远流长,早在原始公社时期就已萌芽。郑玄在《周易正义》注释中指出“为约,事大,大结其绳;事小,小结其绳。结之多少,随物众寡。”说明当时已产生了简易的统计分组和总量指标概念。
自公元前21世纪夏禹立国开始,中国的统计不仅详细记录重大历史活动,而且为了征集兵员、括敛赋税,对人口、土地及财产展开调查。
《后汉书》中记载:“禹平水土,还为九州,今禹贡是也。是以其时九州之地凡两千四百三十万八千二十四顷,定垦者九百三十万六千二十四顷,不垦者千五百万二千顷,民口千三百五十五万三千九百二十三人。”这是现存我国最早的统计数字资料,当时被铭刻在九鼎上。
统计一开始就被新兴的奴隶制国家用作对内统治、对外战争的重要决策工具。西周建立的“六卿”制度就对统计工作做出了明确分工:天官主管全国的财经统计,下设司会、司书等官职,主持全国大计、财政统计、提交统计报告等工作;地官负责土地、人口、粮食等统计(西汉时期在全国开展了第一次人口普查);春官负责宗庙祭祀等统计;夏官负责军政军赋等统计;秋官负责刑狱、人口等统计;冬官负责工程方面的统计。
春秋战国时期各国的司徒、司空、司马、司寇分别兼管职责内的统计工作,开始形成了上计制度。
在秦汉时期的“三公九卿”官僚体系中形成了比较规范严明的统计核算制度,并按照粮食、物价、钱币等业务分类统计上报,如内设的大司农主要掌管财政经济方面的统计。
其后,自隋至清统计工作始终贯穿依附于延续千年之久的“三省六部”中央官制中。另外,中国古代统计思想成熟较早,至春秋战国时发展到阶段性高峰,如春秋战国时期管仲的“不明于计数而欲举大事,犹无舟楫而欲经于水险也”、商鞅的“欲强国,不知国十三数,地虽利,民虽众,国欲弱至削”等重要论述都显示了重视统计的思想。
同时代的孙武、范蠡、李悝、韩非,秦汉时期的司马迁、徐干、仲长统,隋唐时期的杜佑、刘晏,宋元时期的郑樵、张敦实,明清时期的丘濬、张居中等等,其统计思想与方法都深邃而实用。
《九章算术》的统计方法论功能
《九章算术》以其内容丰富、语言规范、概念清晰、循序渐进、分类归纳、体系实用等特点著称。全书共有应用问题246道,每题都由问、答、术三部分组成,按应用和性质分为九个大类,组成九章。
从《九章算术》的内容体系来看,为成熟较早的中国古代统计提供了强大的计算方法支撑,这也有力地推动了中国古代统计工作的规范发展。下面针对《九章算术》涉及的统计计算工作内容按章类进一步说明。
第一章为方田,按亩收税的制度起源于春秋时期,各种形状田亩面积计算统计方法就显得尤为重要,本章主要涉及包括长方形、等腰三角形、直角梯形、等腰梯形、圆形、扇形、弓形和圆环等。如第27题:今有邪田一头广三十步,一头广四十二步,正从六十四步。问为田几何?答曰:九亩一百四十四步。术曰:并两广若袤而半之,以乘正从若广。又可半正从若广,以乘并,亩法而一。
各种面积的计算“以御田畴界域”为其主要用途,被掌管生产及统计的大司农、太史令等官府机构广泛应用于清丈统计土地。
第二章为粟米,主要涉及各种谷物粮食的比率和比例算法,开章以粟为基础而规定各种粮食兑换标准,继而给出四项比例运算法则,即所求数等于所有数乘以所求率除以所有率。
如第1题:今有粟一斗,欲为粝米。问得几何?答曰:为粝米六升。术曰:以粟求粝米,三之,五而一。粟米“以御交质交易”为主要用途,斡官、铁市、平准、太仓、郡国诸仓等流通消费类统计机构应用最多。
第三章为衰分,主要讲述以分配问题为中心的配分比例算法。开章就提出按比例分配的衰分之术:各置列衰,副并为法,以所分乘未并者各自为实,实如法而一,不满法者,以法命之。
如第5问:今有北乡算(西汉的人头税)八千七百五十八,西乡算七千二百三十六,南乡算八千三百五十六。凡三乡,发徭三百七十八人。欲以算数多少衰出之,问各几何?衰分“以御贵贱禀税”为“衰征相地衰政虑财”之用,常被少府大司农等管理分配机构用作预算统计的手段。
第四章为少广,给出了已知矩形面积求边长,已知立方体体积或表面积求边长等问题的实用解法。值得一提的是本章给出的开平方、开立方之法乃举世首创。
如第12问:今有积五万五千二百二十五步,问为方几何?少广“以御积幂方圆”,在生产领域被籍田、少府、大司农等部门广泛应用。
第五章为商功,主要是建筑水利土石工程的计算统计和各种立体体积的计算统计,包括长方体、方堢壔、堑堵、阳马、鳖臑、城、渠、堑、棱锥、圆柱、圆台、圆锥、方亭等在各类工程及生产生活中所遇到的体积计算统计问题。
如第24问:今有委菽依垣(靠墙壁堆放大豆),下周三丈,高七尺。问积及为菽各几何?商功“以御功程积实”,其计算方法公式,在生产工程领域被水衡都尉、太仓、将作大匠等机构作为工程量、劳动量、实物量计算统计的有力工具。
第六章为均输,均输有分摊及运输之意,该章以合理摊派赋税和合理分配赋役的配分比例计算统计为主,自汉武帝太初元年(公元前104年)以后施行。虽计算方法较为复杂,但为朝廷大司农、少府等管理部门计算统计赋税徭役提供了具体运算指南,起到了“以御远近劳费”之用。
如第1问:今有均输粟:甲县一万户,行道八日;乙县九千五百户,行道十日;丙县一万二千三百五十户,行道十三日;丁县一万二千二百户,行道二十日,各到输所。凡四县赋,当输二十五万斛,用车一万乘。欲以道里远近,户数多少,衰出之。问粟、车各几何?
对此类问题的正确解决,不但涉及公允,还是统计劳绩、合理筹划安排预算的基础。第七、八、九章在各个领域和众多机构均有其具体应用场合,但在统计计量方面牵扯略少一些,此不再赘述。
《九章算术》蕴含的统计思想方法
在《九章算术》涉及问题的求解中,基本对象都与社会经济问题有关,以土地、粮食、赋税、徭役、货币、交易为主要计算范围,表现出经济统计的范式,在题设和解法中蕴含着丰富的统计思想和统计理念,对中国古代统计的完善和发展起到了积极的促进作用。
以下是其中统计思想的一些具体体现。
相对指标。
相对指标是指两个相互联系的指标数值的比率,使原本不能直接对比的现象变为可比,是许多指标的制定、检查、统计、考核与分析都要利用的重要经济管理工具。在《九章算术》中有多处涉及。如粟米章一开始就列出了20种粮食的相对比例关系,反映了以物易物时代物品交换统计的相对指标概念。
如均输第6问:今有人当禀粟二斛。仓无粟,欲与米一、菽二,以当所禀粟。问各几何?
统计离差。
统计离差是计量统计数据离散程度的重要指标,其平均值常被看作基本的变异指标。在《九章算术》中就出现了极差计算的问题。
如方田第15问:今有三分之一,三分之二,四分之三。问减多益少,各几何而平?求解是在计算离差的基础上作出的。
加权平均。
平均指标是统计中最常用的描述性指标之一,被广泛应用于社会经济生活的计量统计中。加权平均是平均指标的重要形式,适应场合随处可见。
如衰分第1问:今有大夫、不更、簪裹、上造、公士,凡五人,共猎得五鹿。欲以爵次分之,问各得几何?此问就是以爵位为权数,在加权平均的基础上进行解答。
统计推断。
统计推断是指利用样本数据来推断总体特征的统计方法,在《九章算术》中虽没有明确提到样本的概念,但根据已知信息对同类问题进行估计与推断的方法在其中多次出现,应用甚广。
如衰分第11问:今有丝一斤,价值三百四十五。今有丝七两一十二铢,问得钱几何?类似地由小地块产量推求大地块产量,有少钱利息推出多钱利息,由易测量的高(深)度推出无法测量的山陵(矿井)的高(深)度等,均表现出明显的统计推断思想,如衰分第17、18问,勾股第23、24问等。
统计分组。
统计分组是根据所研究事物的特点和目的,把统计全体对象按照某一标志进行类别划分的一种统计方法。在《九章算术》中多次出现,如将禾分为“白禾、青禾、黄禾、黑禾”四种,将马分为“武马、中马、下马”三等,将丝分为“络丝、练丝、青丝”三类,将爵位按“大夫、不更、簪裹、上造、公士”等分级,工程土石按“松土、坚土、挖坑”分类,仕人有“令、吏、从”三者等等,均清晰地体现出对研究事物进行分组分类的特征。
线性分析。
线性分析是相关数量之间一般关系的统计测定,当数量之间表现为线性关系时称为线性分析。《九章算术》中普遍认为事物之间的关系是线性的,于是通过构造线性方程(组)来对问题进行求解。
如均输第17问:今有金箠,长五尺。斩本一尺,重四斤。斩末一尺,重二斤。问次一尺各重几何?就是典型线性问题的体现。
时间数列。
时间数列是指将反映社会经济现象变动的指标数值,按时间的先后顺序排列形成的统计数列。不但是社会经济现象发展状况和结果的直接反映,还是计算动态指标进行动态分析的基础,能反映出事物现象的变化趋势和发展规律。
结语
中国古代统计是中国灿烂文明不可或缺的重要组成部分,其数学渊源历久弥新。被历代数学家尊为“算经之首”的《九章算术》,因其鲜明的代数化、算法化、机械化、离散化等特征被广泛应用于社会生产生活的几乎所有统计计量方面,更是被国家机器用来收集计量统计数据的工具性典范。
春秋至秦汉时期我国无论在统计制度、方法、思想等方面均领先于世界水平,其统计标准、计量手段、核算技能、分析方法更是绝无仅有,没有掌握算法技能的统计官吏便没有中国古代统计成就。
同时,社会现实问题的计量统计也为古代中国数学的发展提供了契机,两者可谓相得益彰。
以《九章算术》为代表的中国古代数学和中国古代统计,是古代中国乃至东方世界的两朵绚丽文明之花,彰显着我国文化自信的时代特征。