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常见数词及其来源
中文现有的数词单位可以主要可以根据来源分为两类:
此外还有一些不成体系的大数,如下:
大数领域内的表示方式则至少需要使用高德纳箭号(Knuth's up-arrow)法;这种表示方式也可以认为是『数词单位』的进一步扩展。在此之上还有葛立恒数,忙碌海狸数,拉约数等『用于挑战类大数』。
传统大数
根据我国东汉徐岳撰写的《数术记遗》,亿以上大数单位还有兆,京、垓、秭、壤、沟、涧、正、载。在之后的发展中,还引入了『极』。此外,受佛教影响,恒河沙、阿僧秪、那由他、不可思议、无量数也被纳入里大数系统中,但往往只在佛经中使用。
单位词头
在日常生活中,往往很少见到上述大数单位,更常见是国际制单位(SI)中的『单位词头』,比如我们套餐的流量(G,即吉);宽带的网速(M,即兆[2]);储存的容量(T,即太),它们均为『千为进』,依次如下表所示:
名称 | 词头 | 符号 | 10 的幂次 |
---|---|---|---|
昆 | quetta- | Q | 30 |
容 | ronna- | R | 27 |
尧 | yotta- | Y | 24 |
泽 | zetta- | Z | 21 |
艾 | exa- | E | 18 |
拍 | peta- | P | 15 |
太 | tera- | T | 12 |
吉 | giga- | G | 9 |
兆 | mega- | M | 6 |
千 | kilo- | k | 3 |
一 | 1- | 0 |
这也是为什么在家里上网时办的宽带,会说『百兆宽带』或者『千兆宽带』,这里的『兆』实际上就是国际制单位中的『mega』,表示的是Mbps的含义,而不是『万亿』。类似的案例还有声音频率中的『兆赫』。
国际单位词头中还有小数的表示方式,一般而言,我们实际上对这些更为熟悉:
名称 | 词头 | 符号 | 10 的幂次 |
---|---|---|---|
一 | 1- | 0 | |
毫 | milli- | m | -3 |
微 | micro- | µ | -6 |
纳 | nano- | n | -9 |
皮 | pico- | p | -12 |
飞 | femto- | f | -15 |
阿 | atto- | a | -18 |
仄 | zepto- | z | -21 |
幺 | yocto- | y | -24 |
柔 | ronto- | r | -27 |
亏 | quecto- | q | -30 |
兆的争议——上中下三数法
在常见数词中,我们实际上提到了两个『兆』,分别表示『万亿』和『百万』。如果我们去查《新华字典》的话,会发现『兆』现在的作为数词的本义就是『百万』,古义才是『万亿』。
那么,『兆』为什么同时有『百万』和『万亿』的含义呢?
这实际上是我国古代『上中下三数法』——即不同大数单位之间的进位方式的不同的结果。
具体来说,下数法以『十为进』,即『十万为亿,十亿为兆』,所以有『百万为兆』;中数法以『万万万进』,即『万万为亿,万万亿为兆』;上数法以『数尽进位』,即『万万为亿,亿亿为兆』。具体的如下表所示:
数词\数法 | 下数 | 中数 | 上数 |
---|---|---|---|
万 | - | - | - |
亿 | = 十万 | = 万万 | =万万 |
兆 | = 十亿 | = 万万亿 | =亿亿 |
京 | = 十兆 | = 万万兆 | =兆兆 |
垓 | = 十京 | = 万万京 | =京京 |
秭 | = 十垓 | = 万万垓 | =垓垓 |
壤 | = 十秭 | = 万万秭 | =秭秭 |
沟 | = 十壤 | = 万万壤 | =壤壤 |
涧 | = 十沟 | = 万万沟 | =沟沟 |
正 | = 十涧 | = 万万涧 | =涧涧 |
载 | = 十正 | = 万万正 | =正正 |
按照《新华字典》的标准来看,现代汉语中的『兆』使用的是下数的进位方式,和『个十百千』保持了一致;但在日常生活中涉及『百万』时,除了作为单位词头之外,基本上也不会使用『兆』。
选择『百万』作为『兆』的标准含义的愿意或许是与算盘的使用有关。古代的算盘以十进位,有些制作精量的算盘还会在中间的横梁上刻有对应的数词单位。
上图是中国珠算博物馆收藏的一把 49 档铭文榉木大算盘,据考证是清代官员周懋琦制作的。我们可以看到其中间的横梁处自左往右分别刻有:『载正涧溝壤,秭垓京兆亿』。
完整的内容自右向左分别是:『渺、埃、尘、纤、微、忽、丝、毫、厘、分、壹、十、百、千、万、亿、兆、京、陔、秭、壤、沟、涧、正、载[3]。』
不过实际上日常使用的算盘,比如武林外传里面秀才这样的帐房先生的,基本上也不存在这么多的装饰细节。
上上数法:高德纳箭号
上述『上中下三数法』其实可以根据运算方式分为两类:第一类是依靠乘法的『下数法』和『中数法』,二者本质上是一致的,都是乘以一个固定的进制,只不过进制不同;第二类是『数尽进位的上数法』,它本质上使用的平方,每引入一个新的单位,都是当前最大单位的平方。
古人的想象到持续到平方的地步,但我们可以进一步迭代上述的计数方式:我们可以把『平方』,放宽成幂次,并进一步迭代:
\begin{aligned}
a \uparrow b &= a^b \\
a\uparrow \uparrow b &= \underbrace{a\uparrow a\cdots\uparrow a}_{b 个\uparrow} = \underbrace{a^{a^{a^{.^.}}}}_{b 个\uparrow} \\
\Rightarrow \quad \quad&\\
a \uparrow^n b &= \left\{\begin{aligned} &1 && b =0 \\ &a^b &&n=1 \\ a\uparrow^{n-1}&(a \uparrow^n(b-1)) && \end{aligned}\right . \\
\\
\end{aligned} \\