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里耶秦简的时代错位与计算机科学中的堆栈 精选

已有 16002 次阅读 2012-6-17 17:45 |个人分类:科普札记|系统分类:科普集锦| 古城, 出土文物, 里耶秦简, 古井, 时代错位

里耶秦简的时代错位与计算机科学中的堆栈(唐常杰)

昨天看了神九发射,为中国航天人的成功而高兴,搅动了童年时的飞天梦想,为了平息过度兴奋后的心情涟漪,继续寻相关节目,不期在央视纪录频道邂逅了考古纪录片《 发现之路:迷城(3)》,先看上天,后看掘地,有趣。这则短片报道了湘西里耶古城的秦简奇迹,提出了竹简出土序列的时代错位问题。仔细思考后,觉得似乎可用计算机科学中的堆栈原理来解释。

 

 里耶古城的秦简奇迹 短片中演绎了一个22个世纪前的在湘西龙山县里耶古城的突发事件。在那个大秦帝国之大厦将倾的年代,在一个月黑风高的夜晚,里耶古城的受到攻击(来自义军?楚国复辟势力?),城破之前, 官员们匆匆把大量档案,包括能长期保存的竹木简牍,抛进水井,22个世纪后,成为出淤泥而不朽的国宝。

20026月,因水利工程而做的抢救性发掘中,在里耶镇一号古水井中出土3万多枚秦简,相比全国历代积累的6000多枚秦简,堪称奇迹。这些竹简直接或间接地描述了秦朝统一中国后的军、政、经、文领域中,与草根百姓紧密联系的一些大小事件的细节。其中还有 22个世纪前的乘法口诀“六八四十八、七八五十六”等,反映了那时的数学教育水平。

“里耶秦简”现已成为百度和谷歌上的标准关键词,比“里耶古城的秦代竹简”更简洁更普及。

为里耶高兴,古镇就要发达了,凭这些老祖宗的遗产,毫无疑义,里耶将成长为一个著名的旅游点,说不定,这些题材会被编成一部宣传里耶的电视剧。

 

出土序列的时间错位 按照常识,在出土文物时,上新下旧,埋藏越深层的,年代越久。但是,在里耶古城“一号井”出土的第一枚简牍却是楚简,大量的秦简埋在楚简下面。出现了发掘层中上旧下新的错位,短片指出,这是迄今(即到制作短片时)尚未解决的悬疑(相关资料点击这里)。

 

先进后出”的存储结构 为了解释上述这个错位悬疑,需要通俗地解释计算机科学中的数据结构栈。简而言之,栈结构是一种“先进后出”的存储结构。其特色用英文描述,是First In ,Last Out ”,或简称为FILO

计算机科学中还有一种数据结构,“队列”,先进先出,模拟了日常生活中排队的规矩,先到者先享受服务;而这里要讲的堆栈,是反其道而行之。

 

幼儿园小朋友也会用栈结构 。幼儿园小朋友睡觉时,父母或老师会教他们这样放好衣服: 先脱的衣物放下面(外衣,外裤等),后脱的放上面(毛衣,毛裤等),无意中用了一种称为“栈结构” 的高技术。而脱衣过程相当于压栈操作过程(Push)。

穿衣时,依次从栈顶拿衣服穿,自然而然,实现了后脱的衣物先穿;借用栈结构原理,小孩子也能做到有条不紊,穿衣相当于的栈的弹出(pop)操作。

 

拆卸机械玩具时的先卸后装 。如果你不是专家而要想拆卸一个机械玩具、钟表或仪器,用一张纸记下拆卸的零件的次序、外形好位置,把零件妥善地、有序地放成序列(栈结构),装配时按照“后拆的先装”。就能有条不紊。

 

计算机科学中的堆与栈 感谢19楼的意见,与其说“幼儿园小朋友也会用栈结构”,不如说计算机科学家向“幼儿园小朋友”学习,向生活学习,从生活中吸取灵感,发明了栈结构。

(如果觉得下面一段的细节较难,不妨直接跳过这一段)。

有的书把栈结构又称为“堆栈”,是因为堆与栈比较相似,在具体的程序语言中,堆和栈还是有一些区别的。堆用于分配指针空间,而栈用于控制过程调用(参数、返回机制等),对栈空间的反复使用是用时间换取空间的重要编程技巧,还有若干差别,一言难尽。

下图演示了计算机科学中的栈结构操作,1-3图演示了压栈过程。第4图是从顶弹出3号数据。直观地表达了“先进后出”的特色。堆栈广泛地用于计算机编程中,例如递归控制、编译原理中的函数调用、括号配对、复杂表达式求值,以及计算的优先级处理,等等

计算理论中,有一种“带有栈的图灵机”,又称下推机( pushdown automata),用于在理论上处理“前后文无关语言CFL”(现有的程序语言都属于CFL)。笔者在科学网BBS群组上上载过计算理论PPT,其中3.2.2--3.2.3节有几十页对CFL和堆栈的解释和图示,包括堆栈在识别CFL中的作用,动作特点等等,在这里一言难尽,有多个下载地址,参见博文《共享计算理论PPT 》

 

 

 

 

 

里耶古城的大秦官员在档案管理中不自觉地用了栈结构技术。有下列猜想:

(1) 敌档为我所用 秦攻占里耶之前,里耶是楚城,自然有楚国的官府文书档案。秦军攻占里耶后,接管并改造了原来的楚国的官府,同时接管了敌方文书档案,作为治理地方的资源。

(2)平时怎么便捷怎么放 治理里耶的大秦官员用栈结构思想来管理档案,硬件可能是柜子,可能是地窖,也可能是简单堆放在地板上,软件就像今天的电脑输入法,采用了“高频先见”的技术,用得越频繁的(通常是越新的)放在越上面;用的越少的(通常是越旧的),放下面。是一种广义的栈结构技术,例如,不是一支竹简一个地址,而是一捆竹简或几捆竹简作为一个单位(给一个存储地址)来管理。

(3) 扔时怎么便捷怎么扔在那个月黑风高的夜晚,里耶城破之前,官员们把存储的档案抛进城内的水井。做了一次栈的大弹出运动。根据(2)的分析,年代比较新的,在栈结构的上层,拿起来方便,先抛,而沉积水井下层;而年代比较旧的,包括接管的楚国的简牍(根据是(1)),在栈结构的下层,后抛,结果沉积在水井上层。其慌乱和惊慌失措情景,在许多电视剧的兵败如山倒的情节中常常见到,时代虽不同,但在突发事件时的心理行为相似,是可以理解,可以猜测的。

 

   怎样验证上述猜想呢?不妨检查已经出土的3万多枚秦简,检查其出土次序,是否有下新而上旧的情况。如果是,解释了时代错位是由于那个月黑风高夜抛弃档案时图方便、抢速度的合理操作的自然结果。

 

   历史题,计算机方式做 教师常用生活实例解释概念。例如,用上面的“小孩脱衣”和“里耶竹简”例子给初学者解释栈概念,反过来,给一位已经理解堆栈结构的同行讨论“里耶竹简”时,只说一个字“栈!”,对方就心有灵犀一点通了。离开了这个背景而讲“里耶竹简“,可能有点“小题大做”,或“历史题,计算机方式做”,与其说是僭越,不如当成娱乐吧。

 

   不知是否会有考古专家看到这篇博文,这仅仅是是外行的班门弄斧,权当猜想,权当娱乐,考古专家可能会见笑了。

 

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共享计算理论PPT 》 其中,3.2.2--3.2.3节有几十页对CFL和堆栈的解释和图示

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