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埃拉托斯特尼筛法:从素数到雕塑 精选

已有 7940 次阅读 2013-5-7 09:10 |个人分类:谈数学|系统分类:生活其它| 雕塑, 素数, 埃拉托斯特尼筛法

作者:蒋迅


Source: WikiPedia

说到素数,最基本的算是一百以内的那些数了。这些数在数学竟赛中常常会被用到。比如说有这样一道题:“一百以内有多少在加2后仍然是素数的素数?”11和17就是这样的素数。如果对素数很熟悉的话,就能迅速得出答案。

那么,给定一个一百以内的数,如何迅速判断它是不是素数呢?

一个最简单的方发就是“埃拉托斯特尼筛法” (Sieve of Eratosthenes)。如上图所示,给出要筛数值的范围$n$,找出$\sqrt{n}$以内的素数$p_{1},p_{2},\dots,p_{k}$。先用2去筛,即把2留下,把2的倍数剔除掉;再用下一个素数,也就是3筛,把3留下,把3的倍数剔除掉;接下去用下一个素数5筛,把5留下,把5的倍数剔除掉;不断重复下去......。


Source: Algorithms and Data Structures

回到前面的问题,从上图我们很容易看出一百以内一共有6个素数在加2后仍然是素数。

现在换一个话题。前不久表哥来邮,说要到斯坦福大学参加培训一个星期。我在他培训结束后到校园去接他。正当我们刚启动了车要上路时,我随意地问他是否去了斯坦福的博物馆(Cantor Center for Visual Arts)。真没想到他竟然不知道这个地方。原来带队的人居然连这个地方都没有介绍,害得他一连一个星期在这里却没有看到里面的艺术珍品。于是我立即转车开到了博物馆前。遗憾的是,博物馆那天关门(星期一和星期二关门,其他日子免费开放)。


斯坦福校园内的钢雕:Sieve of Eratosthenes

尽管我们没能进入博物馆里,周围还是有很多雕塑值得一看,特别是在馆南的“罗丹雕塑园”(Rodin Sculpture Garde)里有很多罗丹的原作。爱好艺术的表哥立即开始大量地拍照。

博物馆的北边正在建楼,据说是博物馆的扩充(安得森画廊,Anderson Gallery)。那里唯一的一个的不锈钢雕塑引起了我们的注意。这个7米高的马自达红色的钢雕在绿树的衬托下显得格外耀眼。工字钢架子上可以清晰地看到硕大的铆钉,给人以工程建筑的感觉。其实,我已经见到多次了,也没看出它什么特殊的地方。

看到我一脸茫然的样子,表哥带我转了一个角度再叫我看,我立即看出,原来是一个“0”和一个“1”。我立即看出了门道:原来是男女之事。哈哈,这斯坦福大学也太不严素了!

不过,我又错了,其实这个艺术品的名字叫“埃拉托斯特尼筛法”(the Sieve of Eratosthenes),1999年建立,是马可·迪·苏维洛(Mark di Suvero)的作品。苏维洛于1933年在上海出生在一个意大利军人之家。1941年移居旧金山。是目前美国重量级的雕塑家之一,以巨型雕塑闻名。我眼前的这个作品被称为“埃拉托斯特尼筛法”似乎有些勉强,因为我实在看不出它与素数有什么关系,甚至可以说与数有关的也就是“0”和“1”。不过,我可能又错了。苏维洛在艺术上经常会把多种文化、多种读解融入到他的作品中,你必须围绕他的作品多转几圈才能体会到。可惜我当时连一圈都没有走一遍。

苏维洛的这个“埃拉托斯特尼筛法”反映了他对古代文明成就的兴趣和崇敬。埃拉托斯特尼 (Eratosthenes of Cyrene) 又译厄拉多塞、埃拉托色尼,是托勒密王朝的希腊数学家、地理学家、历史学家、诗人、天文学家。贡献主要是设计出经纬度系统,计算出地球的直径。寻找素数的筛法应该算是一个次要的成就。他最后是在失明后绝食而死,甚为可惜。因为这个作品是摆设在斯坦福这样一所大学校园里,所以用这样一个古代数学算法来命名就显得特别恰当。注意雕塑中的“0”和“1”是处在一种互动的形态上,也许作者就是想用这个形态来表现筛选的动态过程?如果站在作品之下抬头看,你也可以看到经纬结构:两个互成90度角的四分之一圆弧。不过,我们也可以有不同的解读。也许,作者真的要表现生物繁衍的信息?我想斯坦福大学生物学的师生们一定不反对人们的这种解读。而多种解读一定是苏维洛的初衷。这样一想,我对自己一开始的理解就释怀了。

有意思的是,苏维洛的这个作品是献给著名比较法学家,美国斯坦福大学斯韦策荣休讲座教授及艺术系荣休教授约翰·梅利曼(John Merryman)的,为的是表彰他对艺术和文化财产法的贡献。于是,我们看到,这个作品竟然融汇了数学、地理、历史、法律、工程(及生物)等多方面的内容。我想这样的结果是没有人能一看就能看到的。这正是重量级雕塑家重量所在。

每次到斯坦福大学都会有所收获。这次去欣赏了苏维洛的“埃拉托斯特尼筛法”,特地写下来,与表哥分享。





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