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里耶秦简的时代错位与计算机科学中的堆栈: 热度 24 tangchangjie 2012-6-17 17:45; 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。 2002 年 6 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。相关博文我所认识的Adlman 系列；盗梦空间科普札记 , ；云计算漫谈趣味数据挖掘系列卷积，小波的科普直观解释安徽高考作文“梯子不用时横着放”的科科普版《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里耶古城秦代竹简的时代错位与计算机科学中的堆栈圈内焦点座谈：假日议购平板和手机新现象新话题，新困难新方案—带个WiFi去串门（唐常杰）其它系列博文的入口唐常杰博客主页科学博客主页; 个人分类: 科普札记|15497 次阅读|61 个评论

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