中国古代的运筹学案例(2)

2020-04-16 10:40

6. 贾思勰与《齐民要术》

贾思勰,北魏时期的科学家,益都(在山东寿光南)人,祖、父两代都善于经营,有着丰富的劳动经验,并都非常重视农业技术方面的学习和研究. 贾思勰从小在田园长大,对很多农作物都非常熟悉,他还跟着

父亲身体力行参加各种农业劳动,学习掌握了大量农业科技. 他家里拥有大量藏书,这使他从小就有机会博览群书,从中汲取各方面的知识,也为他以后编撰《齐民要术》打下了基础. 大约在北魏永熙二年(533年)到东魏武定二年(554年)期间,他将自己积累的许多古书上的农业技术资料、询问老农获得的丰富经验以及他自己的亲身实践,加以分析、整理、总结,写成农业科学技术巨著《齐民要术》.

《齐民要术》一书,不仅是我国古代农业科学一部杰出的学术著作,也是一部蕴含丰富运筹思想的宝贵文献,它记载了我国古代农民如何根据天时、地利和生产条件去合理筹划农事的经验. 其中所提出的不同作物的播种时间和各种作物茬口安排上的先后关系,可以说是现代运筹学中二阶段决策问题的雏型.

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7. 丁渭修皇宫[6]

图1.1 丁渭修皇宫引水示意图[7]

宋真宗大中祥符年间(1008—1017),都城开封里的皇宫失火,需要重建. 右谏议大夫、权三司使丁渭受命负责限期重新营造皇宫. 建造皇宫需要很多土,丁渭考虑到从营建工地到

城外取土的地方距离太远,费工费力,于是下令将城中街道挖开取土,节省了不少工时. 挖了不久,街道便成了大沟. 丁渭又命人挖开官堤,引汴河水进入大沟之中,然后调来各地的竹筏、木船经这条大沟运送建造皇宫所用的各种物材,十分便利(见图1. 1). 等到皇宫营建完毕,丁渭命人将大沟

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中的水排尽,再将拆掉废旧皇宫以及营建新皇宫所丢弃的砖头瓦砾添入大沟中,大沟又变成了平地,重新成为街道. 这样,丁渭一举三得,挖土、运送物材、处理废弃瓦砾等三件工程一蹴而成,节省的工费数以亿万计.

这是我国古代大规模工程施工组织方面运筹思想的典型例子.

8. 沈括运粮[6]

沈括(1031—1095), 北宋时期大科学家、军事家. 在率兵抗击西夏侵扰的征途中,曾经从行军中各类人员可以背负粮食的基本数据出发,分析计算了后勤人员与

作战兵士在不同行军天数中的不同比例关系,同时也分析计算了用各种牲畜运粮与人力运粮之间的利弊,最后做出了从敌国就地征粮,保障前方供应的重要决策,从而减少了后勤人员的比例,增强了前方作战的兵力.

当时沈括的分析计算过程译意如下:凡是行军作战,如何从敌方取得粮食,是最急迫的事情. 自己运粮不仅耗费大,而且 沈括

势必难以远行. 我曾经作过计算:

假设一个民夫可以背六斗米,士兵自带五天的干粮. 如果一个民夫供应一个士兵,单程只能进军十八天(六

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斗米,每人每天吃两升米,两人吃十八天). 若要计回程的话,只能进军九天.

如果两个民夫供应一个士兵,单程可进军二十六天(两个民夫背一石二斗米,三个人每天要吃六升米. 八天以后,其中一个民夫背的米已经吃光,给他六天的口粮让他先返回,以后的十八天,两人每天吃四升米).若要计回程的话,只能前进十三天的路程(前八天每天吃六升,后五天及回程每天吃四升米,能够进军十三天).

如果三个民夫供应一个士兵,单程可进军三十一天(三人背米一石八斗,前六天半四个人,每天吃八升米,遣返一个民夫,给他四天口粮. 中间的七天三个人同吃,每天吃六升米,再遣返一个民夫,给他九天口粮;最后的十八天两人吃,每天四升米).如果要计回程的话,只可以前进十六天的路程(开始六天半每天吃八升米,中间七天,每天吃六升米,最后两天半以及十六天回程每天吃四升米).

三个民夫供应一个士兵,已经到极限了.如果要出动十万军队,辎重占去三分之一兵源,能够上阵打仗的士兵不足七万人.这就要用三十万民夫运粮,再要扩大规模很困难了.每人背六斗米的数量也是根据民夫的总数平均来说的. 因为其中的队长不背,伙夫减半,他们所减少的要摊在众人头上.

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士兵干粮相当于十升米,连同民夫背的米共有七十升,每天吃四升米,实际上只能维持十七天半. 十八天是以整数来说的. 以下计算类同.

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更何况还会有患病和死亡的人,他们所背的米又要由众人分担.所以军队中不容许饮食无度,如果有一个人暴食,两三个人供应他还不够.

如果用牲畜运输,骆驼可以驮三石,马或骡可以驮一石五斗,驴子可以驮一石.与人工相比,虽然能驮得多,花费也少,但如果不能及时放牧或喂食,牲口就会瘦弱而死.一头牲口死了,只能连它驮的粮食也一同丢弃.所以与人工相比,实际上是利害相当.

这种军事后勤问题的分析计算是具有现代意义的运筹思想的范例.

9. 高超治河[6]

高超,宋朝人,河工. 宋仁宗庆历年间(1041—1048)黄河在北都(今太原)商胡地区决口,很长时间都没有堵上决口. 朝廷派三司度支副使(官职名)郭申锡亲自前往监督工程进行. 凡是堵决口将要合拢的时候,都要在决口中间压上一埽(用树枝、芦苇、石头等捆紧做成圆柱形),叫做“合龙门”,这是成败的关键. 当时好几次压埽都合不上. 那时合龙门用的埽长六十步(步,古代的长度计量单位).有个叫做高超的水工献策说:埽身太长,人力压不住,埽到达不了水底,所以水流不断. 应当把六十步的埽身分为三节,每节长二十步,中间用绳索连起来. 先放下第一节,等它到了水底,再压第

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二节、第三节. 老河工和他争论,认为不可行,说:“二十步的埽不能阻断水流,白白使用三节埽,浪费好几倍成本,而决口依然堵不上”.高超对他说:“第一节河水确实没有被阻断,但是水势必然被削弱一半. 压第二节时只用一半的力气,水就算没有被阻断,也不过是很少往外漏出. 第三节就是在平地上施工,足以能够让人使出全部力气. 压完第三节以后,上两节自来就被浊泥淤积,不用再麻烦人力来加固它们了.” 郭申锡遵照从前的方法,不采纳高超的建议.当时魏公(爵位名)贾将军镇守北门(地名),只有他认为高超的话是对的,暗地派遣几千人在下游收集漂下来的埽. 而上游的埽压上以后,果然被水冲走了,黄河的决口更加大,郭申锡因此被贬官. 最后还是采用了高超的建议,才堵上了商胡地区的决口.

这种分阶段作业优于一次作业的分析与论证,是运筹思想的典型范例.

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