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二進位制


基數為 2 的計數方法,其中僅使用數字 0 和 1。在這個基數中,數字 1011 等於 1·2^0+1·2^1+0·2^2+1·2^3=11。這種基數在計算機中使用,因為所有數字都可以簡單地表示為一系列電脈衝的開和關。在計算機術語中,一個二進位制數字稱為,兩個數字稱為crumb,四個數字稱為半位元組,八個數字稱為位元組

整數 n 可以在 Wolfram 語言中使用以下命令以二進位制表示BaseForm[n, 2],實數 x 的前 d 位數字可以使用以下命令以二進位制獲得RealDigits[x, 2, d]。最後,二進位制數字列表 l 可以使用以下命令轉換為十進位制有理數或整數FromDigits[l, 2]。

Binary

上面的圖示以圖形方式顯示了從 0 到 63 的二進位制數(Wolfram 2002,第 117 頁),下表給出了前幾個十進位制數的二進位制等效值。

111110112110101
2101211002210110
3111311012310111
41001411102411000
51011511112511001
611016100002611010
711117100012711011
8100018100102811100
9100119100112911101
10101020101003011110

-n 最常使用n-1 的補碼以二進位制表示,因此 -11=00001011_2 將被寫成 10=00001010_2 的補碼,即 11110101。這允許使用通常的進位進行加法運算,並丟棄最左邊的數字,因此 17-11=6 給出

 00010001   17 
11110101__  -11__ 
00000110   6.

給定二進位制數 b_n...b_2b_1b_0 能被 2 整除的次數 k 由從右邊數起的第一個 b_k=1 的位置給出。例如,12=1100 可以被 2 整除兩次,而 13=1101 被 2 整除零次。1, 2, ... 被 2 整除的次數分別是 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, ... (OEIS A007814),這是二進位制進位序列

實數也可以使用二進位制表示法來表示,方法是將“小數點”後的數字解釋為 2 的負冪,因此二進位制數字 ...b_2b_1b_0.b_(-1)b_(-2)... 將表示數字

 ...+b_2·2^2+b_1·2^1+b_0·2^0+b_(-1)·2^(-1)+b_(-2)·2^(-2)+....

因此,1/2 將表示為 0.1_2,1/4 表示為 0.01_2,3/4 表示為 0.11_2,等等。整數 n=0, 1, ... 的二進位制數字序列連線在一起並解釋為二進位制常數,得到二進位制 Champernowne 常數 C=0.11011100..._2 (OEIS A030190)。

不幸的是,二進位制數在計算機中的儲存並非完全標準化。由於計算機以 8- 位元組(其中是單個二進位制數字)儲存資訊,因此根據機器的“字長”,需要超過 8 的數字必須儲存在多個位元組中。通常的FORTRAN77整型大小為 4 個位元組長。但是,在 VAX 中表示為 (byte1 byte2 byte3 byte4) 的數字在 Sun 上將被讀取和解釋為 (byte4 byte3 byte2 byte1)。對於浮點(實數)數字,情況甚至更糟,它們以二進位制形式表示為尾數特徵值,對於長(8 位元組)實數而言則更糟!

單位位元數字(0 或 1)的二進位制乘法等同於“”運算,如下面的乘法表所示。

×01
000
101
BinarySums

考慮所有直到 1, 2, ..., n 的二進位制數的累積數字和。前幾個項是 1, 2, 4, 5, 7, 9, 12, 13, 15, 17, 20, 22, ... (OEIS A000788)。這個序列是單調遞增的(左圖),但如果移除主要漸近項,則會得到趨向於 Blancmange 函式的一系列駝峰曲線(右圖;Trott 2004,第 218 頁)。


另請參閱

基數, 二進位制進位序列, , 布朗芒什函式, 位元組, Champernowne 常數, Crumb, 十進位制, 位數計數, 荷魯斯之眼分數, 階乘, 十六進位制, Moser-de Bruijn 序列, 負二進位制, 半位元組, 八進位制, 四進位制, Rudin-Shapiro 序列, 俄式乘法, Stolarsky-Harborth 常數, 三進位制 在 課堂中探索此主題

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參考文獻

Graham, R. L.; Knuth, D. E.; and Patashnik, O. "Factorial Factors." §4.4 in Concrete Mathematics: A Foundation for Computer Science, 2nd ed. Reading, MA: Addison-Wesley, pp. 111-115, 1994.Heath, F. G. "Origin of the Binary Code." Sci. Amer. 227, 76-83, Aug. 1972.Lauwerier, H. Fractals: Endlessly Repeated Geometric Figures. Princeton, NJ: Princeton University Press, pp. 6-9, 1991.Pappas, T. "Computers, Counting, & Electricity." The Joy of Mathematics. San Carlos, CA: Wide World Publ./Tetra, pp. 24-25, 1989.Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Error, Accuracy, and Stability" and "Diagnosing Machine Parameters." §1.2 and §20.1 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 18-21, 276, and 881-886, 1992.Sloane, N. J. A. Sequences A000788/M0964, A007814, and A030190 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Trott, M. The Mathematica GuideBook for Programming. New York: Springer-Verlag, 2004. http://www.mathematicaguidebooks.org/.Wells, D. The Penguin Dictionary of Curious and Interesting Numbers. Middlesex, England: Penguin Books, pp. 42-44, 1986.Wolfram, S. A New Kind of Science. Champaign, IL: Wolfram Media, p. 117, 2002.

在 中被引用

二進位制

請引用為

Weisstein, Eric W. “二進位制。” 來自 網路資源。 https://mathworld.tw/Binary.html

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