A helyzetszámrendszer ( pozíciós, helyi számozás ) olyan számrendszer , amelyben a számbejegyzésben szereplő egyes számjegyek ( számjegyek ) értéke a tizedeselválasztóhoz viszonyított helyzetétől ( számjegyétől ) függ . A pozíciórendszerek másokhoz képest lehetővé teszik az aritmetikai műveletek végrehajtásának algoritmusainak jelentős egyszerűsítését és a számítások felgyorsítását. Létrehozásuk és terjesztésük nagy szerepet játszott az egzakt tudományok – matematika , csillagászat és fizika – fejlődésében .
Számrendszerek a kultúrában | |
---|---|
indoarab | |
Arab tamil burmai |
khmer laoszi mongol thai |
kelet Ázsiai | |
Kínai japán Suzhou koreai |
Vietnami számlálóbotok |
Betűrendes | |
Abjadia örmény Aryabhata cirill görög |
Grúz etióp zsidó Akshara Sankhya |
Egyéb | |
Babiloni egyiptomi etruszk római dunai |
Padlás Kipu Maja Égei KPPU szimbólumok |
helyzeti | |
2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 8 , 10 , 12 , 16 , 20 , 60 | |
Nega-pozíciós | |
szimmetrikus | |
vegyes rendszerek | |
Fibonacci | |
nem pozíciós | |
Egyes szám (egyetlen) |
Történelmileg a számok helyi jelentésén alapuló helyszámozás első találmánya a suméroknak és babiloniaknak tulajdonítható . Az eurázsiai civilizációktól függetlenül a vigesimális helyzetszámrendszert a maja indiánok találták fel . Egy későbbi időszakban egy ilyen számozást a hinduk fejlesztettek ki, és felbecsülhetetlen következményekkel járt a civilizáció történetében . Ezek a rendszerek magukban foglalják a decimális számrendszert , amelynek kialakulása az ujjakon való számoláshoz kapcsolódik . A középkori Európában olasz kereskedők révén jelent meg, akik viszont az araboktól kölcsönözték.
A helyzetszámrendszert egy egész szám határozza meg , amelyet a számrendszer alapjának nevezünk . A bázissal rendelkező számrendszert -ary - nek is nevezik (különösen bináris , háromtagú , decimális stb.).
Egy előjel nélküli egész szám az -áris számrendszerben az [1] szám hatványainak véges lineáris kombinációjaként jelenik meg :
, ahol az egész számok, az úgynevezett számjegyek , amelyek kielégítik az egyenlőtlenségetEgy ilyen ábrázolásban minden alapelemet számjegynek ( pozíció ) nevezünk , a számjegyek és a hozzájuk tartozó számjegyek szeniorságát a számjegy (pozíció) száma (a kitevő értéke) határozza meg.
Az -ary számrendszerben lévő pozíciók segítségével egész számokat írhatunk a -tól ig terjedő tartományba , azaz. mind különböző számok.
Ha nincsenek eltérések (például ha az összes számjegy egyedi írott karakterek formájában van megadva), a szám a -ár számjegyeinek sorozataként kerül kiírásra, a számjegyek elsőbbségének csökkenő sorrendjében balról jobbra [1 ] :
A nullától eltérő számokban a kezdő nullákat általában kihagyják.
Számok írása olyan számrendszerben, amelynek alapja legfeljebb 36 lehet, arab számok (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), majd a latin ábécé betűi (a , b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p, q, r, s, t, u, v, w, x, y, z ). Ebben az esetben a = 10, b = 11 stb., néha x = 10.
Ha egyszerre több számrendszerrel dolgozunk, ezek megkülönböztetésére a rendszer alapját általában alsó indexként tüntetik fel, amelyet decimális rendszerben írnak:
a 123-as szám decimális jelöléssel ; - ugyanaz a szám az oktális számrendszerben ; - ugyanaz a szám, de bináris rendszerben ; - ugyanaz a szám, de decimális számrendszerben , decimális számjegyek bináris kódolásával ( BCD ); - ugyanaz a szám, de aszimmetrikus hármas számrendszerben ; - ugyanaz a szám, de a szimmetrikus hármas számrendszerben az "i", "7", "2" és "-" jelek "-1", az "1" és "+" jelek "+1"-et jelölnek. .Egyes speciális területeken speciális szabályok vonatkoznak az alap meghatározására. Például a programozásban a hexadecimális rendszert a következőkkel jelöljük:
A C nyelv egyes dialektusaiban a "0x"-hez hasonlóan a "0b" előtagot használják a bináris számok jelölésére (a "0b" jelölést nem tartalmazza az ANSI C szabvány ).
Az orosz számlákban a számok decimális exponenciális helyzeti számrendszerben történő írásához a decimális számjegyek unáris decimális rögzítési (ábrázolási) rendszerét használják, és minden számjegyhez egy többlet unáris decimális számjegy "1111111111" = 10_10 .
A helyzetszámrendszernek számos tulajdonsága van:
A digitális technológiában az alapszámrendszert regiszterek valósítják meg , amelyek flip- flop -készletekből állnak, amelyek mindegyike különböző állapotokat vehet fel, amelyek egy szám számjegyeit kódolják. Ugyanakkor különösen fontos a számrendszer gazdaságossága - az a képesség, hogy a lehető legtöbb számot a lehető legkevesebb karakterszámmal ábrázolják. [1] Ha a triggerek száma , akkor a karakterek teljes száma , az általuk képviselt számok száma pedig . A függvény függvényében ez a kifejezés egyenlő e = 2,718281828… számmal éri el a maximumot . [3] Egész értékek esetén a maximumot eléri . Így a leggazdaságosabb a hármas számrendszer (a hármas számítógépekben használatos ), ezt követi a kettes számrendszer (a legtöbb elterjedt számítógépben hagyományosan használt) és a negyedes számrendszer.
Számítógépes felhasználása szempontjából fontos körülmény a számrendszer hatékonysága. Ezért, bár a bináris helyett hármas rendszer használata számítógépben bizonyos tervezési nehézségekkel jár (ebben az esetben olyan elemeket kell használni, amelyek mindegyike nem két, hanem három stabil állapotú lehet), ez a rendszer már használták [4] néhány valós számítástechnikai eszközben. [egy]S. V. Fomin
A számrendszer gazdaságosságának ekvivalens leírása az információs entrópia fogalmával érhető el . Az egyes számjegyek számrekordban való megjelenésének kiegyenlítődésének feltétele mellett a b bázisú számrendszerben egy n bites szám rekordjának információs entrópiája értéket vesz fel (állandó együtthatóig ). Ezért a b bázisú számrendszerben a számok rögzítési sűrűsége (vagyis a bitenkénti információ mennyisége) egyenlő -vel , ami szintén maximális értéket vesz fel b = e esetén, és b egész érték esetén - b = 3 -nál .
Ha egy egész szám az -áris számrendszerben egyenlő
majd a decimális rendszerre konvertáláshoz a következő összeget számítjuk ki : [5]
vagy Horner diagramjaként :
Például:
Hasonló műveletek történnek a tört résznél is:
Megjegyzés . Néha egy tört racionális szám tizedes rendszerből történő fordításakor ilyen algoritmusok segítségével végtelen periodikus törtet kaphatunk: például . A periódus megtalálásához végre kell hajtania az első bekezdésben leírt iterációkat, és meg kell értenie, hogy ugyanaz a törtrész található-e, mint több iterációval ezelőtt [7] . (A különböző számrendszerek szabályos törtjeit alább írjuk .)
PéldákKonvertáljuk binárisra:
44 osztva 2-vel. hányados 22, maradék 0 22 osztva 2-vel. hányados 11, maradék 0 11 osztva 2-vel. hányados 5, maradék 1 5 osztva 2-vel. 2. hányados, maradék 1 2 osztva 2-vel. hányados 1, maradék 0 1 osztva 2-vel. 0 hányados, maradék 1A hányados nulla – az osztásnak vége. Most az összes maradékot alulról felfelé írva megkapjuk a számot
A tört rész esetében az algoritmus így néz ki:
Szorozzuk meg 0,625-öt 2-vel. A tört rész 0,250. egész rész 1. Szorozzuk meg 0,250-et 2-vel. A tört rész 0,500. Egész 0. rész. Szorozzuk meg 0,500-at 2-vel. A tört rész 0,000. egész rész 1.Ily módon
Az ilyen típusú műveletekhez létezik egy egyszerűsített algoritmus. [nyolc]
Egész részNyolctális esetén a lefordított számot 2 hatványával egyenlő számjegyekre osztjuk (a 2-t arra a hatványra emeljük, amely szükséges ahhoz, hogy megkapjuk annak a rendszernek az alapját, amelybe fordítani szeretnénk (2³ \u003d 8). ebben az esetben 3, azaz triádok). Alakítsuk át a triádokat a triádok táblázata szerint:
000 - 0; 100-4; 001 - 1; 101-5; 010 - 2; 110-6; 011 - 3; 111-7.Hexadecimális esetén a lefordított számot 2 hatványával egyenlő számú számjegyre osztjuk (a 2-t arra a hatványra emeljük, amely szükséges ahhoz, hogy megkapjuk a lefordítani kívánt rendszer alapját (2 4 \u003d 16), ebben az esetben 4, azaz tetrad). Alakítsuk át a tetradokat a tetradok táblázata szerint:
0000 - 0; 0100 - 4; 1000 - 8; 1100 °C; 0001 - 1; 0101 - 5; 1001 - 9; 1101 - D; 0010 - 2; 0110 - 6; 1010 - A; 1110 - E; 0011 - 3; 0111 - 7; 1011 - B; 1111-F.Példa:
konvertálás 101100 2 oktális - 101 100 → 54 8 hexadecimális - 0010 1100 → 2C 16 TörtrészA törtrész átalakítása kettes számrendszerből a 8-as és 16-os alapú számrendszerekbe pontosan ugyanúgy történik, mint a szám egész részeinél, azzal az egyetlen kivétellel, hogy az oktávokra és tetradokra való bontás a tizedesvesszőtől jobbra, a hiányzó számjegyeket jobbra nullákkal töltjük ki. Például a fent tárgyalt 1100.011 2 szám így nézne ki: 14.3 8 vagy C.6 16 .
Az ilyen típusú műveletekhez létezik egy egyszerűsített algoritmus is, a fenti algoritmus fordítottja.
Nyolctális esetén a táblázat szerint hármasokra konvertáljuk:
0 000 4 100 1001 5101 2010 6 110 3011 7111Hexadecimális esetén a táblázat szerint konvertáljuk kvartettekre:
0 0000 4 0100 8 1000 C 1100 1 0001 5 0101 9 1001 D 1101 2 0010 6 0110 A 1010 E 1110 3 0011 7 0111 B 1011 F 1111Példa:
átalakítani 54 8 → 101 100 2 2C 16 → 0010 1100 2A racionális számokat az -áris számrendszerben a szám hatványainak lineáris kombinációjaként (általában végtelen) ábrázoljuk :
ahol - az egész rész számjegyei ( elválasztó előtt ), - a tört rész számjegyei (az elválasztó után), - az egész rész számjegyeinek száma.
Csak azok a racionális számok, amelyek , ahol és formában ábrázolhatók, egész számok, vagyis azok, amelyek véges számú iterációban az alappal megszorozva egész számot kaphatnak, rendelkezhetnek véges jelöléssel a -áris számrendszerben :
ahol és azok -ár bejegyzései a -val való osztás hányadosának és maradékának .
Az alakban nem ábrázolható racionális számokat periodikus törtként írjuk fel .
A szimmetrikus (kiegyensúlyozott, előjeles számjegyű) alapszámrendszerek abban különböznek egymástól, hogy nem a halmazból, hanem abból a halmazból használnak számokat , ahol durván fogalmazva az összes szám nullához képest „visszaverődik”. Ahhoz, hogy a számok egész számok legyenek, páratlannak kell lennie. A szimmetrikus számrendszerekben a szám előjeléhez nincs szükség további jelölésekre. [9] Ezenkívül a szimmetrikus rendszerekben végzett számítások kényelmesek, mivel nincs szükség speciális kerekítési szabályokra – a legközelebbi egész számra történő kerekítés a plusz bitek egyszerű eldobására csökken, ami jelentősen csökkenti a számítások szisztematikus hibáit.
A leggyakrabban használt szimmetrikus háromtagú számrendszer . A hármas logikában használatos, és technikailag a Setun számítógépben valósították meg .
Léteznek negatív bázisú pozíciórendszerek, amelyeket nem pozicionálisnak neveznek :
Néha a nem egész alapú helyzetszámrendszereket is figyelembe veszik: racionális , irracionális , transzcendentális .
Példák az ilyen számrendszerekre:
A helyzetszámrendszerek alapjai lehetnek összetett [11] [12] számok is. Ugyanakkor a bennük lévő számok valamilyen véges halmazból vesznek értékeket, amelyek kielégítik azokat a feltételeket, amelyek lehetővé teszik számtani műveletek közvetlen végrehajtását a számok ábrázolásával ezekben a számrendszerekben.
Különösen az összetett bázisú helyzetszámrendszerek között lehet megkülönböztetni a binárisokat, amelyekben csak két számjegy, 0 és 1 használatos.
PéldákEzután a helyzetszámrendszert a következő formában írjuk fel , ahol a számrendszer alapja, A pedig a számjegyek halmaza. Az A halmaz így nézhet ki:
Példák összetett bázisú számrendszerekre (a továbbiakban j - imaginárius egység ):
A bináris helyzetszámrendszerek alapjai és a 2, -2 és -1 számok ábrázolásai a következők:
Az exponenciális számrendszerek az exponenciális függő helyzetű számrendszerek speciális esetei . Az exponenciális függőség helyett más függőségek is létezhetnek. Például a hiperoperátor pozíciószámrendszere
lehetővé teszi nagyobb számtartományok írását azonos számú karakterrel.
![]() |
---|