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二进制


基数为 2 的计数方法,其中仅使用数字 0 和 1。在这个基数中,数字 1011 等于 1·2^0+1·2^1+0·2^2+1·2^3=11。这种基数在计算机中使用,因为所有数字都可以简单地表示为一系列电脉冲的开和关。在计算机术语中,一个二进制数字称为,两个数字称为crumb,四个数字称为半字节,八个数字称为字节

整数 n 可以在 Wolfram 语言中使用以下命令以二进制表示BaseForm[n, 2],实数 x 的前 d 位数字可以使用以下命令以二进制获得RealDigits[x, 2, d]。最后,二进制数字列表 l 可以使用以下命令转换为十进制有理数或整数FromDigits[l, 2]。

Binary

上面的图示以图形方式显示了从 0 到 63 的二进制数(Wolfram 2002,第 117 页),下表给出了前几个十进制数的二进制等效值。

111110112110101
2101211002210110
3111311012310111
41001411102411000
51011511112511001
611016100002611010
711117100012711011
8100018100102811100
9100119100112911101
10101020101003011110

-n 最常使用n-1 的补码以二进制表示,因此 -11=00001011_2 将被写成 10=00001010_2 的补码,即 11110101。这允许使用通常的进位进行加法运算,并丢弃最左边的数字,因此 17-11=6 给出

 00010001   17 
11110101__  -11__ 
00000110   6.

给定二进制数 b_n...b_2b_1b_0 能被 2 整除的次数 k 由从右边数起的第一个 b_k=1 的位置给出。例如,12=1100 可以被 2 整除两次,而 13=1101 被 2 整除零次。1, 2, ... 被 2 整除的次数分别是 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, ... (OEIS A007814),这是二进制进位序列

实数也可以使用二进制表示法来表示,方法是将“小数点”后的数字解释为 2 的负幂,因此二进制数字 ...b_2b_1b_0.b_(-1)b_(-2)... 将表示数字

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

因此,1/2 将表示为 0.1_2,1/4 表示为 0.01_2,3/4 表示为 0.11_2,等等。整数 n=0, 1, ... 的二进制数字序列连接在一起并解释为二进制常数,得到二进制 Champernowne 常数 C=0.11011100..._2 (OEIS A030190)。

不幸的是,二进制数在计算机中的存储并非完全标准化。由于计算机以 8- 字节(其中是单个二进制数字)存储信息,因此根据机器的“字长”,需要超过 8 的数字必须存储在多个字节中。通常的FORTRAN77整型大小为 4 个字节长。但是,在 VAX 中表示为 (byte1 byte2 byte3 byte4) 的数字在 Sun 上将被读取和解释为 (byte4 byte3 byte2 byte1)。对于浮点(实数)数字,情况甚至更糟,它们以二进制形式表示为尾数特征值,对于长(8 字节)实数而言则更糟!

单位比特数字(0 或 1)的二进制乘法等同于“”运算,如下面的乘法表所示。

×01
000
101
BinarySums

考虑所有直到 1, 2, ..., n 的二进制数的累积数字和。前几个项是 1, 2, 4, 5, 7, 9, 12, 13, 15, 17, 20, 22, ... (OEIS A000788)。这个序列是单调递增的(左图),但如果移除主要渐近项,则会得到趋向于 Blancmange 函数的一系列驼峰曲线(右图;Trott 2004,第 218 页)。


另请参阅

基数, 二进制进位序列, , 布朗芒什函数, 字节, Champernowne 常数, Crumb, 十进制, 位数计数, 荷鲁斯之眼分数, 阶乘, 十六进制, Moser-de Bruijn 序列, 负二进制, 半字节, 八进制, 四进制, Rudin-Shapiro 序列, 俄式乘法, Stolarsky-Harborth 常数, 三进制 在 MathWorld 课堂中探索此主题

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参考文献

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 Wolfram|Alpha 中被引用

二进制

请引用为

Weisstein, Eric W. “二进制。” 来自 MathWorld--Wolfram 网络资源。 https://mathworld.net.cn/Binary.html

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