Číselné soustavy v kultuře | |
---|---|
Indoarabština | |
Arabská tamilská barmština |
Khmer Lao Mongol Thai |
východní Asiat | |
Čínský Japonec Suzhou Korejský |
Vietnamské počítací tyčinky |
Abecední | |
Abjadia arménská Aryabhata azbuka Řek |
Gruzínský etiopský židovský Akshara Sankhya |
jiný | |
Babylonian Egyptian Etruscan Roman Danubian |
Attic Kipu Mayské Egejské KPPU Symboly |
poziční | |
2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 8 , 10 , 12 , 16 , 20 , 60 | |
Nega-poziční | |
symetrický | |
smíšené systémy | |
Fibonacci | |
nepoziční | |
jednotné číslo (unární) |
Ternární číselná soustava je poziční číselná soustava s celočíselným základem rovným 3.
K dispozici ve dvou verzích: asymetrické a symetrické.
V asymetrické ternární číselné soustavě se častěji používají čísla {0,1,2} a v ternární symetrické číselné soustavě znaménka {−,0,+}, {−1,0,+1}, { 1 ,0,1}, { 1 ,0,1}, {i,0,1}, {N,O,P}, {N,Z,P} a číslice {2,0,1}, {7 ,0,1} . Výtisky počítače Setun používaly kódování {jeden,0,1} [1] . Trojici číslic lze označit libovolnými třemi znaky {A,B,C}, ale musíte dodatečně určit prioritu znaků, například A<B<C.
V digitální elektronice , bez ohledu na variantu ternárního číselného systému, odpovídá jedna ternární číslice v ternárním číselném systému jednomu ternárnímu spouštění na alespoň třech invertorech se vstupní logikou nebo dvěma binárním spouštěčům na alespoň čtyřech invertorech se vstupní logikou.
Příkladem reprezentace čísel v asymetrickém ternárním číselném systému je záznam v tomto systému kladných celých čísel:
Desetinné číslo | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | deset |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
ternární číslo | 0 | jeden | 2 | deset | jedenáct | 12 | dvacet | 21 | 22 | 100 | 101 |
Pokud je v desítkové soustavě 10 číslic a váhy sousedních číslic se liší 10krát (jednotka, desítky, stovky), pak se v ternární soustavě používají pouze tři číslice a váhy sousedních číslic se liší třikrát (číslice jedniček, trojek, devítek, ...). Číslo 1, psané nejprve vlevo od čárky, označuje jednotku; stejné číslo, psané jako druhé nalevo od čárky, označuje trojici atd.
Asymetrická ternární číselná soustava je speciální případ párových (kombinovaných) exponenciálních pozičních číselných soustav, ve kterých a k je z ternární množiny a={0,1,2}, b=3, váhy číslic jsou 3 k .
Exponenciální číselné soustavyV exponenciálních pozičních ternárních číselných soustavách se používají dva systémy:
Celé číslo v systému exponenciálních pozičních čísel je reprezentováno jako součet součinů hodnot v číslicích (číslicích) - k - tou mocninou čísla b :
, kde:Každý součin v takovém zápisu se nazývá (a, b)-ární číslice.
Při c=b se tvoří (b, b) -ární číselné soustavy se součinem - a k b k a součtem - , které při b = 3 přecházejí v obvyklé (3,3) -ární (ternární) číselný systém. Při psaní se často vynechává první rejstřík, někdy, když je v textu zmínka, vynechává se i druhý rejstřík.
Váhový faktor cifry - b k - je přiřazen a v obecném případě může být volitelnou exponenciální funkcí ciferného čísla - k a volitelně mocninou 3 . Sada hodnot a k je omezenější a souvisí spíše s hardwarovou částí - počtem stabilních stavů spouštěčů nebo počtem stavů skupiny spouštěčů v jednom bitu registru . V obecném případě může být a k volitelně také z ternární množiny a={0,1,2}, ale aby byl párový systém ternární a nazýval se ternární, musí být alespoň jeden ze dvou systémů ternární. o k -tou blíže k hardwaru a o k -tou z množiny a={0,1,2} nebo z množiny a={-1,0,+1} je určen systém kódování: asymetrický ternární nebo symetrický ternární.
Exponenciální ternární číselné soustavyCelé číslo v exponenciálním pozičním ternárním systému se zapisuje jako posloupnost jeho číslic (řetězců číslic), uvedených zleva doprava v sestupném pořadí podle priority číslic:
V soustavách exponenciálních čísel jsou hodnotám číslic přiřazeny váhové koeficienty , v zápisu jsou vynechány, ale rozumí se, že k -tá číslice zprava doleva má váhový koeficient rovný .
Z kombinatoriky je známo , že počet zaznamenaných kódů se rovná počtu umístění s opakováním :
kde a = 3 je 3prvková množina a = {0, 1, 2}, ze které jsou převzaty číslice a k , n je počet prvků (číslic) v čísle x 3, b .
Počet zaznamenaných kódů nezávisí na bázi exponenciální funkce - b , která určuje rozsah hodnot reprezentovaný čísly x 3, b .
Zlomkové číslo je zapsáno a reprezentováno jako
kde m je počet číslic ve zlomkové části čísla vpravo od desetinné čárky;
V některých případech to nemusí stačit, v takových případech lze použít vestavěné (komentované), quad a další číselné systémy.
Ternární číselné soustavy s přídavným faktoremV exponenciálních pozičních ternárních číselných soustavách lze do váhy číslice zavést další faktor. Například faktor (b/c):
Obecně c≠3.
Když a k z a={0,1,2}, b=3 ac=3, vznikne obvyklá asymetrická ternární číselná soustava.
S a=2, b=3 ac=2 se vytvoří (2,3,2)-ární číselná soustava s dalším neceločíselným váhovým koeficientem v součinu rovným (3/c)=(3/2 ) = 1,5.
Pro jiné hodnoty a, b a c jsou další exponenciální poziční číselné soustavy tvořeny s dalším faktorem (b/c), jehož počet je nekonečný.
Možné jsou i nekonečné množiny jiných složených číselných soustav.
Jedna ternární číslice může být zakódována různými způsoby.
Tříúrovňové kódovací systémy pro ternární číslice1. Tříúrovňové kódování ternárních číslic (3úrovňové kódování ternárních číslic, 3L LCT, „jednodrátové“):
Počet tříúrovňových kódovacích systémů pro ternární číslice se rovná počtu permutací :
1.1. Symetrický {-1,0,+1}
+U - (+1) ;
0 - (0);
-U - (-1),
1,2. Posunuto o +1 {0,1,2}
1.3. Posunuto o +2 {1,2,3}
2. Dvoubitové binárně kódované ternární číslice (2- Bit BinaryCodedTernary, reprezentace 2B BCT, "dvouvodičové") pomocí 3 kódů ze 4 možných [2] :
Počet možných systémů kódování ternárních číslic 2B BCT je roven počet kombinací bez opakování :
Zde jsou některé z nich:
2.1. [3]
(1,0) - 2;
(0,1) - 1;
(0,0) - 0.
2.2.
(1,1) - 2;
(0,1) - 1;
(0,0) - 0.
3. Dvoubitové binárně kódované ternární číslice (2- Bit BinaryCodedTernary, reprezentace 2B BCT, „dvouvodičový“) pomocí všech 4 kódů ze 4 možných (dva ze 4 kódů kódují jeden a těsnější ternární číslice od 3).
3.1.
Zde je jeden z nich [4] :
(0.0) - "0"
(1.1) - "0"
(0.1) - "-1"
(1.0) - "+1"
4. Tříbitové binárně kódované ternární číslic (3-Bit BinaryCodedTernary, 3B BCT reprezentace, "třívodičové") pomocí 3 kódů z 8 možných:
Počet možných 3B BCT ternárních číselných kódovacích systémů se rovná počtu kombinací bez opakování :
Zde jsou některé z nich:
3.1.
(1,0,0) - 2;
(0,1,0) - 1;
(0,0,1) - 0.
3.2.
(0,1,1) - 2;
(1,0,1) - 1;
(0,1,0) - 0.
3.3.
(1,1,1) - 2;
(0,1,1) - 1;
(0,0,1) - 0.
3.4.
(0,0,0) - 2;
(1,0,0) - 1;
(1,1,0) - 0.
3.5.
(1,0,0) - 2;
(1,1,0) - 1;
(1,1,1) - 0.
3.6.
(0,1,1) - 2;
(0,0,1) - 1;
(0,0,0) - 0.
3.7.
(1,0,1) - 2;
(0,1,0) - 1;
(0,0,0) - 0
atd.
V bitovém srovnání je ternární číselný systém prostornější než binární číselný systém.
S devíti číslicemi má binární kód kapacitu čísel a ternární kód má kapacitu čísla, tedy dvojnásobek.
S dvaceti sedmi číslicemi má binární kód kapacitu čísel a ternární kód má kapacitu čísel, tedy je krát větší.
Ternární poziční exponenciální asymetrický číselný systém z hlediska počtu znaků (v třímístném dekadickém čísle 3 * 10 = 30 znaků) je z pozičních exponenciálních asymetrických číselných systémů nejekonomičtější. [5] [6] [7] [8] [9] A. Kushnerov [6] připisuje tuto větu Johnu von Neumannovi .
Pro překlad se dekadické celé číslo dělí 3 se zbytkem (celočíselné dělení), pokud je podíl větší než nula. Zbytky, psané zleva doprava od posledního k prvnímu, jsou celočíselným nesymetrickým ternárním ekvivalentem celého desetinného čísla. [10] [11]
Příklad: dekadické celé číslo 48 10,10 bude převedeno na asymetrické ternární celé číslo:
číslo = 48 10,10 děleno 3, podíl = 16, zbytek a 0 = 0
podíl = 16 10,10 děleno 3 , podíl = 5, podíl a 1 = 1
kvocient = 5 10,10 děleno 3, kvocient = 1, zbytek a 2 = 2
kvocient = 1 10,10 děleno 3, kvocient = 0, zbytek a 3 = 1
kvocient ne větší než nula, dělení je dokončeno.
Nyní, když zapíšeme všechny zbytky od posledního k prvnímu zleva doprava, dostaneme výsledek 48 10,10 \u003d (a 3 a 2 a 1 a 0 ) 3,3 \u003d 1210 3,3 .
Polohový celočíselný symetrický ternární číselný systém navrhl italský matematik Fibonacci (Leonardo z Pisy) (1170-1250) k vyřešení „problému s váhou“. [12] Problémem nejlepšího systému vah se zabýval Luca Pacioli (XV století). Zvláštní případ tohoto problému byl publikován v knize francouzského matematika Clauda Bacheta de Meziriac „Sbírka zábavných úloh“ v roce 1612 (ruský překlad knihy C. G. Bacheta „Hry a problémy založené na matematice“ vyšel v St. Petrohrad až v roce 1877). V roce 1797 byl v Rusku vydán zákon „O stanovení správné váhy pro pití a chléb všude v Ruské říši“. Pro vážení zboží byly povoleny pouze váhy následujících hmotností: 1 a 2 libry, 1, 3, 9, 27 liber a 1, 3, 9, 27 a 81 cívek . Jako příloha zákona byla zveřejněna tabulka pro vážení zboží od 1 libry do 40 liber pomocí hmotnosti 1, 3, 9, 27 liber a pro vážení zboží od 1 cívky do 96 cívek pomocí hmotnosti 1, 3, 9, 27 a 81 cívky [13] . Tímto problémem se zabýval petrohradský akademik Leonard Euler a později D. I. Mendělejev . [14] [15] [16] [17] [18]
Symetrie při vážení na pákové váze se používala již od starověku, přidávání závaží do misky se zbožím. Prvky ternární číselné soustavy byly v číselné soustavě starých Sumerů [19] v soustavách měr, vah a peněz, v nichž existovaly jednotky rovné 3. Ale pouze v symetrické ternární Fibonacciho číselné soustavě obě tyto vlastnosti jsou kombinovány.
Symetrický systém umožňuje reprezentovat záporná čísla bez použití samostatného znaménka mínus. Číslo 2 je zastoupeno číslem 1 na místě trojek a číslem (mínus jedna) na místě jednotek. Číslo −2 je reprezentováno číslem (mínus jedna) na místě trojek a číslem 1 na místě jednotek.
Existuje šest možných shod mezi číslicemi (znaky) ternárního symetrického číselného systému a číslicemi (znaky) ternárního asymetrického číselného systému:
jeden. | 2. | 3. | čtyři. | 5. | 6. | |
---|---|---|---|---|---|---|
jeden | 2 | jeden | 0 | 0 | 2 | jeden |
0 | jeden | 0 | 2 | jeden | 0 | 2 |
jeden | 0 | 2 | jeden | 2 | jeden | 0 |
Podle 2. jsou uloženy číselné hodnoty 0 a 1.
Desetinná soustava | −9 | −8 | −7 | −6 | −5 | −4 | −3 | −2 | −1 | 0 | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ternární asymetrický | -100 | −22 | −21 | −20 | −12 | −11 | −10 | −2 | −1 | 0 | jeden | 2 | deset | jedenáct | 12 | dvacet | 21 | 22 | 100 |
Ternární symetrické | 100 _ | 101 _ | 1 1 1 | 110 _ | 111 _ | jedenáct | 10 _ | 11 _ | jeden | 0 | jeden | 11 _ | deset | jedenáct | 111 _ | 1 1 0 | 1 1 1 | 10 1 | 100 |
V ternární symetrické číselné soustavě lze znaménko 1 nahradit znaménkem (nikoli číslem) i nebo 2 a ve druhém případě lze pro znaménko použít znaménka ternární asymetrické soustavy {2,0,1}. ternární symetrická číselná soustava {-1,0,+1}.
Vzhledem k tomu, že základ 3 je lichý, je v ternární soustavě možné uspořádání čísel symetrických vzhledem k nule: −1, 0, 1, což je spojeno se šesti hodnotnými vlastnostmi:
Mít kladné a záporné číslice umožňuje přímou reprezentaci kladných i záporných čísel. V tomto případě není potřeba speciální bit znaménka a pro provádění aritmetických operací se zápornými čísly není třeba zadávat žádný další (nebo inverzní) kód. Všechny akce s čísly reprezentovanými v ternární symetrické číselné soustavě se provádějí samozřejmě s přihlédnutím ke znaménkům čísel. Znaménko čísla je určeno znaménkem nejvýznamnější číslice čísla: pokud je kladné, pak je číslo kladné, pokud je záporné, je číslo záporné. Chcete-li změnit znaménko čísla, musíte změnit znaménka všech jeho číslic (tj. invertovat jeho kód Lukasiewiczovou inverzí). Například:
Dalším užitečným důsledkem symetrického uspořádání číselných hodnot je absence problému zaokrouhlování čísel: absolutní hodnota části čísla představované vyřazenými nižšími číslicemi nikdy nepřekročí polovinu absolutní hodnoty části čísla odpovídající na nejméně významnou číslici nejméně významné číslice uložených číslic. V důsledku vyřazení vedlejších číslic čísla se tedy pro daný počet zbývajících číslic získá nejlepší aproximace tohoto čísla a zaokrouhlování není nutné.
Převod čísel z desítkové soustavy do ternární soustavy a odpovídající otázka na váhy jsou podrobně popsány v knihách [20] [21] . Vypovídá také o použití ternárního systému vah v ruské praxi.
Jakékoli číslo zapsané v ternární číselné soustavě s čísly 0, 1, −1 lze reprezentovat jako součet celočíselných mocnin čísla 3, a pokud je číslo 1 v daném bitu ternární reprezentace čísla, pak mocnina čísla 3 odpovídající tomuto bitu je zahrnuta do součtu se znaménkem „+“, pokud je číslo −1, pak se znaménkem „-“ a pokud je číslo 0, není zahrnuto vůbec . To může být reprezentováno vzorcem
, kde - celočíselná část čísla,
navíc koeficienty K mohou nabývat hodnot { 1, 0, −1 }.
Aby bylo možné číslo uvedené v ternární soustavě převést do desítkové soustavy, je nutné vynásobit číslici každé číslice daného čísla mocninou čísla 3 odpovídající této číslici (v desítkovém vyjádření) a sečíst výsledné produkty.
2 | 02 | deset | jedenáct |
---|---|---|---|
jeden | 01 | 02 | deset |
0 | 00 | 01 | 02 |
+ | 0 | jeden | 2 |
jeden | 00 | 01 | 11 _ |
---|---|---|---|
0 | 0 1 | 00 | 01 |
jeden | 11 _ | 0 1 | 00 |
+ | jeden | 0 | jeden |
Reprezentace příkazů v ternárním kódu při programování a při zadávání do stroje je nepohodlná a neekonomická, proto se mimo stroj používá devítidesetinná forma znázornění příkazů. Devět číslic je mapováno na dvojice ternárních číslic:
Při vyjímání ze stroje jsou záporná desetinná místa označena písmeny:
desetinná číslice | ||||
---|---|---|---|---|
Písmeno latinské abecedy | Z | Y | X | W |
Písmeno ruské abecedy | C | V | X | A |