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雙射記數

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雙射記數系統(Bijective numeration)是一種表示數字位置數值系統,每個非負整數都可使用有限數字串表示。該名稱「雙射」指的是非負整數集和用有限符號集的有限字符串集間存在雙射(即一一對應)。

大多數數字系統,例如十進制,都不是雙射的;因為不止一串數字可以表示同一個正整數:添加前導零英語leading zero不會改變表示的值,例如「1」、「01」、「001」都表示數字「1」。而一進制因為只有一個數字「1」所以必然「是」雙射的。

雙射進制-k記數系統是一個雙射進位制。使用集合{1, 2, ..., k}(其中k≥1)編碼正整數;值的位置定義為「k」的冪倍數。Smullyan (1961)稱此為k-adic:用有限非零數字串表示普通整數的系統,而p-adic數是包含整數作為子集的一個數學值系統,並且可能需要無限數字序列表示。

定義

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雙射進位制使用集合{1, 2, ..., k}(其中k≥ 1)來唯一編碼每個非負整數:

  • 零由空字符串表示。
  • 由非空數字串表示的整數
anan−1 ... a1a0 = an kn + an−1 kn−1 + ... + a1 k1 + a0 k0.
  • 表示整數的數字串m>0是anan−1 ... a1a0
是不小於的最小整數x上取整函數

相反,標準進位制可用類似遞歸算法定義當

擴展到整數

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進制, the bijective base- numeration system could be extended to negative integers in the same way as the standard base- numeral system by use of an infinite number of the digit , where , represented as a left-infinite sequence of digits . This is because the Euler summation

meaning that

and for every positive number with bijective numeration digit representation is represented by . For base , negative numbers are represented by with , while for base , negative numbers are represented by . This is similar to how in signed-digit representations, all integers with digit representations are represented as where . This representation is no longer bijective, as the entire set of left-infinite sequences of digits is used to represent the -adic integers, of which the integers are only a subset.

性質

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對於進制:

  • 表示非負整數n的雙射k進位位數是[1],與相比,k進制如果是「1」,位數就是n
  • 最小可表示為長度的雙射k進制數字的非負整數是
  • 最大可表示為長度的雙射k進制數字的非負整數是,相當於
  • 非負整數n的雙射k進制可和普通進制k相同,當且僅當普通進制不含數字「0」,或者等效地,雙射進制既不是空字符串也不包含數字k

對於進制

  • 會有個雙射進制,長度為k[2]
  • 雙射進制k的列表.。用λ表示空串,1、2、3、8、10、12、16為底的數如下(這裡列出普通的表示方式以供比較):
雙射一進制 λ 1 11 111 1111 11111 111111 1111111 11111111 111111111 1111111111 11111111111 111111111111 1111111111111 11111111111111 111111111111111 1111111111111111 ...
雙射二進制 λ 1 2 11 12 21 22 111 112 121 122 211 212 221 222 1111 1112 ...
二進制 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000 ...
雙射三進制 λ 1 2 3 11 12 13 21 22 23 31 32 33 111 112 113 121 ...
三進制 0 1 2 10 11 12 20 21 22 100 101 102 110 111 112 120 121 ...
雙射八進制 λ 1 2 3 4 5 6 7 8 11 12 13 14 15 16 17 18 ...
八進制 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20 ...
雙射十進制 λ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A 11 12 13 14 15 16 ...
十進制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 ...
雙射十二進制 λ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C 11 12 13 14 ...
十二進制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B 10 11 12 13 14 ...
雙射十六進制 λ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F G ...
十六進制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10 ...

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  • 雙射五進制的34152 = 3×54 + 4×53 + 1×52 + 5×51 + 2×1 = 2427(十進制)
  • 雙射十進制119A(A代表數值10) = 1×103 + 1×102 + 9×101 + 10×1 = 1200(十進制)
    • 雙射11進制B = 11(十進制)
    • 雙射35進制Z = 35(十進制)

雙射十進制

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雙射十進制系統是一種以 10 為底的位置數字系統,不使用數字來表示零,而用一個數字代表十,例如 A。

與傳統的十進制一樣,每個數字位置代表十的冪,因此例如 123 是「一百,加上兩個十,加上三個一」。 所有在傳統十進制中僅用非零數字表示的正整數(例如 123)在不帶零的十進制中具有相同的表示形式。 使用零的必須重寫,例如10變為A,常規20變為1A,常規100變為9A,常規101變為A1,常規302變為2A2,常規1000變為99A,常規1110變為AAA,常規2010變為19AA , 等等。

不帶零的十進制的加法和乘法本質上與傳統十進制相同,只是當位置超過十時而不是超過九時發生進位。 因此,要計算 643 + 759,有十二個個位(在右邊寫 2,十位進位 1)、十個十(記為 A,不需要進位到百位)、十三個百(在右邊寫 3,進位 1)、和一個千(寫 1),得到結果 13A2 而不是傳統的 1402。

雙射二十六進制

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在雙射二十六進制系統中,可以使用拉丁字母A到Z來表示1到26。(A=1,B=2,C=3,...,Z=26)

通過選擇這種表示法,數字序列(從 1 開始)開始為 A、B、C、...、X、Y、Z、AA、AB、AC、...、AX、AY、AZ、BA、BB、BC,...

每個數字位置代表二十六的冪,例如數字 ABC 代表十進制的 1 × 262 + 2 × 261 + 3 × 260 = 731。

許多電子表格(包括 Microsoft Excel)使用此系統為電子表格的列分配標籤,如 A、B、C、...、Z、AA、AB、...、AZ、BA、...、ZZ、AAA 。在 Excel 2013 中,最多可以有 16384(214) 列,從 A 到 XFD。[3] 該系統的一個變體用於命名變星[4] 它可以應用於任何需要使用字母進行系統命名的問題,同時使字符串儘可能短。

歷史

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每個非負整數在雙射 k (k ≥ 1) 進制中都有唯一的表示,這一事實是一個已被多次重新發現的「民間定理」。 早期的例子是 Foster (1947) (對於 k = 10),以及 Smullyan (1961)Böhm (1964) (對於所有 k ≥ 1)。Smullyan 使用該系統提供邏輯系統中符號串的哥德爾編號; Böhm 使用這些表示以編程語言 P′′ 執行計算。Knuth (1969) 提到了 k = 10 的特殊情況,Salomaa (1973) 討論了 k ≥ 2 的情況。Forslund (1995) 似乎是另一個重新發現,並提出假設說如果古代計數系統使用雙射 k 進制,可能由於人們普遍不熟悉這一系統,導致考古文獻中並未發現這一點。

注釋

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  1. ^ How many digits are in the bijective base-k numeral for n?. Stackexchange. [22 September 2018]. 
  2. ^ Forslund (1995).
  3. ^ Harvey, Greg, Excel 2013 For Dummies, John Wiley & Sons, 2013, ISBN 9781118550007 .
  4. ^ Hellier, Coel, Appendix D: Variable star nomenclature, Cataclysmic Variable Stars - How and Why They Vary, Praxis Books in Astronomy and Space, Springer: 197, 2001, ISBN 9781852332112 .

參考

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