stringtranslate.com

Представление числа со знаком

В математической записи чисел знаковое цифровое представление — это позиционная система счисления с набором знаковых цифр , используемых для кодирования целых чисел .

Представление со знаком может использоваться для быстрого сложения целых чисел, поскольку оно позволяет исключить цепочки зависимых переносов. [1] В двоичной системе счисления особым случаем представления со знаком является несмежная форма , которая может обеспечить выигрыш в скорости при минимальных затратах пространства.

История

Проблемы в вычислениях побудили ранних авторов Колсона (1726) и Коши (1840) использовать знаковое цифровое представление. Дальнейший шаг замены отрицательных цифр новыми был предложен Селлингом (1887) и Каджори (1928).

В 1928 году Флориан Каджори отметил повторяющуюся тему знаковых цифр, начиная с Колсона (1726) и Коши (1840). [2] В своей книге «История математических обозначений » Каджори назвал раздел «Отрицательные числа». [3] Для полноты Колсон [4] использует примеры и описывает сложение (стр. 163–4), умножение (стр. 165–6) и деление (стр. 170–1), используя таблицу кратных делителю. Он объясняет удобство приближения усечением при умножении. Колсон также разработал инструмент (таблицу подсчета), который вычислял с использованием знаковых цифр.

Эдуард Селлинг [5] выступал за перестановку цифр 1, 2, 3, 4 и 5 для обозначения отрицательного знака. Он также предложил snie , jes , jerd , reff и niff в качестве имен для использования вслух. Большинство других ранних источников использовали черту над цифрой для обозначения отрицательного знака. Другое немецкое использование знаковых цифр было описано в 1902 году в энциклопедии Кляйна [6] .

Определение и свойства

Набор цифр

Пусть будет конечным набором числовых цифр с мощностью (если , то позиционная система счисления тривиальна и представляет только тривиальное кольцо ), при этом каждая цифра обозначается как для , что известно как основание системы счисления или основание системы счисления . может использоваться для представления знаковых цифр, если оно связано с уникальной функцией такой, что для всех Эта функция строго и формально устанавливает, как целочисленные значения присваиваются символам/глифам в Одним из преимуществ этого формализма является то, что определение «целых чисел» (как бы они ни были определены) не смешивается с какой-либо конкретной системой их записи/представления; таким образом, эти два различных (хотя и тесно связанных) понятия сохраняются раздельно.

можно разбить на три различных множества , и , представляющих положительные, нулевые и отрицательные цифры соответственно, так что все цифры удовлетворяют , все цифры удовлетворяют и все цифры удовлетворяют . Мощность множества равна , мощность множества равна , и мощность множества равна , что дает количество положительных и отрицательных цифр соответственно, так что .

Сбалансированные формы представления

Представления в сбалансированной форме — это представления, в которых для каждой положительной цифры существует соответствующая отрицательная цифра, такая что . Отсюда следует, что . Только нечетные основания могут иметь представления в сбалансированной форме, так как в противном случае должно быть противоположно себе и, следовательно, 0, но . В сбалансированной форме отрицательные цифры обычно обозначаются как положительные цифры с чертой над цифрой, как для . Например, набор цифр сбалансированной троичной системы будет иметь вид , , и . Это соглашение принято в конечных полях нечетного простого порядка : [7]

Представление двойной знаковой цифры

Каждый набор цифр имеет дуальный набор цифр, заданный обратным порядком цифр с изоморфизмом, определяемым соотношением . В результате для любых знаковых представлений кольца числовой системы, построенных из с оценкой , существует дуальное знаковое представление , , построенное из с оценкой , и изоморфизм, определяемый соотношением , где — аддитивный обратный оператор для . Набор цифр для представлений сбалансированной формы является самодуальным .

Для целых чисел

Учитывая набор цифр и функцию , определенные выше, определим целочисленную эндофункцию следующим образом:

Если единственная периодическая точка — это неподвижная точка , то множество всех знаковых цифровых представлений целых чисел с использованием задается с помощью Клини плюс , множества всех конечных конкатенированных строк цифр с по крайней мере одной цифрой, с . Каждое знаковое цифровое представление имеет оценку

.

Примерами могут служить сбалансированные троичные числа с цифрами .

В противном случае, если существует ненулевая периодическая точка , то существуют целые числа, которые представлены бесконечным числом ненулевых цифр в . Примерами служат стандартная десятичная система счисления с набором цифр , которая требует бесконечного числа цифр для представления аддитивной инверсии , как , и позиционная система счисления с набором цифр с , которая требует бесконечного числа цифр для представления числа , как .

Для десятичных дробей

Если целые числа могут быть представлены с помощью знакового числа Клини , то множество всех знаковых цифровых представлений десятичных дробей , или -адических рациональных чисел , задается как , декартово произведение знакового числа Клини , множества всех конечных конкатенированных строк цифр , содержащих хотя бы одну цифру, синглетона, состоящего из точки основания ( или ), и звезды Клини , множества всех конечных конкатенированных строк цифр , с . Каждое знаковое цифровое представление имеет оценку

Для действительных чисел

Если целые числа могут быть представлены с помощью плюса Клини , то множество всех знаковых цифровых представлений действительных чисел задается как , декартово произведение плюса Клини , множество всех конечных конкатенированных строк цифр, содержащих хотя бы одну цифру, синглетон, состоящий из точки основания ( или ), и пространство Кантора , множество всех бесконечных конкатенированных строк цифр , с . Каждое знаковое цифровое представление имеет оценку

.

Бесконечный ряд всегда сходится к конечному действительному числу.

Для других систем счисления

Все числительные с основанием могут быть представлены в виде подмножества , множества всех дважды бесконечных последовательностей цифр в , где — множество целых чисел , а кольцо числительных с основанием представляется формальным кольцом степенных рядов , дважды бесконечным рядом

где для .

Целые числа по модулю степениб

Множество всех знаковых цифровых представлений целых чисел по модулю , задается множеством , множеством всех конечных конкатенированных строк цифр длины , с . Каждое знаковое цифровое представление имеет оценку

Группы Prüfer

Группа Прюфера — это фактор-группа целых чисел и -адических рациональных чисел. Множество всех знаковых цифровых представлений группы Прюфера задается звездой Клини , множеством всех конечных конкатенированных строк цифр , с . Каждое знаковое цифровое представление имеет оценку

Группа круга

Группа окружности — это фактор-группа целых и действительных чисел. Множество всех знаковых цифровых представлений группы окружности задается пространством Кантора , множеством всех бесконечных справа конкатенированных строк цифр . Каждое знаковое цифровое представление имеет оценку

Бесконечный ряд всегда сходится .

б-адические целые числа

Множество всех знаковых цифровых представлений -адических целых чисел задается пространством Кантора , множеством всех конкатенированных строк цифр, уходящих влево и бесконечных . Каждое знаковое цифровое представление имеет оценку

б-адические соленоиды

Множество всех знаковых цифровых представлений -адических соленоидов задается пространством Кантора , множеством всех дважды бесконечных конкатенированных строк цифр . Каждое знаковое цифровое представление имеет оценку

В письменной и устной речи

Индоарийские языки

Устные и письменные формы чисел в индоарийских языках используют отрицательное числительное (например, «un» на хинди и бенгали , «un» или «unna» на пенджаби , «ekon» на маратхи ) для чисел от 11 до 90, которые заканчиваются на девять. Числа, за которыми следуют их названия, показаны ниже для пенджаби (префикс «ik» означает «один»): [8]

Аналогично в языке сесото отрицательные числительные используются для образования цифр 8 и 9.

Классическая латынь

В классической латыни [ 9] целые числа 18 и 19 даже не имели устной или письменной формы, включая соответствующие части для «восьмерки» или «девятки» на практике — несмотря на то, что они существовали. Вместо этого в классической латыни

Для будущих целых чисел [28, 29, 38, 39, ..., 88, 89] аддитивная форма в языке была гораздо более распространена, однако для перечисленных чисел предпочтительнее была указанная выше форма. Поэтому, приближаясь к тридцати, числа выражались как: [10]

Это одно из основных оснований рассуждений современных историков, объясняющее, почему субтрактивные I- и II- были так распространены в этом диапазоне количественных числительных по сравнению с другими диапазонами. Числительные 98 и 99 также могли быть выражены в обеих формах, однако «от двух до ста» могло звучать немного странно — явным доказательством этого является редкое появление этих чисел, записанных в субтрактивной форме в подлинных источниках.

Финский язык

Есть еще один язык, имеющий эту особенность (пока только в следах), однако, все еще активно используемый сегодня. Это финский язык , где (прописанные) цифры используются таким образом, если встречается цифра 8 или 9. Схема такая: [11]

...

Приведенный выше список не является особым случаем, следовательно, он появляется и в более крупных количественных числительных, например:

Подчеркивание этих признаков сохраняется даже в самых кратких разговорных формах числительных:

...

Однако это явление не оказывает никакого влияния на письменность цифр, финны используют стандартную западно-арабскую десятичную систему счисления.

Отсчет времени

В английском языке принято называть время, например, «seven to three», «to», выполняя отрицание.

Другие системы

Существуют и другие знаковые цифровые основания, такие как основание . Ярким примером этого является кодирование Бута , в котором цифра установлена ​​с помощью и , но которое использует основание . Стандартная двоичная система счисления будет использовать только цифры значения .

Обратите внимание, что нестандартные знаковые цифровые представления не являются уникальными. Например:

Несмежная форма ( NAF) кодирования Бута гарантирует уникальное представление для каждого целочисленного значения. Однако это применимо только к целочисленным значениям. Например, рассмотрим следующие повторяющиеся двоичные числа в NAF,

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Дхананджай Фатак, И. Корен (1994) Гибридные системы знаковых цифр: унифицированная структура для избыточных представлений чисел с ограниченными цепями распространения переноса
  2. ^ Огюстен-Луи Коши (16 ноября 1840 г.) «Sur les moyens d'eviter les erreurs dans les Calculs numerique», Comptes rendus 11:789. Также найден в комплектах Oevres Ser. 1, том. 5, стр. 434–42.
  3. ^ Каджори, Флориан (1993) [1928-1929]. История математических обозначений . Dover Publications . стр. 57. ISBN 978-0486677668.
  4. Колсон, Джон (1726). «Краткое изложение отрицательно-утвердительной арифметики, г-н Джон Колсон, член Королевского общества» Philosophical Transactions (1683-1775) . 34 : 161–173. ISSN  0260-7085. JSTOR  103469.
  5. ^ Эдуард Селлинг (1887) Eine neue Rechenmachine , стр. 15–18, Берлин
  6. ^ Рудольф Мемке (1902) «Numerisches Rechen», §4 Beschränkung in den verwendeten Ziffern, энциклопедия Кляйна , I-2, стр. 944.
  7. ^ Хиршфельд, JWP (1979). Проективные геометрии над конечными полями . Oxford University Press . стр. 8. ISBN 978-0-19-850295-1.
  8. ^ Цифры на пенджаби из Quizlet
  9. ^ Дж. Мэтью Харрингтон (2016) Синопсис древней латинской грамматики
  10. ^ "duodetriginta", Викисловарь, бесплатный словарь , 25 марта 2020 г. , получено 7 апреля 2024 г.
  11. ^ "Киелитоимистон санакирья". www.kielitoimistonsanakirja.fi . Проверено 7 апреля 2024 г.