stringtranslate.com

Знаковое представление цифр

В математической записи чисел представление цифр со знаком представляет собой позиционную систему счисления с набором цифр со знаком, используемых для кодирования целых чисел .

Представление знаковых цифр можно использовать для быстрого сложения целых чисел, поскольку оно позволяет исключить цепочки зависимых переносов. [1] В двоичной системе счисления особым случаем представления знаковых цифр является несмежная форма , которая может обеспечить преимущества в скорости с минимальными затратами на пространство.

История

Проблемы с расчетами побудили первых авторов Колсона (1726) и Коши (1840) использовать представление знаковых цифр. Дальнейший шаг по замене отрицательных цифр новыми был предложен Селлингом (1887) и Каджори (1928).

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

Эдуард Селлинг [5] предлагал инвертировать цифры 1, 2, 3, 4 и 5 для обозначения отрицательного знака. Он также предложил snie , jes , jerd , reff и niff в качестве имен для устного использования. В большинстве других ранних источников над цифрой использовалась черта, обозначающая ее отрицательный знак. Другое использование знаковых цифр в Германии было описано в 1902 году в энциклопедии Кляйна . [6]

Определение и свойства

Набор цифр

Позвольте быть конечным набором числовых цифр с мощностью (Если , то позиционная система счисления тривиальна и представляет только тривиальное кольцо ), причем каждая цифра, обозначаемая как for , известна как основание системы счисления или основание счисления . может использоваться для представления цифр со знаком, если оно связано с уникальной функцией, такой что для всех . Эта функция строго и формально устанавливает, как целочисленные значения присваиваются символам/глифам в одном из преимуществ этого формализма заключается в том, что определение «целые числа» (как бы они ни были определены) не связаны с какой-либо конкретной системой их записи/представления; таким образом, эти две разные (хотя и тесно связанные) концепции остаются отдельными.

можно разделить на три различных набора , , и , представляющих положительные, ноль и отрицательные цифры соответственно, так что все цифры удовлетворяют , все цифры удовлетворяют и все цифры удовлетворяют . Мощность is , мощность is и мощность is , давая количество положительных и отрицательных цифр соответственно, таких что .

Представления сбалансированной формы

Представления сбалансированной формы — это представления, в которых для каждой положительной цифры существует соответствующая отрицательная цифра такая, что . Следует, что . Только нечетные базы могут иметь представления сбалансированной формы, так как в противном случае она должна быть противоположной самой 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 состоять из , и . Это соглашение принимается в конечных полях нечетного простого порядка : [7]

Двойное представление цифр со знаком

Каждый набор цифр имеет двойной набор цифр , заданный обратным порядком цифр с изоморфизмом, определяемым . В результате для любого знаково-цифрового представления кольца системы счисления , построенного из с оценкой , существует двойственное знаково-цифровое представление , , построенное из с оценкой , и изоморфизм, определенный , где - аддитивный обратный оператор . Набор цифр для представлений сбалансированной формы является самодвойственным .

Для целых чисел

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

Если единственной периодической точкой является фиксированная точка , то набор всех знаковых представлений целых чисел, используя , задается плюсом Клини , набором всех конечных объединенных строк цифр , содержащих хотя бы одну цифру, с . Каждое представление знаковых цифр имеет оценку.

.

Примеры включают сбалансированную троичную систему с цифрами .

В противном случае, если существует ненулевая периодическая точка , то существуют целые числа, которые представлены бесконечным числом ненулевых цифр в . Примеры включают стандартную десятичную систему счисления с набором цифр , которая требует бесконечного числа цифр для представления аддитивной обратной величины , как , и позиционную систему счисления с набором цифр с , которая требует бесконечного количества цифр для представления числа. номер , как .

Для десятичных дробей

Если целые числа могут быть представлены плюсом Клини , то набор всех знаковых представлений десятичных дробей или -адических рациональных чисел задается декартовым произведением плюса Клини , набором всех конечных объединенных строк цифры , содержащие хотя бы одну цифру, синглтон , состоящий из точки счисления ( или ), и звезда Клини , набор всех конечных объединенных строк цифр с . Каждое представление знаковых цифр имеет оценку.

Для действительных чисел

Если целые числа могут быть представлены плюсом Клини , то набор всех знаковых представлений действительных чисел определяется как декартово произведение плюса Клини , набора всех конечных объединенных строк цифр , содержащих хотя бы одну цифру. , синглтон , состоящий из точки счисления ( или ), и канторова пространства , набора всех бесконечных объединенных строк цифр , с . Каждое представление знаковых цифр имеет оценку.

.

Бесконечный ряд всегда сходится к конечному действительному числу.

Для других систем счисления

Все базовые цифры могут быть представлены как подмножество , набора всех дважды бесконечных последовательностей цифр в , где - набор целых чисел , а кольцо базовых цифр представлено формальным кольцом степенных рядов , дважды бесконечным рядом

где для .

Целые числа по модулю степени b

Набор всех представлений целых чисел со знаком по модулю , задается набором , набором всех конечных объединенных строк цифр длины , с . Каждое представление знаковых цифр имеет оценку.

Группы Прюфера

Группа Прюфера — это факторгруппа целых чисел и -адических рациональных чисел. Набор всех знаково-цифровых представлений группы Прюфера задается звездой Клини , набором всех конечных объединенных строк цифр с . Каждое представление знаковых цифр имеет оценку.

Группа кругов

Группа кругов — это факторгруппа целых и действительных чисел. Набор всех знаково-цифровых представлений группы кругов задается канторовым пространством , набором всех бесконечных справа объединенных строк цифр . Каждое представление знаковых цифр имеет оценку.

Бесконечный ряд всегда сходится .

b -адические целые числа

Набор всех знаково-цифровых представлений -адических целых чисел задается канторовым пространством , набором всех бесконечных слева объединенных строк цифр . Каждое представление знаковых цифр имеет оценку.

б -адические соленоиды

Набор всех знаково-цифровых представлений -адических соленоидов задается пространством Кантора , набором всех дважды бесконечных объединенных строк цифр . Каждое представление знаковых цифр имеет оценку.

В письменной и устной речи

Индоарийские языки

В устной и письменной формах чисел в индоарийских языках используются отрицательные числительные (например, «ун» на хинди и бенгали , «ун» или «унна» на пенджаби , «экон» на маратхи ) для чисел от 11 до 90, которые заканчиваются девяткой. Ниже показаны цифры, за которыми следуют их имена, для пенджабского языка (префикс «ik» означает «один»): [8]

Точно так же в языке сесото отрицательные числа используются для образования цифр 8 и 9.

Классическая латынь

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

Для последующих целых чисел [28, 29, 38, 39, ..., 88, 89] аддитивная форма в языке была гораздо более распространена, однако для перечисленных чисел по-прежнему предпочтительна вышеуказанная форма. Следовательно, приближаясь к тридцати, цифры выражались как: [10]

Это одна из основных основ рассуждений современных историков, объясняющая, почему вычитающие I- и II- были так распространены в этом диапазоне кардиналов по сравнению с другими диапазонами. Числа 98 и 99 также могли быть выражены в обеих формах, однако «от двух до ста» могло звучать немного странно - очевидным свидетельством является редкое появление этих чисел, записанных вычитательным способом в подлинных источниках.

Финский язык

Существует еще один язык, обладающий этой функцией (пока лишь в следах), однако он до сих пор активно используется. 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 встречается и в более крупных кардиналах, например:

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

...

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

Учет времени

В английском языке время принято называть, например, «семь до трех», «до» выполнения отрицания.

Другие системы

Существуют и другие базы знаковых цифр, такие как база . Ярким примером этого является кодировка Бута , в которой цифры установлены с помощью и , но используется база . Стандартная двоичная система счисления будет использовать только цифры значений .

Обратите внимание, что нестандартные представления знаковых цифр не уникальны. Например:

Несмежная форма (NAF) кодировки Бута гарантирует уникальное представление для каждого целочисленного значения. Однако это применимо только для целочисленных значений. Например, рассмотрим следующие повторяющиеся двоичные числа в NAF:

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Дхананджай Фатак, И. Корен (1994) Гибридные системы счисления со знаковыми цифрами: унифицированная структура для представлений избыточных чисел с ограниченными цепочками 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 . Дуврские публикации . п. 57. ИСБН 978-0486677668.
  4. ^ Джон Колсон (1726) «Краткий отчет об отрицательно-утвердительной арифметике», Philosophical Transactions of the Royal Society 34:161–173. Доступен как ранний журнальный контент на сайте JSTOR.
  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 . Издательство Оксфордского университета . п. 8. ISBN 978-0-19-850295-1.
  8. ^ Пенджабские цифры из Quizlet
  9. ^ Дж. Мэтью Харрингтон (2016) Краткое описание древней латинской грамматики
  10. ^ [1] из английского Викисловаря
  11. ^ [2] из Киелитоимистон санакирьи