專利名稱:混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及數(shù)字工程方法和筆算工程領(lǐng)域背景技術(shù)數(shù)字工程包括數(shù)控機(jī)床、大中型數(shù)字化設(shè)備和數(shù)字系統(tǒng)工程等等。本發(fā)明中“數(shù)字工程”是專指“數(shù)字計(jì)算系統(tǒng)工程”。它不是解決一個(gè)個(gè)具體的算題、或定理證明、或幾何問(wèn)題、或某種數(shù)學(xué)思想,而是解決四則運(yùn)算法則等計(jì)算系統(tǒng)本身的數(shù)字工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案。它與具體的計(jì)算工具密切相關(guān)。眾所周知,“計(jì)算”有好多種,除“近似計(jì)算”、“模擬計(jì)算”及“無(wú)工具計(jì)算”(心算、指算、口算等,包括相應(yīng)的口訣、速算、估算)外,則為“采用工具的數(shù)字計(jì)算”。人類歷史上,“采用工具的數(shù)字計(jì)算”包括三類筆算;籌算及珠算;機(jī)械算及電算。現(xiàn)代僅剩下數(shù)字電算、珠算、筆算。與此相應(yīng)的“數(shù)字計(jì)算系統(tǒng)工程”也就僅有三類數(shù)字計(jì)算機(jī);算盤;采用筆和紙進(jìn)行筆算的“數(shù)字計(jì)算系統(tǒng)工程”,簡(jiǎn)稱為“筆算工程”。
四則運(yùn)算是數(shù)的最基本運(yùn)算。正如恩格斯所說(shuō)“四則(一切數(shù)學(xué)的要素)。”加法又是四則運(yùn)算的最基本的運(yùn)算。因此,我們理所當(dāng)然應(yīng)當(dāng)對(duì)四則運(yùn)算,尤其是對(duì)加法運(yùn)算給予特別的關(guān)注。當(dāng)前數(shù)字工程方法中的四則運(yùn)算,首先是加法,有許多不盡如人意之處。主要表現(xiàn)為運(yùn)算速度慢;在減法中,未能充分利用負(fù)數(shù)的作用,而且,不能“連減”。尤其在加減聯(lián)合運(yùn)算中,不能一步到位;在乘法中,加法的缺點(diǎn)更加擴(kuò)大嚴(yán)重;在除法中,上述缺點(diǎn)依舊??傊谧钚〉臄?shù)體——有理數(shù)體中,四則運(yùn)算情況并不滿意。
在筆算數(shù)字工程中,對(duì)運(yùn)算的解剖,表明存在一些隱含的操作程序,以至產(chǎn)生“隱患”。以“二數(shù)相加”為例,算式如式一123456+345678=469134。[文中凡未標(biāo)明數(shù)制的數(shù),均指普通十進(jìn)制數(shù)。下同。]其中,十位上的和數(shù)3,解剖一下。其微程序操作是 個(gè)位上來(lái)的進(jìn)位(見(jiàn)標(biāo)志) 十位上5、7二數(shù)字與低位進(jìn)位相加,即(5+7+1)。取其和的個(gè)位。 上列(5+7+1)和的進(jìn)位送到高位(見(jiàn)標(biāo)志)。其余各位情況類似。又如例二,設(shè)三數(shù)求和,算式如式二78+297+259=634。如圖可見(jiàn),上述情況更為加重。顯然,存在下列缺點(diǎn)a.進(jìn)位標(biāo)示困難。若用小數(shù)字表明,則易混淆且字面積受限。特別是表456789時(shí)就更煩人;若以“.”符寫(xiě)在數(shù)字間,則易與小數(shù)點(diǎn)混淆且表示456789也不便;若以手指數(shù)數(shù),則速度慢且不方便;若心算,則費(fèi)腦力且易錯(cuò)??傊?,比較討厭,易出錯(cuò)。
b.一般二數(shù)相加時(shí),每一位上要有三個(gè)數(shù)相加求和。于是,需三重運(yùn)算。三及三以上個(gè)數(shù)相加求和時(shí),則更不方便。
c.驗(yàn)算困難。一般采用重做一遍,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
減法比加法麻煩。而且不能在同一豎式中“連減”,必須斷開(kāi)。特別在加減聯(lián)合運(yùn)算時(shí),不能一步到位。乘除法中,這類情況更為嚴(yán)重。而且,加減乘除運(yùn)算格式不統(tǒng)一,除法時(shí)另起爐灶。
另一方面,在電子計(jì)算機(jī)數(shù)字工程中,同樣有大量的數(shù)值運(yùn)算。這些數(shù)一般均采用普通二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。其負(fù)數(shù)常以原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼之類來(lái)表示。在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)中運(yùn)算均以二個(gè)數(shù)運(yùn)算,而無(wú)法實(shí)現(xiàn)“多重運(yùn)算”。所謂“多重運(yùn)算”,是指多于二個(gè)數(shù)同時(shí)進(jìn)行加減。在采用其他普通Q進(jìn)制等普通數(shù)制的電子計(jì)算機(jī)中,存在相應(yīng)的許多復(fù)雜性。此外,在算盤數(shù)字工程中,同樣有大量的數(shù)值運(yùn)算。這些數(shù)一般采用普通二進(jìn)制與普通五進(jìn)制的“聯(lián)合Q進(jìn)制”數(shù)。因此,運(yùn)算口訣繁雜,而且存在相應(yīng)的一些復(fù)雜性。[Q為自然數(shù)。]發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種新的數(shù)字工程方法,“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法”;即采用“混數(shù)進(jìn)制”數(shù),以“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”運(yùn)算。當(dāng)不致誤解時(shí),也簡(jiǎn)稱為“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”。進(jìn)一步,簡(jiǎn)稱為《混進(jìn)方法HJF》?;鞌?shù)進(jìn)制的典型為混Q進(jìn)制、增Q進(jìn)制、偏Q進(jìn)制及稱Q進(jìn)制。簡(jiǎn)寫(xiě)為“混/增/偏/稱Q進(jìn)制”。(“/”表“或者”)。Q為自然數(shù)(稱Q進(jìn)制中,Q為>1的整數(shù))?!盎爝M(jìn)方法HJF”顯著提高運(yùn)算速度;同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)算正確性的保障,在“筆算工程”中,還大大降低筆算的出錯(cuò)率。
本發(fā)明同時(shí)提出了,采用上述“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”的“筆算工程”技術(shù)方案。顯著提高運(yùn)算速度;同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)算正確性的保障,大大降低筆算的出錯(cuò)率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供一種混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法,采用“混數(shù)進(jìn)制”數(shù),以“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”運(yùn)算?;鞌?shù)進(jìn)制運(yùn)算可為下列方案之一;方案一(適于計(jì)算機(jī)、筆算工程中)①普通Q進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);②混數(shù)進(jìn)制運(yùn)算(“對(duì)沖”、“劃Q”、“累加”);③混數(shù)進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為普通Q進(jìn)制數(shù);方案二(適于計(jì)算機(jī)、算盤中;也可用于筆算工程,也可不用;)①普通Q進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼為“編碼全一進(jìn)制數(shù)”(見(jiàn)具體實(shí)施方式
中,第三部分增Q進(jìn)制及全一碼);②“編碼全一進(jìn)制”運(yùn)算(“對(duì)沖”、“劃Q”、“累加”);③“編碼全一進(jìn)制數(shù)”譯碼為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為普通Q進(jìn)制數(shù);方案三(適于計(jì)算機(jī)中)①普通Q進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為{0,±1}二進(jìn)制(其特況為普通二進(jìn)制)數(shù);②{0,±1}二進(jìn)制運(yùn)算(“對(duì)沖”、“劃Q”、“累加”);③{0,±1}二進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為普通Q進(jìn)制數(shù);方案四(適于計(jì)算機(jī)中)①普通Q進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為“編碼{0,±1}二進(jìn)制數(shù)”;②“編碼{0,±1}二進(jìn)制”運(yùn)算(“對(duì)沖”、“劃Q”、“累加”);③“編碼{0,±1}二進(jìn)制數(shù)”譯碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為普通Q進(jìn)制數(shù);本發(fā)明中,采用方案一或方案二來(lái)展示?!盎鞌?shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法”的每種方案,均包括以下三種步驟之一。第一種步驟第1步,設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù);將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù);第2步,對(duì)K或2K個(gè)數(shù)中的二個(gè)數(shù),進(jìn)行混數(shù)進(jìn)制的求和運(yùn)算;從最低位開(kāi)始,即在某一位上,取這二個(gè)數(shù)按位相加;采用“對(duì)沖”、“劃Q”、累加,得到這二個(gè)數(shù)該位“按位加”和數(shù);將此和數(shù)記入下一運(yùn)算層,作為“部份和”數(shù);同時(shí)所得“混數(shù)進(jìn)位”,則存放到下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位上的空位或0位處;第3步,在上述某位的相鄰高位上,重復(fù)第2步的運(yùn)算;如此反復(fù),直至二數(shù)最高位也已運(yùn)算為止;當(dāng)采用并行運(yùn)算時(shí),二數(shù)各位同時(shí)進(jìn)行第2步及第3步運(yùn)算,則本步可跳越過(guò)去;當(dāng)采用串并行運(yùn)算時(shí),則類似處理;
第4步,取K或2K個(gè)數(shù)中的另二個(gè)數(shù),進(jìn)行第2步及第3步運(yùn)算;如此反復(fù),直至K或2K個(gè)數(shù)或運(yùn)算層中全部數(shù)均取完為止;當(dāng)僅剩下一個(gè)數(shù)時(shí),則直接移至下一運(yùn)算層作為“部份和”數(shù);第5步,在下一個(gè)運(yùn)算層中,將上述“按位和”數(shù)及“進(jìn)位”數(shù)進(jìn)行前述第2步、第3步、第4步求和運(yùn)算;如此反復(fù),直至運(yùn)算層中,運(yùn)算后僅獲得一個(gè)數(shù)為止;則最后所得混數(shù)進(jìn)制加法運(yùn)算和數(shù),即為所求K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)加減運(yùn)算結(jié)果;或者,采用以下第二種步驟第1步,設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù);將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù);第2步,從最低位開(kāi)始,即在某一位上,取二至K或2K個(gè)數(shù)同時(shí)相加;采用“對(duì)沖”、“劃Q”、累加;即在二數(shù)時(shí),得到二個(gè)數(shù)該位“按位加”和數(shù);將此和數(shù)記入下一運(yùn)算層,作為“部份和”數(shù);同時(shí)所得“混數(shù)進(jìn)位”,則存放到下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位上的空位或0位處;第3步,在上述某位上,取K或2K個(gè)數(shù)中的另二個(gè)數(shù),重復(fù)第2步的運(yùn)算;如此反復(fù),直至K或2K個(gè)數(shù)或運(yùn)算層中全部數(shù)均取完為止;當(dāng)僅剩下一個(gè)數(shù)時(shí),則直接移至下一運(yùn)算層作為“部份和”數(shù);當(dāng)采用同一位上各數(shù)同時(shí)運(yùn)算時(shí),同時(shí)進(jìn)行第2步及第3步運(yùn)算,則本步可跳越過(guò)去;這時(shí)在同一位上,對(duì)n個(gè)和為0的數(shù)先進(jìn)行“對(duì)沖”;然后,對(duì)n個(gè)和為mQ的數(shù)進(jìn)行“劃Q”;n為≥2的整數(shù),m為整數(shù);所得“混數(shù)進(jìn)位”,則存放到下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位上的空位或0位處;同一位上,余下各數(shù)進(jìn)行“累加”,或者直接移至下一運(yùn)算層;累加采用≥2的“多數(shù)累加”;當(dāng)采用普通二數(shù)“累加”時(shí),則順序串行累加;第4步,在上述某位的相鄰高位上,重復(fù)第2步及第3步的運(yùn)算;如此反復(fù),直至K或2K個(gè)數(shù)最高位也已運(yùn)算為止;第5步,在下一個(gè)運(yùn)算層中,對(duì)上述“按位和”數(shù)及“進(jìn)位”數(shù)進(jìn)行前述第2步、第3步、第4步求和運(yùn)算;如此反復(fù),直至運(yùn)算層中,運(yùn)算后僅獲得一個(gè)數(shù)為止;則最后所得混數(shù)進(jìn)制加法運(yùn)算和數(shù),即為所求K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)加減運(yùn)算結(jié)果;或者,采用以下第三種步驟第1步,設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù);將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù);第2步,采用所謂“二維運(yùn)算”;即,在K或2K個(gè)數(shù)的各位上,同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算;對(duì)每一位上,n個(gè)和為0的數(shù)進(jìn)行“對(duì)沖”;n為≥2的整數(shù);第3步,采用所謂“二維運(yùn)算”;即,在K或2K個(gè)數(shù)的各位上,同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算;對(duì)每一位上,n個(gè)和為mQ的數(shù)進(jìn)行“劃Q”;n為≥2的整數(shù),m為整數(shù);所得“混數(shù)進(jìn)位”,則存放到下一運(yùn)算層的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位上的空位或0位處;第4步,采用所謂“二維運(yùn)算”;即,在K或2K個(gè)數(shù)的各位上,同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算;對(duì)每一位上,余下各數(shù)進(jìn)行“累加”,或者直接移至下一運(yùn)算層;累加采用≥2的“多數(shù)累加”;當(dāng)采用普通二數(shù)“累加”時(shí),則順序串行累加;第5步,在下一個(gè)運(yùn)算層中,將上述“按位和”數(shù)及“進(jìn)位”數(shù)進(jìn)行前述第2步、第3步、第4步求和運(yùn)算;如此反復(fù),直至運(yùn)算層中,運(yùn)算后僅獲得一個(gè)數(shù)為止;則最后所得混數(shù)進(jìn)制加法運(yùn)算和數(shù),即為所求K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)加減運(yùn)算結(jié)果。
混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法中,運(yùn)算采用“進(jìn)位行方法”在運(yùn)算過(guò)程中,將產(chǎn)生的進(jìn)位存放在相鄰高位“進(jìn)位行”中,與一般運(yùn)算數(shù)同等對(duì)待,然后,與“按位和”一起進(jìn)行運(yùn)算。即,進(jìn)位放入下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位上的空位或0位處;然后,與“按位和”一起進(jìn)行運(yùn)算。
對(duì)K個(gè)數(shù)中的n個(gè)數(shù)進(jìn)行求和運(yùn)算時(shí),如果在某一位上,其中n個(gè)運(yùn)算數(shù)的按位加和為零,但產(chǎn)生進(jìn)位m(與n個(gè)數(shù)的和數(shù)符號(hào)一致);n為≥2的整數(shù),m為整數(shù);進(jìn)位放入下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位上的空位或0位處;然后,將n個(gè)運(yùn)算數(shù)的某位均以邏輯方式置“0”,不再參加以后的運(yùn)算;這稱為“劃Q”;“劃Q”中m=0時(shí),稱為“對(duì)沖”;或者,不采用“對(duì)沖”及“劃Q”。
所述混數(shù)進(jìn)制數(shù)可以不編碼;可以混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼;也可以全一碼來(lái)編碼,即將各個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)的每一位數(shù)S,都以|S|個(gè)1從最低位順序至高位排列來(lái)對(duì)應(yīng),其余高位均為0,總位數(shù)則為Q或(Q-1)或Q/2或(Q+1)/2位;同時(shí),將S的數(shù)符,即表示該位的數(shù)為正或負(fù),作為相應(yīng)全一碼中每一位上的數(shù)符。(參見(jiàn)具體實(shí)施方式
中,第三部分增Q進(jìn)制及全一碼。)當(dāng)采用全一碼來(lái)編碼混數(shù)進(jìn)制數(shù)時(shí),n個(gè)數(shù)加法僅為n個(gè)數(shù)中1或1的不重復(fù)排列,稱為“排1”;其全一碼編譯可以定碼長(zhǎng)或變碼長(zhǎng)。當(dāng)采用全一碼編碼時(shí),上述“二維運(yùn)算”則為“三維運(yùn)算”。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供一種混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行“筆算工程”技術(shù)方案?;鞌?shù)進(jìn)制運(yùn)算可為前述方案一、方案二。本發(fā)明“筆算工程”技術(shù)方案以方案一來(lái)展示;筆算工程中的數(shù)字工程方法,可采用前述第一種或第二種步驟。這里,采用第二種步驟來(lái)展示。在運(yùn)算過(guò)程中,首先將普通Q進(jìn)制數(shù)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù)一般形式。然后進(jìn)行混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行“混進(jìn)方法HJF”的求和運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果為“混數(shù)進(jìn)制”的“混數(shù)數(shù)”。當(dāng)最終需要時(shí),再將“混數(shù)數(shù)”轉(zhuǎn)換為普通Q進(jìn)制數(shù);或者普通十進(jìn)制數(shù)。
新筆算工程技術(shù)方案中,采用“多重運(yùn)算”。即,多個(gè)數(shù)的加減在一次性運(yùn)算中完成。這樣,就徹底解決了“連減”及“連加減”的困難。同時(shí),乘法本質(zhì)上就是“連加”,除法本質(zhì)上就是“連減”。因此,在乘除中,亦可運(yùn)用“多重運(yùn)算”來(lái)處理。
混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行“筆算工程”中,運(yùn)算數(shù)是混數(shù)進(jìn)制數(shù),Q為自然數(shù)??梢圆痪幋a;可以混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼;也可以全一碼來(lái)編碼,即將各個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)的每一位數(shù)S,都以|S|個(gè)1從最低位順序至高位排列來(lái)對(duì)應(yīng),其余高位均為0。總位數(shù)則為Q/2或(Q+1)/2位;同時(shí),將S的數(shù)符,即表示該位的數(shù)為正或負(fù),作為相應(yīng)全一碼中每一位上的數(shù)符;當(dāng)采用全一碼來(lái)編碼混數(shù)進(jìn)制數(shù)時(shí),n個(gè)數(shù)加法僅為n個(gè)數(shù)中1或1的不重復(fù)排列;全一碼編譯可以定碼長(zhǎng)或變碼長(zhǎng);本發(fā)明混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行筆算工程中,采用變碼長(zhǎng)來(lái)展示。
技術(shù)方案采用混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法,對(duì)K個(gè)數(shù)中的n個(gè)數(shù)進(jìn)行求和運(yùn)算時(shí),如果在某一位上,其中n個(gè)運(yùn)算數(shù)的按位加和為零,但產(chǎn)生進(jìn)位m(與n個(gè)數(shù)的和數(shù)符號(hào)一致);n為≥2的整數(shù),m為整數(shù);進(jìn)位放入下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位的空位或0位處;然后,將n個(gè)運(yùn)算數(shù)的某位均以邏輯方式置“0”,不再參加以后的運(yùn)算;這稱為“劃Q”;“劃Q”中m=0時(shí),稱為“對(duì)沖”;或者,不采用“對(duì)沖”及“劃Q”。新筆算工程技術(shù)方案中,廣泛運(yùn)用“對(duì)沖”(約混)及“劃Q”運(yùn)算,用以提高運(yùn)算速度并簡(jiǎn)化運(yùn)算畫(huà)面。
具體實(shí)施例方式
第一部分 混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法(本部分為后面“第二部分混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行筆算工程技術(shù)方案”的基礎(chǔ)。包括1.《進(jìn)位行方法》;2.混數(shù)及混數(shù)進(jìn)制;3.《混進(jìn)方法HJF》及其混十進(jìn)制{十*}/增十進(jìn)制{十△}/偏十進(jìn)制{十’}/稱三進(jìn)制{三”}四則運(yùn)算;4.混十進(jìn)制{十*}/增十進(jìn)制{十△}/偏十進(jìn)制{十’}/稱三進(jìn)制{三”}與普通十進(jìn)制{十}的關(guān)系;5.結(jié)論。)1.《進(jìn)位行方法》1.1進(jìn)位與《進(jìn)位行方法》在電子計(jì)算機(jī)等數(shù)字工程的數(shù)值運(yùn)算中,運(yùn)算速度提高的關(guān)鍵之一,就在于“進(jìn)退位”,簡(jiǎn)稱“進(jìn)位”。進(jìn)位的獲得,進(jìn)位的存貯以及進(jìn)位的參予運(yùn)算都是至關(guān)重要的?!斑M(jìn)位”就是爭(zhēng)“速度”。在筆算工程中,還直接影響到“出錯(cuò)率”。本部分以筆算工程為例來(lái)展示。
所謂《進(jìn)位行方法》就是,在運(yùn)算過(guò)程中,將產(chǎn)生的進(jìn)位存放在參予運(yùn)算與“按位和”數(shù)同等的位置上,然后與“按位和”一起進(jìn)行運(yùn)算。通常同運(yùn)算層中二數(shù)相加時(shí),將各位上的進(jìn)位排列成一行,稱為“進(jìn)位行”。(運(yùn)算層的概念,見(jiàn)下節(jié)。)舉例如下,設(shè)二普通十進(jìn)制數(shù)求和,算式如式三123456+345678=469134。個(gè)位運(yùn)算(6+8)=14,其進(jìn)位1寫(xiě)于下一行的高一位上。依此類推。式中二數(shù)相加時(shí),各位上不計(jì)進(jìn)位的求和,稱為“按位加”。其和稱為“按位和”。按位和的數(shù)據(jù)行,稱為“行”。行與進(jìn)位行組成“運(yùn)算層”。
1.2《進(jìn)位行方法》分析1.2.1二數(shù)求和的分析采用《進(jìn)位行方法》的加法運(yùn)算由上節(jié)可知①二數(shù)相加時(shí),每一位上只有二個(gè)數(shù)相加;在進(jìn)位行中直接標(biāo)示進(jìn)位,不存在任何困難;②驗(yàn)算十分方便。
二數(shù)相加時(shí),任意位上要么有進(jìn)位記為1,要么無(wú)進(jìn)位記為0;[引理二]二數(shù)相加時(shí),任意位上的和可為0~9之一。但是,當(dāng)該位上有向高位進(jìn)位時(shí),該位上的和只能為0~8之一,而不能為9。
由[引理一]和[引理二]可得[定理一]二數(shù)相加時(shí),當(dāng)且僅當(dāng)某位上沒(méi)有向高位進(jìn)位時(shí),該位上的和才可能出現(xiàn)9。
1.2.2層次概念及運(yùn)算層設(shè)二數(shù)求和為式四5843029+4746979=10590008。由式四可見(jiàn),運(yùn)算是分層次進(jìn)行的。運(yùn)算層將一個(gè)運(yùn)算解剖成子運(yùn)算。每一運(yùn)算層中,又將子運(yùn)算解剖成微運(yùn)算。微運(yùn)算僅完成一項(xiàng)簡(jiǎn)單運(yùn)算。這就是運(yùn)算的“層次”概念?!皩哟巍备拍钍菙?shù)學(xué)中的基本概念,《進(jìn)位行方法》正是建立在此基礎(chǔ)上。以往的加法運(yùn)算方法,本質(zhì)上也隱含“層次”概念。因此,《進(jìn)位行方法》中的“層次”,從總體上看并未增加運(yùn)算的復(fù)雜性。反之,以往的方法由于隱含了“層次”,反而進(jìn)一步增加了運(yùn)算的復(fù)雜性。這一點(diǎn),也進(jìn)一步造成運(yùn)算速度被降低。
1.2.3唯一的運(yùn)算層二數(shù)相加時(shí),特別情況下會(huì)出現(xiàn)多次運(yùn)算層。各層有如下關(guān)系成立。
二數(shù)相加時(shí),當(dāng)某位前一運(yùn)算層上有進(jìn)位時(shí),其后各運(yùn)算層上均不可能出現(xiàn)進(jìn)位。(由引理一、二得)[引理四]二數(shù)相加時(shí),當(dāng)某位后一運(yùn)算層上有進(jìn)位時(shí),其前各運(yùn)算層上必?zé)o進(jìn)位。
(由引理一、二得)[定理二]二數(shù)相加時(shí),同一位各運(yùn)算層上,要么都無(wú)進(jìn)位,要么只能有一個(gè)進(jìn)位。(由引理三、四得)[推論]二數(shù)相加時(shí),可以將全部各層進(jìn)位行合并為一個(gè)進(jìn)位行;除第0運(yùn)算層(初始運(yùn)算式)外,可以將各運(yùn)算層合并為一個(gè)運(yùn)算層。
1.2.4三數(shù)及三數(shù)以上求和分析設(shè)三數(shù)求和,算式為231+786+989=2006(式五)。又,設(shè)六數(shù)求和。算式為786+666+575+321+699+999=4046(式六)。操作要點(diǎn)①“劃Q”的運(yùn)用;所謂“劃Q”,即Q進(jìn)制的n個(gè)數(shù)在某位上相加時(shí),其按位加和為零,但該位上產(chǎn)生進(jìn)位m(與n個(gè)數(shù)的和數(shù)符號(hào)一致)。n為≥2的整數(shù),m為整數(shù)。進(jìn)位放入下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位上的空位或0位處;同時(shí)在某位上,該n個(gè)數(shù)均不再參加運(yùn)算。即,同一位上n個(gè)數(shù)和為mQ時(shí),可將n個(gè)數(shù)均劃去,然后在相鄰高位上的空位或0位處補(bǔ)m。在十進(jìn)制時(shí)Q=10,劃Q即為“劃十”。
②多個(gè)數(shù)相加,可出現(xiàn)二個(gè)及二個(gè)以上的運(yùn)算層。為了減少運(yùn)算層數(shù),同一位上的同一運(yùn)算層空位或0位中,進(jìn)位及和數(shù)可以任意占位;因此,上述“進(jìn)位行”可以視為一個(gè)運(yùn)算層中某位上的進(jìn)位,可以放入下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位上的空位或0位處;③盡量減少運(yùn)算層。a、較小的數(shù),直接合并算;b、盡量在“配對(duì)”中進(jìn)位;c、盡量減少在第一運(yùn)算層上相加數(shù)的個(gè)數(shù),盡量使第二及二以上運(yùn)算層不出現(xiàn)。
④同一位上,各數(shù)進(jìn)行“累加”,或者直接移至下一運(yùn)算層;累加采用≥2的“多數(shù)累加”;當(dāng)采用普通二數(shù)“累加”時(shí),則順序串行累加;“相同數(shù)”、“連續(xù)數(shù)”等,可直接得“部分和”。
2.混數(shù)及混數(shù)進(jìn)制2.1《數(shù)制理論SZLL》2.1.1按同一種規(guī)則記錄數(shù),便于用來(lái)在一個(gè)數(shù)系統(tǒng)中進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)的制度,稱為“記數(shù)系統(tǒng)的制度”。簡(jiǎn)稱為“數(shù)制”?!稊?shù)制理論SZLL》就是研究數(shù)制的生成、分類、分析、比較、變換、計(jì)算等的科學(xué)。它也是研究數(shù)制在數(shù)論、群論、集合論、博弈論等數(shù)學(xué)其他分支;及其在多值邏輯、Walsh函數(shù)、《狹義及廣義模隨論MSL》等鄰近學(xué)科;特別是在數(shù)字工程領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)、筆算工程及算盤中應(yīng)用的科學(xué)。它是數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)理論之一。數(shù)學(xué)科學(xué),即“數(shù)”的科學(xué)?!皵?shù)”的基本為“數(shù)制”。因此,《數(shù)制理論SZLL》是“數(shù)論”的基礎(chǔ),是“核心數(shù)學(xué)”的“核心”之一。
2.1.2位值制數(shù)制設(shè),構(gòu)造一個(gè)數(shù)系,其中的數(shù)以各不相同位置上的“數(shù)符”來(lái)表示?!皵?shù)符”又稱“數(shù)字”。對(duì)于每個(gè)數(shù)位上的全部數(shù)字,均給定一個(gè)單位值(又稱“位值”)。數(shù)字通常從右向左水平排列,其值由低(小)到高(大)。以此表示整個(gè)數(shù)系中每一個(gè)數(shù)的數(shù)制,稱為“位值制數(shù)制”。我們以下討論的數(shù)制,都是“位值制數(shù)制”。在不致誤解時(shí),也直接簡(jiǎn)稱為“數(shù)制”。
2.1.3數(shù)制的三大要素?cái)?shù)位I,數(shù)元集Zi和權(quán)Li。
a、數(shù)位I表示數(shù)制中數(shù)的各位數(shù)字的位置。I為序數(shù)。整數(shù)時(shí),各位上I從右至左來(lái)表示。即,I=1,2,3,…表示該數(shù)的第1,2,3,…位。
b、數(shù)元集Zi,表示第I位上的“數(shù)元”組成的集合。同一數(shù)制系統(tǒng)中,各個(gè)數(shù)同一位上不同符號(hào)的全體,組成一個(gè)該位上的數(shù)符集。該數(shù)符集中的元素,稱為“數(shù)的元素”。簡(jiǎn)稱為“數(shù)元”。因此,該數(shù)符集稱為“數(shù)元集Z”。數(shù)元集Zi可以隨著i的取值不同而不同,也可以相同。當(dāng)各位上的Zi均為相同的Z時(shí),相應(yīng)的數(shù)制稱為“單一集數(shù)制”或“單一數(shù)制”;當(dāng)各位上的Zi不全相同時(shí),相應(yīng)的數(shù)制稱為“聯(lián)合集數(shù)制”或“聯(lián)合數(shù)制”。
數(shù)元集Zj中的數(shù)元可為復(fù)數(shù)或其他多種多樣符號(hào)。在《數(shù)制理論》中,以aj來(lái)表示數(shù)元(a1,a2,a3,…),j為自然數(shù)。以iaj表示第i位上數(shù)元aj。約定,aj=-A(A為復(fù)數(shù))時(shí),可表示為aj=A。數(shù)元集Zi以集合{a1,…,aj,…}來(lái)表示,即Zi={a1,…,aj,…};或者,Zi以文字表明其特征。為便于計(jì)算,通常取數(shù)元aj為整數(shù),以阿拉伯?dāng)?shù)字來(lái)表示。
數(shù)元集Zi的基數(shù)Pi(Pi為自然數(shù)),表示了集的元素總數(shù)。恩格思指出它“不但決定它自己的質(zhì),而且也決定其他一切數(shù)的質(zhì)?!盤i的取值不同,標(biāo)示了數(shù)元集Zi的變化。各位上的Pi為相同的P,則稱為“單一基數(shù)”;否則,稱為“聯(lián)合基數(shù)”。
在《數(shù)制理論》的“位值制數(shù)制”中,定義數(shù)中的“空位”表示“無(wú)”,其位值為0,稱為“空位0”?!翱瘴?”是0的一種,是0的一種表達(dá)形式,是一種隱含的0。通常不加以標(biāo)明;在數(shù)元集中,“空位”是一種特殊的數(shù)元,稱為“空位元”。簡(jiǎn)稱為“空元”?!翱赵笔敲恳粋€(gè)“位值制數(shù)制”數(shù)元集均有的數(shù)元,其在數(shù)元集中的表示即為“空位”。通常不加以標(biāo)明?!翱赵笔菙?shù)元集中,唯一通常不計(jì)入數(shù)元aj,也不計(jì)個(gè)數(shù),即個(gè)數(shù)為0的數(shù)元;另一方面,在特別情況下,為統(tǒng)一表述,則將其計(jì)入數(shù)元,其個(gè)數(shù)計(jì)為1。
c、權(quán)Li,表示第i位上的位值大小。特稱此位值為“權(quán)Li”。Li為實(shí)數(shù)。為便于計(jì)算,通常取權(quán)Li為整數(shù),特別是自然數(shù),以阿拉伯?dāng)?shù)字來(lái)表示。不同的Li,就決定了不同的位值。在“編碼理論”中,“編碼”的主要特征就在于權(quán)Li。
實(shí)際中常見(jiàn)的權(quán)Li采用所謂“冪權(quán)”。即,令Li=Qi(i-1),Qi為實(shí)數(shù)。為便于計(jì)算,通常取Qi為自然數(shù)。Qi可以阿拉伯?dāng)?shù)字來(lái)表示,也可以中文小寫(xiě)數(shù)字來(lái)表示。常見(jiàn)各位Li均為冪權(quán),而且成等比Q的數(shù)制。Q稱為數(shù)制冪權(quán)的“底數(shù)”或數(shù)制的“底數(shù)”。底數(shù)Q的不同,決定了不同的Li,從而決定了不同的位值。Qi可以隨著i的取值不同而不同,也可以相同。當(dāng)各位上的數(shù)制冪權(quán)Qi,其底數(shù)均為相同的Q時(shí),相應(yīng)的數(shù)制稱為“單一Q進(jìn)制”。簡(jiǎn)稱為“Q進(jìn)制”或“進(jìn)制”。當(dāng)各位上的數(shù)制冪權(quán)Qi,其底數(shù)不全相同時(shí),相應(yīng)的數(shù)制稱為“聯(lián)合Q進(jìn)制”。另一種常用的權(quán)Li采用“等權(quán)”,即各位上的權(quán)L相同。
在任一個(gè)具有整數(shù)段數(shù)元集的Q進(jìn)制數(shù)制中,當(dāng)P=Q時(shí),自然數(shù)在該數(shù)制中可以連續(xù)唯一的形態(tài)表達(dá),稱為“連續(xù)數(shù)制”,又稱“普通數(shù)制”。對(duì)于Q進(jìn)制,又稱為“普通Q進(jìn)制”,簡(jiǎn)稱為“普Q進(jìn)制”;當(dāng)P>Q時(shí),自然數(shù)在該數(shù)制中可以連續(xù),但有時(shí)以多種形態(tài)表達(dá),稱為“重復(fù)數(shù)制”,或“增強(qiáng)數(shù)制”。對(duì)于Q進(jìn)制,又稱為“增強(qiáng)Q進(jìn)制”,簡(jiǎn)稱為“增Q進(jìn)制”;當(dāng)P<Q時(shí),自然數(shù)在該數(shù)制中只能斷續(xù)的形態(tài)表達(dá),稱為“斷續(xù)數(shù)制”,或“減弱數(shù)制”。對(duì)于Q進(jìn)制,又稱為“減弱Q進(jìn)制”,簡(jiǎn)稱為“減Q進(jìn)制”。
根據(jù)上述數(shù)制的三大要素,數(shù)制可以有無(wú)窮無(wú)盡的種類。
2.2混數(shù)及混數(shù)進(jìn)制當(dāng)數(shù)元集Zi中,含數(shù)元0時(shí),該相應(yīng)數(shù)制被稱為“含0數(shù)制”。對(duì)于進(jìn)制,則稱為“含0進(jìn)制”;當(dāng)數(shù)元集Zi中,不含數(shù)元0時(shí),該相應(yīng)數(shù)制被稱為“不含0數(shù)制”。對(duì)于進(jìn)制,則稱為“不含0進(jìn)制”。
當(dāng)數(shù)元集Zi中,既有正數(shù)元,又有負(fù)數(shù)元時(shí),相應(yīng)數(shù)制被稱為“混數(shù)數(shù)制”。對(duì)于進(jìn)制,則稱為“混數(shù)進(jìn)制”;混數(shù)數(shù)制中的數(shù),稱為“混數(shù)”?!盎鞌?shù)”中既有正數(shù)元又有負(fù)數(shù)元的數(shù),稱“純混數(shù)”。(數(shù)元0為中性數(shù)元。)在《數(shù)制理論》中,當(dāng)數(shù)元集Zi中正負(fù)數(shù)元均互為相反數(shù)時(shí),相應(yīng)數(shù)制稱為“對(duì)稱數(shù)制”。對(duì)于Q進(jìn)制,則稱為“對(duì)稱Q進(jìn)制”。簡(jiǎn)稱為“稱Q進(jìn)制”;當(dāng)數(shù)元集的正負(fù)數(shù)元均不是相反數(shù)時(shí),相應(yīng)數(shù)制稱為“不對(duì)稱數(shù)制”。對(duì)于Q進(jìn)制,則稱為“不對(duì)稱Q進(jìn)制”;當(dāng)數(shù)元集的正負(fù)數(shù)元不全是相反數(shù)時(shí),相應(yīng)數(shù)制稱為“偏對(duì)稱數(shù)制”。對(duì)于Q進(jìn)制,則稱為“偏對(duì)稱Q進(jìn)制”。簡(jiǎn)稱為“偏Q進(jìn)制”。
當(dāng)數(shù)元集Zi中,全部數(shù)元為連續(xù)整數(shù)成為“整數(shù)段”時(shí),該相應(yīng)數(shù)制被稱為“整數(shù)段數(shù)制”。對(duì)于進(jìn)制,則稱為“整數(shù)段進(jìn)制”。恩格斯指出,“零比其他一切數(shù)都有更豐富的內(nèi)容?!辫b于“0”的這種特殊重要性,在《數(shù)制理論》中,含0整數(shù)段去掉0時(shí),仍作為一種特殊的整數(shù)段。
在《數(shù)制理論》中建立了“代數(shù)數(shù)制系統(tǒng)”。一個(gè)數(shù)制的名稱采用“ZiLi”。對(duì)Q進(jìn)制,則為ZiQi;單一數(shù)制時(shí),則為ZLi;單一數(shù)制中聯(lián)合Q進(jìn)制時(shí),則為ZQi。單一數(shù)制中Q進(jìn)制時(shí),則為ZQ。這里Q的具體數(shù)值以中文小寫(xiě)數(shù)來(lái)表示。
“普Q進(jìn)制”中,特別重要的一種是,數(shù)元集中全部數(shù)元為含么元的、非負(fù)整數(shù)段的、不對(duì)稱普Q進(jìn)制。(本文中除特別注明外,“普Q進(jìn)制”特指這一種。下同。)對(duì)于含0的普Q進(jìn)制,Z={0,1,…,(Q-1)}。故ZQ={0,1,…,(Q-1)}Q,Q為>1的整數(shù),稱為“含0普Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{含0,Q};對(duì)于不含0的{1,2,…,Q}Q,Q為自然數(shù),稱為“不含0普Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{不含0,Q}。含0和不含0的普Q進(jìn)制,合起來(lái)統(tǒng)稱為“普Q進(jìn)制”,Q為自然數(shù)。符號(hào)表示為{Q}。當(dāng)不致誤解時(shí),“含0普Q進(jìn)制”亦可稱為“普Q進(jìn)制”,亦以符號(hào){Q}來(lái)表示。故可以符號(hào){二}及{十}來(lái)表示普通二進(jìn)制及普通十進(jìn)制。
本文中的混數(shù)進(jìn)制主要為以下幾類“混Q進(jìn)制”是特別重要的一種“對(duì)稱數(shù)制”。對(duì)于含0的{0,±1,…,±(Q-1)}Q進(jìn)制,Q為>1的整數(shù),稱為“含0混Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{含0,Q*};對(duì)于不含0的{±1,±2,…,±Q}Q進(jìn)制,Q為自然數(shù),稱為“不含0混Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{不含0,Q*}。含0和不含0的混Q進(jìn)制,合起來(lái)統(tǒng)稱為“混Q進(jìn)制”,Q為自然數(shù)。符號(hào)表示為{Q*}。當(dāng)不致誤解時(shí),“含0混Q進(jìn)制”亦可稱為“混Q進(jìn)制”,亦以符號(hào){Q*}來(lái)表示。在《數(shù)制理論》中,{十*}的名稱是“單一基數(shù)P=19,含0,整數(shù)段,對(duì)稱的十進(jìn)制”??蓪?xiě)為{十九,含0,整數(shù)段,對(duì)稱}十進(jìn)制,或者寫(xiě)為{0,±1,±2,…,±9}十進(jìn)制。一般情況下,進(jìn)一步符號(hào)表示為{十*},稱為“混十進(jìn)制”;{二*}的名稱是“單一基數(shù)P=3,含0,整數(shù)段,對(duì)稱的二進(jìn)制”??蓪?xiě)為{三,含0,整數(shù)段,對(duì)稱}二進(jìn)制,或者寫(xiě)為{0,±1}二進(jìn)制。一般情況下,進(jìn)一步符號(hào)表示為{二*},稱為“混二進(jìn)制”;增Q進(jìn)制中,特別重要的一種是P=Q+1>Q。(本文中除特別注明外,“增Q進(jìn)制”特指這一種。下同。)對(duì)于含0的{0,±1,…,±Q/2}Q進(jìn)制,Q為正偶數(shù),稱為“含0增Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{含0,Q△};對(duì)于不含0的{±1,±2,…,±(Q+1)/2}Q進(jìn)制,Q為正奇數(shù),稱為“不含0增Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{不含0,Q△}。含0和不含0的增Q進(jìn)制,合起來(lái)統(tǒng)稱為“增Q進(jìn)制”,Q為自然數(shù)。符號(hào)表示為{Q△}。當(dāng)不致誤解時(shí),“含0增Q進(jìn)制”亦可稱為“增Q進(jìn)制”,亦以符號(hào){Q△}來(lái)表示。在《數(shù)制理論》中,{十△}的名稱是“單一基數(shù)P=11,含0,整數(shù)段,對(duì)稱的十進(jìn)制”??蓪?xiě)為{十一,含0,整數(shù)段,對(duì)稱}十進(jìn)制,或者寫(xiě)為{0,±1,±2,…,±5}十進(jìn)制。一般情況下,進(jìn)一步符號(hào)表示為{十△},稱為“增十進(jìn)制”;{二△}的名稱是“單一基數(shù)P=3,含0,整數(shù)段,對(duì)稱的二進(jìn)制”??蓪?xiě)為{三,含0,整數(shù)段,對(duì)稱}二進(jìn)制,或者寫(xiě)為{0,±1}二進(jìn)制。一般情況下,進(jìn)一步符號(hào)表示為{二△},稱為“增二進(jìn)制”;“偏Q進(jìn)制”中重要的是,“數(shù)元集”中僅有一個(gè)最大的正數(shù)元沒(méi)有相應(yīng)的負(fù)數(shù)元,其余均為0或?qū)ΨQ數(shù)元的一種。其中,又以同時(shí)為“普通Q進(jìn)制”的特別重要。本文中,偏Q進(jìn)制僅指這后一種。對(duì)于含0的{0,±1,…,±(Q/2-1),Q/2}Q進(jìn)制,Q為正偶數(shù),稱為“含0偏Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{含0,Q’};對(duì)于不含0的{±1,±2,…,±(Q-1)/2,(Q+1)/2}Q,Q為正奇數(shù),稱為“不含0偏Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{不含0,Q’}。含0和不含0的偏Q進(jìn)制,合起來(lái)統(tǒng)稱為“偏Q進(jìn)制”,Q為自然數(shù)。符號(hào)表示為{Q’}。當(dāng)不致誤解時(shí),“含0偏Q進(jìn)制”亦可稱為“偏Q進(jìn)制”,亦以符號(hào){Q’}來(lái)表示。故可以符號(hào){十’}及{二’}來(lái)表示“偏十進(jìn)制”及“偏二進(jìn)制”。在《數(shù)制理論》中,{十’}的名稱是“單一基數(shù)P=10,含0,整數(shù)段,偏對(duì)稱的十進(jìn)制”??蓪?xiě)為{十,含0,整數(shù)段,偏對(duì)稱}十進(jìn)制,或者寫(xiě)為{0,±1,±2,…,±4,5}十進(jìn)制。一般情況下,進(jìn)一步符號(hào)表示為{十’},稱為“偏十進(jìn)制”;{二’}的名稱是“單一基數(shù)P=2,含0,整數(shù)段,偏對(duì)稱的二進(jìn)制”??蓪?xiě)為{二,含0,整數(shù)段,偏對(duì)稱}二進(jìn)制,或者寫(xiě)為{0,1}二進(jìn)制。一般情況下,進(jìn)一步符號(hào)表示為{二’},稱為“偏二進(jìn)制”。
“稱Q進(jìn)制”中重要的是,同時(shí)為“普通Q進(jìn)制”的一種。對(duì)于普通對(duì)稱含0的{0,±1,…,±(Q-1)/2}Q進(jìn)制,Q為>1的奇數(shù),稱為“含0普通對(duì)稱Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{含0,Q”};對(duì)不含0的{±1,…,±Q/2}Q進(jìn)制,Q為正偶數(shù),稱為“不含0普通對(duì)稱Q進(jìn)制”。符號(hào)表示為{不含0,Q”}。含0和不含0的普通對(duì)稱Q進(jìn)制,合起來(lái)統(tǒng)稱為“普通對(duì)稱Q進(jìn)制”,簡(jiǎn)稱為“稱Q進(jìn)制”。Q為>1的整數(shù)。符號(hào)表示為{Q”}。當(dāng)不致誤解時(shí),“含0普通對(duì)稱Q進(jìn)制”,亦可稱為“稱Q進(jìn)制”,亦以符號(hào){Q”}來(lái)表示。
2.3混數(shù)編碼以混數(shù)來(lái)編碼的方法,稱為“混數(shù)編碼”。
當(dāng)A進(jìn)制數(shù)元以B進(jìn)制數(shù)等來(lái)編碼時(shí),A進(jìn)制數(shù)按位排列成相應(yīng)的B進(jìn)制數(shù)等。這稱為“以B進(jìn)制數(shù)等編碼的A進(jìn)制數(shù)”,簡(jiǎn)稱為“B編碼的A數(shù)”,或“編碼B數(shù)”,或“編碼數(shù)”。例,{十}328={二}101001000;其“編碼{二}數(shù)”為0011,0010,1000。如上述“編碼{0,±1}二進(jìn)制數(shù)”,即指以{0,±1}二進(jìn)制(其特況為普通二進(jìn)制)數(shù)來(lái)編碼的“編碼數(shù)”。所謂“編碼B數(shù)”的運(yùn)算,即為“編碼B進(jìn)制”運(yùn)算。這時(shí),A進(jìn)制數(shù)的位與位間為A進(jìn)制運(yùn)算,但每位中則為B進(jìn)制運(yùn)算。A進(jìn)制數(shù)元以B進(jìn)制數(shù)等來(lái)編碼時(shí),所需B進(jìn)制數(shù)的最多位數(shù),稱為“碼長(zhǎng)”。固定的“碼長(zhǎng)”,稱為“定碼長(zhǎng)”;如最高位0不加以標(biāo)明,使之成為“空位0”時(shí),相應(yīng)“碼長(zhǎng)”是變化的,稱為“變碼長(zhǎng)”。
混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法,混數(shù)進(jìn)制數(shù)可以不編碼;可以一般混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼;也可以全一碼來(lái)編碼,即將各個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)的每一位數(shù)S,都以|S|個(gè)1從最低位順序至高位排列來(lái)對(duì)應(yīng),其余高位均為0,總位數(shù)則為Q或(Q-1)或Q/2或(Q+1)/2位;同時(shí),將S的數(shù)符,即表示該位的數(shù)為正或負(fù),作為相應(yīng)全一碼中每一位上的數(shù)符;當(dāng)采用全一碼來(lái)編碼混數(shù)進(jìn)制數(shù)時(shí),n個(gè)數(shù)加法僅為n個(gè)數(shù)中1或1的不重復(fù)排列,稱為“排1”;其全一碼編譯可以定碼長(zhǎng)或變碼長(zhǎng)。
3.《混進(jìn)方法HJF》及其混十進(jìn)制{十*}/增十進(jìn)制{十△}/偏十進(jìn)制{十’}/稱三進(jìn)制{三”}四則運(yùn)算。
采用混數(shù)進(jìn)制和《進(jìn)位行方法》來(lái)進(jìn)行有理數(shù)運(yùn)算的方法,稱為《混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法》,簡(jiǎn)稱為《混進(jìn)方法HJF》?;鞌?shù)進(jìn)制運(yùn)算可為前述四種方案之一;本發(fā)明中,《混進(jìn)方法HJF》采用方案一,以筆算工程來(lái)展示;可采用前述第一種或第二種步驟。這里,采用第二種步驟?;鞌?shù)進(jìn)制的典型為混Q進(jìn)制、增Q進(jìn)制、偏Q進(jìn)制及稱Q進(jìn)制。
其中,采用混Q進(jìn)制和《進(jìn)位行方法》來(lái)進(jìn)行有理數(shù)運(yùn)算的方法,稱為《混Q進(jìn)制、進(jìn)位行方法》;當(dāng)不致誤解時(shí),亦可簡(jiǎn)稱為《混進(jìn)方法HJF》。設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù)。將這些普通Q進(jìn)制數(shù)的正負(fù)符號(hào),分配到相應(yīng)這些數(shù)的每一位上去,即成為混Q進(jìn)制數(shù)。混Q進(jìn)制中,Q=10時(shí)為混十進(jìn)制{十*};其中,采用增Q進(jìn)制和《進(jìn)位行方法》來(lái)進(jìn)行有理數(shù)運(yùn)算的方法,稱為《增Q進(jìn)制、進(jìn)位行方法》;簡(jiǎn)稱為《增進(jìn)方法ZJF》。設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù)。將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)增Q進(jìn)制數(shù)。
(一)以含0的{Q}→{Q△}數(shù)轉(zhuǎn)換為例{Q}={0,1,…,(Q-1)}Q,Q為>1的整數(shù)……①{Q△}={0,±1,…,±Q/2}Q。Q為正偶數(shù)……②由①及②可知,Q為≥2的偶數(shù)。
∵Q≥2,2Q≥2+Q,Q≥Q/2+1,∴(Q-1)≥Q/2當(dāng)Q=2時(shí),(Q-1)=Q/2;即,以絕對(duì)值而言,{二}最大數(shù)元所表示{二}數(shù),等于{二△}最大數(shù)元所表示{二}數(shù);當(dāng)Q為>2的偶數(shù)時(shí),(Q-1)>Q/2;即,以絕對(duì)值而言,{Q}最大數(shù)元所表示{Q}數(shù),總是大于{Q△}最大數(shù)元所表示{Q}數(shù)。這時(shí){Q}數(shù)元(Q-1)={Q△}11。即,{Q}數(shù)元(Q-1)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的{Q△}數(shù),為兩位數(shù)11。其中,高位實(shí)質(zhì)是“進(jìn)位”。
由此可知,一個(gè)含0的{Q}數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的{Q△}數(shù),當(dāng)Q=2時(shí),仍為一個(gè){Q△}數(shù);當(dāng)Q>2的偶數(shù)時(shí),為二個(gè){Q△}數(shù)之和。其中一個(gè){Q△}數(shù),即為“進(jìn)位行”中所表示的數(shù)。因此,K個(gè)含0的{Q}數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的{Q△}數(shù),當(dāng)Q=2時(shí),仍為K個(gè){Q△}數(shù);當(dāng)Q>2的偶數(shù)時(shí),為2K個(gè){Q△}數(shù)之和。(二)對(duì)于不含0的情況,Q為正奇數(shù)??梢宰C明,有類似的結(jié)論。(三)如已經(jīng)將一個(gè){Q}數(shù),另行轉(zhuǎn)換為一個(gè){Q△}數(shù),則K個(gè){Q}數(shù)可轉(zhuǎn)換為K個(gè){Q△}數(shù)。
因此,K個(gè){Q}數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的{Q△}數(shù),可統(tǒng)一成2K個(gè){Q△}數(shù)之和。
本發(fā)明中,均采用2K個(gè)增Q進(jìn)制數(shù)來(lái)展示。增Q進(jìn)制中,Q=10時(shí)為增十進(jìn)制{十△};其中,采用偏Q進(jìn)制和《進(jìn)位行方法》來(lái)進(jìn)行有理數(shù)運(yùn)算的方法,稱為《偏Q進(jìn)制、進(jìn)位行方法》,簡(jiǎn)稱為《偏進(jìn)方法PJF》。設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù)。同理可證,與增Q進(jìn)制一樣有類似的結(jié)論。將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)偏Q進(jìn)制數(shù)。本發(fā)明中,采用2K個(gè)偏Q進(jìn)制數(shù)來(lái)展示。偏Q進(jìn)制中,Q=10時(shí)為偏十進(jìn)制{十’};其中,采用稱Q進(jìn)制和《進(jìn)位行方法》來(lái)進(jìn)行有理數(shù)運(yùn)算的方法,稱為《稱Q進(jìn)制、進(jìn)位行方法》;簡(jiǎn)稱為《稱進(jìn)方法CJF》。設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù)。稱Q進(jìn)制中,Q為>1的整數(shù)。同理可證,與增Q進(jìn)制一樣有類似的結(jié)論。將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)稱Q進(jìn)制數(shù)。本發(fā)明中,采用2K個(gè)稱Q進(jìn)制數(shù)來(lái)展示;稱Q進(jìn)制中,Q=3時(shí)為稱三進(jìn)制{三”}。
3.1四則運(yùn)算3.1.1{十*}的加法例123+456=427式中求得和為573。當(dāng)需要轉(zhuǎn)化為普通十進(jìn)制{十}數(shù)時(shí),和為427。一般來(lái)說(shuō),所求和573不必轉(zhuǎn)化(特別是作為計(jì)算過(guò)程中間結(jié)果時(shí))。確需轉(zhuǎn)化時(shí),方法見(jiàn)4.1轉(zhuǎn)換法則。
3.1.2{十*}的減法例123-456=123+456=339;或者,例112+56-32-85+67-46=723.1.3{十*}的乘法例238×89=125023.1.4{十*}的除法例5728÷23=249……13.1.5{十△}的加法例123+344=433式中求得和為433。當(dāng)需要轉(zhuǎn)化為普通十進(jìn)制{十}數(shù)時(shí),和為427。一般來(lái)說(shuō),所求和433不必轉(zhuǎn)化(特別是作為計(jì)算過(guò)程中間結(jié)果時(shí))。確需轉(zhuǎn)化時(shí),方法見(jiàn)4.1轉(zhuǎn)換法則。
3.1.6{十△}的減法例123-344=123+344=341;或者,例112+144-32-125+133-54=1323.1.7{十△}的乘法例242×131=115023.1.8{十△}的除法例14332÷23=251……13.1.9{十’}的加法例123+344=433式中求得和為433。當(dāng)需要轉(zhuǎn)化為普通十進(jìn)制{十}數(shù)時(shí),和為427。一般來(lái)說(shuō),所求和433不必轉(zhuǎn)化(特別是作為計(jì)算過(guò)程中間結(jié)果時(shí))。確需轉(zhuǎn)化時(shí),方法見(jiàn)4.1轉(zhuǎn)換法則。
3.1.10{十’}的減法例123-344=123+344=341;或者,例112+144-32-125+133-54=1323.1.11{十’}的乘法例242×131=115023.1.12{十’}的除法例14332÷23=251……13.1.13{三”}的加法例1011+1100=11111求得和為11111。當(dāng)需要轉(zhuǎn)化為普通十進(jìn)制{十}數(shù)時(shí),和為43。一般來(lái)說(shuō),所求和11111不必轉(zhuǎn)化(特別是作為計(jì)算過(guò)程中間結(jié)果時(shí))。確需轉(zhuǎn)化時(shí),方法見(jiàn)4.1轉(zhuǎn)換法則。
3.1.14{三”}的減法例1011-1100=01113.1.15{三”}的乘法例1011×1100=11011003.1.16{三”}的除法例{十}25÷18=1…7;1011÷1100=1…1113.2四則運(yùn)算的特點(diǎn)①加減法合并為加法。
首先減法化為加法來(lái)運(yùn)算。這一來(lái)實(shí)際計(jì)算中,加減就合并為加法了。這就消除了通常連加減的困難,這是由于混數(shù)的特性所決定。特別需要指出,基本運(yùn)算“約混”。這是指同一位上的n個(gè)數(shù)求和時(shí),若和數(shù)為零,則這n個(gè)數(shù)可以消去。“約混”也可稱為“對(duì)消”或“對(duì)沖”。即,前述“劃Q”中m=0時(shí),稱為“對(duì)沖”。在算式中,該位上的這n個(gè)數(shù),可以斜線劃去,不再參加以后的運(yùn)算。在實(shí)際運(yùn)算中,采用反復(fù)先“對(duì)沖”、后“劃Q”、再“累加”來(lái)獲得混數(shù)的結(jié)果。
②乘除方法簡(jiǎn)單。
由于采用混數(shù),除法中的“減”過(guò)程變?yōu)椤凹印边^(guò)程。進(jìn)一步,還可以令被除數(shù)變號(hào)。然后,整個(gè)“減”過(guò)程完全變成“加”過(guò)程。這可使整個(gè)運(yùn)算的復(fù)雜性進(jìn)一步降低。以后,我們的除法就以此來(lái)進(jìn)行。應(yīng)該注意,此時(shí)若出現(xiàn)余數(shù),則要將該余數(shù)變號(hào)后,才是最終運(yùn)算結(jié)果的余數(shù)。
同時(shí),除法中的試商過(guò)程,可變?yōu)橛柘仍O(shè)定的迭代過(guò)程。
③四則運(yùn)算加減乘除,均可全面地顯著提高運(yùn)算速度。
④加強(qiáng)運(yùn)算正確性的保障,在“筆算工程”中,大大降低筆算的出錯(cuò)率。
4.混十進(jìn)制{十*}與普通十進(jìn)制{十}的關(guān)系。
4.1{十*}與{十}數(shù)的轉(zhuǎn)換法這里指整數(shù)的情況,例如{十*}382296={十}221716。{十}數(shù)本身即為{十*}數(shù)的一種特況,故{十}數(shù)不經(jīng)轉(zhuǎn)換即為{十*}數(shù),只要將這些普通Q進(jìn)制數(shù)的正負(fù)符號(hào),分配到相應(yīng)這些數(shù)的每一位上去。
{十*}數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù)。方法有幾種一種是將{十*}數(shù)變?yōu)橐徽回?fù)的二個(gè){十}數(shù)求和。這有好多方式。其中,典型的是將該{十*}數(shù)中各正數(shù)字位及0位作為一正{十}數(shù),而將各負(fù)數(shù)字位作為一負(fù){十}數(shù)。例{十*}382296={十}302006-80290=221716。再一種是在該數(shù)的各位上,使正數(shù)不變;負(fù)數(shù)變?yōu)槠浣^對(duì)值對(duì)10取“補(bǔ)”數(shù),同時(shí)在相鄰的高位減1(即加1)。另一種方法是在該數(shù)的各位上,連續(xù)正數(shù)字(或0)的數(shù)字段照寫(xiě)不變。如3×2××6。但,當(dāng)其不在{十*}數(shù)末尾(個(gè)位)時(shí),則最低位加1;連續(xù)負(fù)數(shù)字的數(shù)字段,則使負(fù)數(shù)字變?yōu)槠浣^對(duì)值對(duì)9取“補(bǔ)”數(shù),如×1×70×。然后,在其最低位加1。這樣,求得結(jié)果為221716,即為相應(yīng){十}數(shù)。
當(dāng)需轉(zhuǎn)換的{十*}數(shù)首位為負(fù),即該數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí),則將該數(shù)的相反數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù),然后取此{(lán)十}數(shù)的符號(hào)為負(fù)即可。
4.2{十*}與{十}對(duì)照表及其說(shuō)明(表一)說(shuō)明①表一中0+、0-分別為從正負(fù)方向趨近于0所獲得的0。
②表一中 表示形式為“連續(xù)非負(fù)整數(shù)個(gè)9”的全體的縮寫(xiě)。即 可為0個(gè)9,可為1個(gè)9,可為99,可為999,…等形式。這種形式表示的集合,稱為“連集”。顯然,“連集”為無(wú)限集。設(shè)E為整數(shù),則 為E的“連集”,簡(jiǎn)稱為“連E”。讀作“E點(diǎn)”。以“連集”形式表示的一組無(wú)窮個(gè)數(shù),稱為“連集數(shù)組”或“連集組數(shù)”。
③由數(shù)10的二種表達(dá)形式可知0·=0=0·=0‾·.]]>
④在{十*}數(shù)系統(tǒng)中,“連集”形式有且僅有 四種。由于0·=0‾·,]]> 表一故“連集”形式有且僅有 三種,亦可寫(xiě)為 三種。
4.3{十*}與{十}關(guān)系分析{十}數(shù)是{十*}數(shù)的一部分,{十}數(shù)集是{十*}數(shù)集的真子集;{十*}數(shù){十}數(shù),即{十*}數(shù)對(duì){十}數(shù)有真包含關(guān)系。{十}數(shù)與{十*}數(shù)的關(guān)系是“一多對(duì)應(yīng)”關(guān)系,而不是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。正由于此,{十*}就獲得了多樣處理的靈活性。這是{十*}運(yùn)算中多樣性、快速性的原因。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō),{十*}具有較強(qiáng)的功能。
{十}中P=Q,因而在該數(shù)制中,自然數(shù)是連續(xù)唯一形態(tài)表達(dá)。它沒(méi)有這種多樣性,也缺少了這種相應(yīng)的靈活性。{十*}中P>Q,因而在該數(shù)制中自然數(shù)會(huì)出現(xiàn)多種形態(tài)表達(dá)。這正是該數(shù)制靈活性所在,它使運(yùn)算得以簡(jiǎn)便快捷。也可以說(shuō){十*}是以多樣性來(lái)?yè)Q取了靈活性。有了它,才有了《混進(jìn)方法HJF》,才有了“筆算工程”的新技術(shù)方案。有了它,也才有了處理器及其相應(yīng)電子計(jì)算機(jī)新技術(shù)方案。
{十*}數(shù)轉(zhuǎn)換為{十}數(shù),只能化為相應(yīng)唯一的一個(gè)數(shù)。這是因?yàn)椋瑊十*}數(shù)可經(jīng){十}數(shù)加減直接獲得,而{十}數(shù)加減運(yùn)算后的結(jié)果是唯一的。反之,{十}數(shù)也只能化為相應(yīng)唯一的一組{十*}“連集組數(shù)”。所以,這種{十}數(shù)的“一”與{十*}“連集組數(shù)”的“一”組,二者是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。由此,可建立一種{十*}數(shù)與{十}數(shù)的互為映射關(guān)系。由于變換是集到自身上的對(duì)應(yīng),所以{十}與{十*}數(shù)是“一一變換”。對(duì)于運(yùn)算系統(tǒng)來(lái)說(shuō),{十}與{十*}數(shù)系統(tǒng)是“自同構(gòu)”。相應(yīng){十}數(shù)的各種運(yùn)算性質(zhì),亦在{十*}數(shù)系統(tǒng)中成立。
應(yīng)當(dāng)指出,顯然,上述對(duì){十}與{十*}的分析,完全相應(yīng)于{Q}與{Q*}的分析,因?yàn)閧十}與{Q}是同構(gòu)的。由此可知①{Q}數(shù)是{Q*}數(shù)的一部份,{Q}數(shù)集是{Q*}數(shù)集的真子集。{Q*}數(shù){Q}數(shù),即{Q*}數(shù)對(duì)于{Q}數(shù)有真包含關(guān)系。②{Q}數(shù)與{Q*}數(shù)的關(guān)系是“一多對(duì)應(yīng)”,而不是“一一對(duì)應(yīng)”。③同時(shí),{Q}中的“一”個(gè)數(shù)與相應(yīng)的{Q*}中的“一”組“連集組數(shù)”,二者之間是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。④{Q}與{Q*}數(shù)系統(tǒng)是“自同構(gòu)”。相應(yīng){Q}數(shù)系統(tǒng)的各種運(yùn)算性質(zhì),亦在{Q*}數(shù)系統(tǒng)中成立。
以下4.至4.3節(jié)為增Q進(jìn)制的情況4.增十進(jìn)制{十△}與普通十進(jìn)制{十}的關(guān)系。
4.1{十△}與{十}數(shù)的轉(zhuǎn)換法這里指整數(shù)的情況,例如{十△}222324={十}221716。{十}數(shù)需經(jīng)表一轉(zhuǎn)換成為{十△}數(shù)。{十△}數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù)。方法有幾種一種是將{十△}數(shù)變?yōu)橐徽回?fù)的二個(gè){十}數(shù)求和。這有好多方式。其中,典型的是將該{十△}數(shù)中各正數(shù)字位及0位作為一正{十}數(shù),而將各負(fù)數(shù)字位作為一負(fù){十}數(shù)。例{十△}222324={十}222020-304=221716。再一種是在該數(shù)的各位上,使正數(shù)不變;負(fù)數(shù)變?yōu)槠浣^對(duì)值對(duì)10取“補(bǔ)”數(shù),同時(shí)在相鄰的高位減1(即加1)。另一種方法是在該數(shù)的各位上,連續(xù)正數(shù)字(或0)的數(shù)字段照寫(xiě)不變。如222×2×。但,當(dāng)其不在{十△}數(shù)末尾(個(gè)位)時(shí),則最低位加1;連續(xù)負(fù)數(shù)字的數(shù)字段,則使負(fù)數(shù)字變?yōu)槠浣^對(duì)值對(duì)9取“補(bǔ)”數(shù),如×××6×5。然后,在其最低位加1。這樣,求得結(jié)果為221716,即為相應(yīng){十}數(shù)。
當(dāng)需轉(zhuǎn)換的{十△}數(shù)首位為負(fù),即該數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí),則將該數(shù)的相反數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù),然后取此{(lán)十}數(shù)的符號(hào)為負(fù)即可。
4.2{十△}與{十}對(duì)照表及其說(shuō)明(表一)
表一 {十△}與{十}數(shù)對(duì)照表說(shuō)明①{十}數(shù)相應(yīng)的{十△}數(shù)可有重復(fù)數(shù),也可沒(méi)有;其中,凡{十△}數(shù)中沒(méi)有數(shù)字5(正或負(fù))出現(xiàn)時(shí),則相應(yīng){十}數(shù)沒(méi)有重復(fù)的{十△}數(shù)。
②凡{十△}數(shù)中有數(shù)字5(正或負(fù))出現(xiàn)時(shí),則相應(yīng){十}數(shù)有重復(fù)的{十Δ}數(shù)。此時(shí),該相應(yīng){十}數(shù)中可有數(shù)字5,也可沒(méi)有。{十△}數(shù)對(duì){十}數(shù)的重復(fù)數(shù),以5=15及5=15為“主重復(fù)”,其余重復(fù)數(shù)均可由此推出。
③實(shí)質(zhì)上,由于{十△}的數(shù)元集中既含有5,又含有5才產(chǎn)生相應(yīng)的重復(fù)數(shù)。換句話說(shuō),只要{十△}的數(shù)元集中去掉5或5,則不會(huì)產(chǎn)生重復(fù)數(shù)。這時(shí),相應(yīng)這種無(wú)重復(fù)數(shù)的數(shù)制,稱為Q=10的偏Q進(jìn)制{Q’}。
4.3{十△}與{十}關(guān)系分析{十}數(shù)與{十△}數(shù)的關(guān)系是部分“一多對(duì)應(yīng)”關(guān)系,而不是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。正由于此,{十△}部分多樣性就獲得了部分處理的靈活性。這是{十△}運(yùn)算中部分快速性的原因。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō),{十△}具有較強(qiáng)的功能。{十△}數(shù)轉(zhuǎn)換為{十}數(shù),只能化為相應(yīng)唯一的一個(gè)數(shù)。這是因?yàn)?,{十△}數(shù)可經(jīng){十}數(shù)加減直接獲得,而{十}數(shù)加減運(yùn)算后的結(jié)果是唯一的。反之,{十}數(shù)也只能化為相應(yīng)唯一的一組{十△}數(shù)。所以,這種{十}數(shù)的“一”與{十△}數(shù)的“一”組,二者是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。由此,可建立一種{十△}數(shù)與{十}數(shù)的互為映射關(guān)系。對(duì)于運(yùn)算系統(tǒng)來(lái)說(shuō),{十}與{十△}數(shù)系統(tǒng)“同構(gòu)”。相應(yīng){十}數(shù)的各種基本運(yùn)算性質(zhì),亦在{十△}數(shù)系統(tǒng)中成立。
{十△}中P>Q,因而在該數(shù)制中自然數(shù)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)多種形態(tài)表達(dá)。這正是該數(shù)制部分靈活性所在,它使運(yùn)算得以簡(jiǎn)便快捷。也可以說(shuō){十△}是以部分多樣性來(lái)?yè)Q取了部分靈活性。{十}中P=Q,因而在該數(shù)制中,自然數(shù)是連續(xù)唯一形態(tài)表達(dá)。它沒(méi)有這種多樣性,也缺少了這種相應(yīng)的靈活性。
應(yīng)當(dāng)指出,顯然,上述對(duì){十}與{十△}的分析,完全相應(yīng)于{Q}與{Q△}的分析,因?yàn)閧十}與{Q}是同構(gòu)的。由此可知①{Q}數(shù)與{Q△}數(shù)的關(guān)系是部分“一多對(duì)應(yīng)”,而不是“一一對(duì)應(yīng)”。②同時(shí),{Q}中的“一”個(gè)數(shù)與相應(yīng)的{Q△}中的“一”組數(shù),二者之間是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。③{Q}與{Q△}數(shù)系統(tǒng)“同構(gòu)”。相應(yīng){Q}數(shù)系統(tǒng)的各種基本運(yùn)算性質(zhì),亦在{Q△}數(shù)系統(tǒng)中成立。
以下4.至4.3節(jié)為偏Q進(jìn)制的情況4.偏十進(jìn)制{十’}與普通十進(jìn)制{十}的關(guān)系。
4.1{十’}與{十}數(shù)的轉(zhuǎn)換法這里指整數(shù)的情況,例如{十’}222324={十}221716。{十}數(shù)需經(jīng)表一轉(zhuǎn)換成為{十’}數(shù)。{十’}數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù)。方法有幾種一種是將{十’}數(shù)變?yōu)橐徽回?fù)的二個(gè){十}數(shù)求和。這有好多方式。其中,典型的是將該{十’}數(shù)中各正數(shù)字位及0位作為一正{十}數(shù),而將各負(fù)數(shù)字位作為一負(fù){十}數(shù)。例{十’}222324={十}222020-304=221716。再一種是在該數(shù)的各位上,使正數(shù)不變;負(fù)數(shù)變?yōu)槠浣^對(duì)值對(duì)10取“補(bǔ)”數(shù),同時(shí)在相鄰的高位減1(即加1)。另一種方法是在該數(shù)的各位上,連續(xù)正數(shù)字(或0)的數(shù)字段照寫(xiě)不變。如222×2×。但,當(dāng)其不在{十’}數(shù)末尾(個(gè)位)時(shí),則最低位加1;連續(xù)負(fù)數(shù)字的數(shù)字段,則使負(fù)數(shù)字變?yōu)槠浣^對(duì)值對(duì)9取“補(bǔ)”數(shù),如×××6×5。然后,在其最低位加1。這樣,求得結(jié)果為221716,即為相應(yīng){十}數(shù)。
當(dāng)需轉(zhuǎn)換的{十’}數(shù)首位為負(fù),即該數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí),則將該數(shù)的相反數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù),然后取此{(lán)十}數(shù)的符號(hào)為負(fù)即可。
4.2{十’}與{十}對(duì)照表及其說(shuō)明(表一)說(shuō)明表一中這種無(wú)重復(fù)數(shù)的“普通Q進(jìn)制”數(shù)制,屬于偏Q進(jìn)制{Q’}中特別重要的一種。其中,Q=10。
4.3{十’}與{十}關(guān)系分析
表一{十’}與{十}數(shù)對(duì)照表{十’}數(shù)與{十}數(shù)的關(guān)系是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。{十’}數(shù)轉(zhuǎn)換為{十}數(shù),只能化為相應(yīng)唯一的一個(gè)數(shù)。這是因?yàn)?,{十’}數(shù)可經(jīng){十}數(shù)加減直接獲得,而{十}數(shù)加減運(yùn)算后的結(jié)果是唯一的。反之,{十}數(shù)也只能化為相應(yīng)唯一的{十’}數(shù)。由此,可建立一種{十’}數(shù)與{十}數(shù)的互為映射關(guān)系。對(duì)于運(yùn)算系統(tǒng)來(lái)說(shuō),{十}與{十’}數(shù)系統(tǒng)“同構(gòu)”。相應(yīng){十}數(shù)的各種基本運(yùn)算性質(zhì),亦在{十’}數(shù)系統(tǒng)中成立。{十’}中P=Q,因而在該數(shù)制中,自然數(shù)是連續(xù)唯一形態(tài)表達(dá)。它沒(méi)有多樣性,也缺少了相應(yīng)的靈活性。
應(yīng)當(dāng)指出,顯然,上述對(duì){十}與{十’}的分析,完全相應(yīng)于{Q}與{Q’}的分析,因?yàn)閧十}與{Q}同構(gòu)。由此可知①{Q}數(shù)與{Q’}數(shù)的關(guān)系是“一一對(duì)應(yīng)”。②{Q}與{Q’}數(shù)系統(tǒng)“同構(gòu)”。相應(yīng){Q}數(shù)系統(tǒng)的各種基本運(yùn)算性質(zhì),亦在{Q’}數(shù)系統(tǒng)中成立。
以下4.至4.3節(jié)為稱Q進(jìn)制的情況4.稱三進(jìn)制{三”}與普通十進(jìn)制{十}的關(guān)系。
4.1{三”}與{十}數(shù)的轉(zhuǎn)換法這里指整數(shù)的情況。首先,{十}數(shù)轉(zhuǎn)換成{Q}數(shù)。當(dāng)Q=3時(shí),{十}數(shù)轉(zhuǎn)換成{三}數(shù)。例{十}25={三}221。表一為{十}、{三}及{三”}數(shù)對(duì)照表。
表一{十}、{三}及{三”}數(shù)對(duì)照表轉(zhuǎn)換方法是將{十}數(shù)連續(xù)除以Q,直至商為0時(shí)停止。這樣,每次均出現(xiàn)一位余數(shù)。從最后一位余數(shù)起,依式中位置從低到高,如箭頭所示列出各位余數(shù)。則所獲數(shù)即為需轉(zhuǎn)換結(jié)果{Q}數(shù)。然后,將{Q}數(shù)轉(zhuǎn)換成{Q”}數(shù)。當(dāng)Q=3時(shí),照表一將{三}數(shù)編碼轉(zhuǎn)換成{三”}數(shù);再將{三”}數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù)。例如{三”}1011={十}25。首先將{Q”}數(shù)轉(zhuǎn)換成{Q}數(shù)。當(dāng)Q=3時(shí),{三”}數(shù)轉(zhuǎn)換成{三}數(shù)。例如{三”}1011={三}221。這可以從表一獲得。然后,再將{Q}數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù)。這可以將{Q}數(shù)各位乘以該位上的權(quán)值,再求和獲得。當(dāng)Q=3時(shí),{三”}數(shù)轉(zhuǎn)換成{三}數(shù),再轉(zhuǎn)換成{十}數(shù)。例,{三”}1011={三}221={十}25?;蛘?,直接將{Q”}數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù),即將{Q”}數(shù)各位乘以該位上的權(quán)值,再求和獲得。當(dāng)Q=3時(shí),{三”}數(shù)直接轉(zhuǎn)換成{十}數(shù)。
當(dāng)需轉(zhuǎn)換的{三”}數(shù)首位為負(fù),即該數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí),則將該數(shù)的相反數(shù)轉(zhuǎn)換成{十}數(shù),然后取此{(lán)十}數(shù)的符號(hào)為負(fù)即可。
4.2{三”}與{十}關(guān)系分析。
{三”}中P=Q,因而在該數(shù)制中,自然數(shù)是連續(xù)唯一形態(tài)表達(dá)。它沒(méi)有多樣性,也缺少了相應(yīng)的靈活性。{三”}與{十}數(shù)的關(guān)系是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。由此,可建立一種{三”}數(shù)與{十}數(shù)的互為映射關(guān)系。對(duì)于運(yùn)算系統(tǒng)來(lái)說(shuō),{十}與{三”}數(shù)系統(tǒng)“同構(gòu)”。相應(yīng){十}數(shù)的各種基本運(yùn)算性質(zhì),亦在{三”}數(shù)系統(tǒng)中成立。又,由于{十}數(shù)系統(tǒng)與{Q}數(shù)系統(tǒng)同構(gòu),故{三}與{三”}數(shù)系統(tǒng)同構(gòu)。
應(yīng)當(dāng)指出,顯然,上述對(duì){三}與{三”}的分析,完全相應(yīng)于{Q}與{Q”}的分析。由此可知①{Q}數(shù)與{Q”}數(shù)的關(guān)系是“一一對(duì)應(yīng)”。②{Q}與{Q”}數(shù)系統(tǒng)“同構(gòu)”。相應(yīng){Q}數(shù)系統(tǒng)的各種基本運(yùn)算性質(zhì),亦在{Q”}數(shù)系統(tǒng)中成立。
以上4.至4.3節(jié)分別為混Q進(jìn)制、增Q進(jìn)制、偏Q進(jìn)制、稱Q進(jìn)制的情況5.結(jié)論混數(shù)進(jìn)制、《混進(jìn)方法HJF》在數(shù)字工程中,可顯著提高運(yùn)算速度,而且大大降低筆算的出錯(cuò)率。它正是錢學(xué)森指出的數(shù)學(xué)第三層次“直接應(yīng)用的工程技術(shù)”。這種“工程技術(shù)”一旦與數(shù)字計(jì)算工程緊密結(jié)合時(shí),稱為“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法”。
第二部分 混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行筆算工程技術(shù)方案
(一)筆算工程中,數(shù)值運(yùn)算在原理正確的前提下,最重要的有二點(diǎn);一點(diǎn)是盡可能不出錯(cuò),一點(diǎn)是希望運(yùn)算速度盡可能快。然而,在實(shí)踐中,這二點(diǎn)又常常處于對(duì)立矛盾狀態(tài)。因?yàn)橐怀鲥e(cuò),常常只好降低運(yùn)算速度。反之,要快速又常常出錯(cuò)。
制約上述二點(diǎn)的要害在哪兒?要害就在于“進(jìn)退位”。運(yùn)用前述混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程,可以在數(shù)值運(yùn)算過(guò)程中,使得各運(yùn)算層次上的概念更簡(jiǎn)單、更基本、更清晰。同時(shí),相應(yīng)的操作可以更方便。這就使數(shù)值運(yùn)算的易錯(cuò)性明顯減少,而且運(yùn)算速度得以明顯提高。
(二)由于人類最常用的數(shù)是普通十進(jìn)制數(shù),因此,基礎(chǔ)數(shù)學(xué)都是應(yīng)用普通十進(jìn)制數(shù)。新筆算工程技術(shù)方案采用了混Q進(jìn)制、增Q進(jìn)制或偏Q進(jìn)制中的混十進(jìn)制、增十進(jìn)制或偏十進(jìn)制,來(lái)代替普通十進(jìn)制{十}進(jìn)行運(yùn)算。筆算工程技術(shù)方案,又進(jìn)一步采用《混進(jìn)方法HJF》?;鞌?shù)方法與進(jìn)位行方法的結(jié)合,使二者正好互補(bǔ),互相促進(jìn)。因此,在《混進(jìn)方法HJF》中,運(yùn)算速度大大提高;同時(shí),在筆算工程中,還使出錯(cuò)率大大降低?;鞌?shù)進(jìn)制運(yùn)算可為前述方案一、方案二。本發(fā)明“筆算工程”技術(shù)方案以方案一來(lái)展示;筆算工程中的數(shù)字工程方法,可采用前述第一種或第二種步驟。這里,采用第二種步驟來(lái)展示。
(三)新筆算工程技術(shù)方案中,普遍采用“多重運(yùn)算”。即,多個(gè)數(shù)的加減在一次性運(yùn)算中完成。這樣,就徹底解決了“連減”及“連加減”的困難。同時(shí),乘法本質(zhì)上就是“連加”,除法本質(zhì)上就是“連減”。因此,在乘除中,亦可運(yùn)用“多重運(yùn)算”來(lái)處理。
(四)新筆算工程技術(shù)方案中,廣泛運(yùn)用“對(duì)沖”(約混)及“劃Q”運(yùn)算,用以提高運(yùn)算速度并簡(jiǎn)化運(yùn)算畫(huà)面。對(duì)K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)中的n個(gè)數(shù)進(jìn)行求和運(yùn)算時(shí),如果在某一位上,其中n個(gè)運(yùn)算數(shù)的“按位和”為零,但產(chǎn)生進(jìn)位m(與n個(gè)數(shù)該位上的和數(shù)符號(hào)一致);n為≥2的整數(shù),m為整數(shù);進(jìn)位放入下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位的空位或0位處;然后,將n個(gè)運(yùn)算數(shù)的某位均以邏輯方式置“0”,不再參加以后的運(yùn)算;這稱為“劃Q”;“劃Q”中m=0時(shí),稱為“對(duì)沖”。
(五)混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法中,運(yùn)算數(shù)是混數(shù)進(jìn)制數(shù),Q為自然數(shù)。常采用全一碼編碼,廣泛運(yùn)用“對(duì)沖”。全一碼編譯可以定碼長(zhǎng)或變碼長(zhǎng);本發(fā)明混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行筆算工程中,采用變碼長(zhǎng)來(lái)展示。但是,在筆算工程的應(yīng)用中,由于全一碼編碼數(shù)的字長(zhǎng)較長(zhǎng),故雖可用全一碼來(lái)編碼,亦可不另行編碼。
小結(jié)混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法用于筆算工程,是切實(shí)可行的。筆算工程新技術(shù)方案可以大大提高運(yùn)算速度,同時(shí)大大降低出錯(cuò)率?;鞌?shù)進(jìn)制在筆算工程中的應(yīng)用,相對(duì)于普通十進(jìn)制{十}在筆算工程中的應(yīng)用是一場(chǎng)革命。
理論和實(shí)踐證明,混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程是一種優(yōu)異的筆算工程技術(shù)方案。從根本上來(lái)講,它使+-×÷四則運(yùn)算,也就是有理數(shù)運(yùn)算,全面、系統(tǒng)地改觀。它方便易行,即使對(duì)于初學(xué)者,加減運(yùn)算也可一下子擴(kuò)大到任意多個(gè)數(shù),并且每個(gè)數(shù)可擴(kuò)大到任意多位,根本無(wú)需加以特別的限制。它的低出錯(cuò)率和快速,順利地實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)計(jì)算及其教育的快樂(lè)原則。它的誕生有利于千秋萬(wàn)代的數(shù)學(xué)及教育基業(yè)。
這種筆算工程新技術(shù)方案在人腦筆算中,特別是在教科書(shū)中具有科教上的重大意義??紤]到今天以及未來(lái),基礎(chǔ)數(shù)學(xué)及其教育,在人類生活、生產(chǎn)、教學(xué)等等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用及重大意義,那么,筆算工程新技術(shù)方案的用途和價(jià)值就是不言而喻的了。
第三部分 增Q進(jìn)制及全一碼(本部分為前面“第二部分混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行計(jì)算機(jī)”的附加預(yù)備知識(shí)。)1.增Q進(jìn)制1.1定義在一個(gè)Q進(jìn)制數(shù)制中,凡P>Q的進(jìn)制,特別是P=Q+1>Q的進(jìn)制,稱為“增強(qiáng)Q進(jìn)制”。Q為自然數(shù)。簡(jiǎn)稱為“增Q進(jìn)制”。增Q進(jìn)制中,當(dāng)Q=1時(shí),即為“增一進(jìn)制”。增一進(jìn)制中,主要有二種。其一是{0,1}一進(jìn)制,可表示全部非負(fù)整數(shù)。其元器件為二態(tài)器件;其二是{1,1}一進(jìn)制,亦可表示全部整數(shù)。其元器件亦為二態(tài)器件。本文下面所稱“增一進(jìn)制”,除特別注明外,均指{0,1}一進(jìn)制。
{0,1}一進(jìn)制的運(yùn)算。這里列出加法運(yùn)算,例如{十}4+3+2=9={0,1}一進(jìn)制110101+1011+101=11001100010101011=…。
1.2{0,1}一進(jìn)制與{Q}的關(guān)系。
1.2.1{0,1}一進(jìn)制數(shù)與{Q}數(shù)的轉(zhuǎn)換法。
表二表三{0,1}一進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成{Q}數(shù),可以將{0,1}一進(jìn)制數(shù)中的各位數(shù)字1,以{Q}計(jì)數(shù)即可。所得{Q}計(jì)數(shù)和,即為相應(yīng)的{Q}數(shù)。這就是說(shuō),{0,1}一進(jìn)制數(shù)中有幾個(gè)1,則相應(yīng)的{Q}數(shù)即為幾。顯然,這是十分簡(jiǎn)單的法則(表二);{Q}數(shù)轉(zhuǎn)換成{0,1}一進(jìn)制數(shù),可將{Q}數(shù)各位均乘以各位上的權(quán)。然后,將這些積以同樣個(gè)數(shù)的1,分別在所要表達(dá)的{0,1}一進(jìn)制數(shù)位置上,以不重復(fù)的方式列出即可。這就是說(shuō),{Q}數(shù)為幾,則{0,1}一進(jìn)制數(shù)中就有幾個(gè)1。顯然,這也是十分簡(jiǎn)單的法則。(表三)1.2.2{0,1}一進(jìn)制數(shù)與{Q}數(shù)對(duì)照表及其說(shuō)明說(shuō)明①{0,1}一進(jìn)制數(shù)可表示全部{Q}數(shù)②有較多的重復(fù)數(shù),以4位{0,1}一進(jìn)制數(shù)為例,除0及4唯一外,其余均有重復(fù)數(shù)。其中,1有4個(gè);2有6個(gè);3有4個(gè)。于是,從0~4的重復(fù)數(shù)分別為1,4,6,4,1個(gè)。這與二項(xiàng)式展開(kāi)系數(shù)CKn是一致的。位數(shù)n為自然數(shù),K為0~n;列表即為著名的“揚(yáng)輝三角形”。
③表中 表示形式為“連續(xù)非負(fù)整數(shù)個(gè)0”的全體的縮寫(xiě)。即 可為0個(gè)0,可為1個(gè)0,可為00,可為000,…等形式。這種形式表示的集合,稱為“連集”。顯然,“連集”為無(wú)限集。設(shè)E為整數(shù),則 為E的“連集”,簡(jiǎn)稱為“連E”。讀作“E點(diǎn)”。以“連集”形式表示的一組無(wú)窮個(gè)數(shù),稱為“連集數(shù)組”或“連集組數(shù)”。
1.2.3{0,1}一進(jìn)制與{Q}關(guān)系分析。
(1)Q1,Q為自然數(shù);1為最小的自然數(shù),也是最基本的自然數(shù)單元。Q真包含1,這使得相應(yīng)的{Q}與{0,1}一進(jìn)制之間存在自然的聯(lián)系。
(2){Q}數(shù)與{0,1}一進(jìn)制數(shù)的關(guān)系是“一多對(duì)應(yīng)”關(guān)系,而不是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。{0,1}一進(jìn)制中P=Q+1>Q,因而在該數(shù)制中,自然數(shù)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)多種形態(tài)表達(dá),這正是該數(shù)制靈活性所在。也可以說(shuō),{0,1}一進(jìn)制是以多樣性來(lái)?yè)Q取了靈活性。{Q}中P=Q,因而在該類數(shù)中,自然數(shù)是連續(xù)唯一形態(tài)表達(dá)。它沒(méi)有這種多樣性,也缺少了這種相應(yīng)的靈活性。
(3){0,1}一進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為{Q}數(shù),只能化為相應(yīng)唯一的一個(gè)數(shù)。這是因?yàn)椋瑊0,1}一進(jìn)制數(shù)可經(jīng){Q}數(shù)加減直接獲得,而{Q}數(shù)加減運(yùn)算后的結(jié)果是唯一的。反之,{Q}數(shù)也只能化為相應(yīng)唯一的一組{0,1}一進(jìn)制“連集組數(shù)”。所以,這種{Q}數(shù)的“一”與{0,1}一進(jìn)制“連集組數(shù)”的“一”組,二者是“一一對(duì)應(yīng)”關(guān)系。由此,可建立一種{0,1}一進(jìn)制數(shù)與{Q}數(shù)的互為映射關(guān)系。對(duì)于運(yùn)算系統(tǒng)來(lái)說(shuō),{Q}與{0,1}一進(jìn)制數(shù)系統(tǒng)“同構(gòu)”。相應(yīng){Q}數(shù)的各種基本運(yùn)算性質(zhì),亦在{0,1}一進(jìn)制數(shù)系統(tǒng)中成立。
1.3{0,1}一進(jìn)制的應(yīng)用{0,1}一進(jìn)制由于以么元1配以0構(gòu)造數(shù),而且權(quán)為1,故其“運(yùn)算”常以“傳送”來(lái)實(shí)現(xiàn)。這是{0,1}一進(jìn)制數(shù)運(yùn)算快速原因之一。{0,1}一進(jìn)制數(shù)運(yùn)算中的“進(jìn)位”,也以二數(shù)當(dāng)前位的按位加和為0,而進(jìn)位為Q的“劃Q”邏輯實(shí)現(xiàn)。這種“傳送”及“劃Q”的邏輯實(shí)現(xiàn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,速度卻快。這是{0,1}一進(jìn)制數(shù)運(yùn)算快速原因之二。當(dāng){0,1}一進(jìn)制數(shù)與各種混數(shù)進(jìn)制數(shù)結(jié)合運(yùn)算時(shí)(見(jiàn)后面2.2節(jié)全一碼),又補(bǔ)充了“對(duì)沖”這一結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、速度更為快速的邏輯。這是{0,1}一進(jìn)制數(shù)運(yùn)算快速原因之三。
2.全一進(jìn)制及全一編碼2.1全一進(jìn)制和全一數(shù){0,1}一進(jìn)制數(shù)的多樣性就獲得了多樣處理的靈活性。但是,由于{0,1}一進(jìn)制數(shù)“連集”形式有且僅有一種 而且具有極端的多樣,在同一個(gè)數(shù)中可出現(xiàn)一次以上的“連集”形式。由此造成同一個(gè)數(shù)的形式過(guò)于多樣,難以把握,不便于控制,勢(shì)必增加設(shè)備并且影響運(yùn)算速度。因此,在一般情況下,有必要對(duì){0,1}一進(jìn)制數(shù)加以某種約束條件。這就產(chǎn)生了“全一進(jìn)制”。
在{0,1}一進(jìn)制的正整數(shù)中,限定每一組“連集組數(shù)”只選取自個(gè)位開(kāi)始,從右向左連續(xù)排列么元1的唯一的一種形態(tài)表達(dá);高位上均為0,或以空位表示。例如{十}數(shù)3={0,1}一進(jìn)制數(shù) (“/”表“或者”),限定為{十}3={0,1}一進(jìn)制111。這樣,每一組“連集組數(shù)”中的重復(fù)數(shù)均被刪除,只剩下一個(gè)全是1的唯一形態(tài),稱為“全一數(shù)”。表達(dá)“全一數(shù)”的進(jìn)制稱之為“全一進(jìn)制”。表三中,{0,1}一進(jìn)制數(shù)最左邊的形態(tài),即為“全一進(jìn)制”數(shù)。因此,“全一進(jìn)制”可以是加特定約束條件的{0,1}一進(jìn)制。
在《數(shù)制理論SZLL》的“位值制數(shù)制”中,定義數(shù)中的空位表示具有隱含的“空位0”;在其數(shù)元集中,“空位”是一種特殊的數(shù)元,稱為“空位元”。簡(jiǎn)稱為“空元”。因此,“全一進(jìn)制”可以從不含0普通Q進(jìn)制{不含0,Q}中的{1}一進(jìn)制獲得;故可以定義“全一進(jìn)制”為{1}一進(jìn)制,以符號(hào){一}來(lái)表示。當(dāng)考慮到正負(fù)整數(shù)時(shí),可以將該全一進(jìn)制數(shù)的正負(fù)符號(hào),分配到該數(shù)的各位上去,從而構(gòu)造各位均帶相同符號(hào)的全一進(jìn)制數(shù)。“全一進(jìn)制”也可以從不含0混Q進(jìn)制{不含0,Q*}中的“{1,1}一進(jìn)制”,加約束條件獲得。約束條件為該進(jìn)制數(shù),必須各位上符號(hào)均相同;還可以從不含0增一進(jìn)制中的“{1,1}一進(jìn)制”,加上述同樣約束條件獲得;此外,還可以從其它混數(shù)進(jìn)制獲得。
2.2全一碼全一進(jìn)制顯然具有如下優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)①運(yùn)算速度可能快?!皞魉汀贝媪恕胺D(zhuǎn)”。②多重運(yùn)算時(shí),不需要二二求和,只需要反復(fù)先“對(duì)沖”后“劃Q”即可得結(jié)果。這就可能加快總體運(yùn)算速度。③與{Q}轉(zhuǎn)換方便;缺點(diǎn)①“字長(zhǎng)”太長(zhǎng),位數(shù)多。(當(dāng)取可變字長(zhǎng)時(shí),其平均字長(zhǎng)僅為一半。)②荷載信息量太小。③由于存在“字長(zhǎng)”及“信息量”的嚴(yán)重缺陷,從而大大降低了總體運(yùn)算速度。因此,根據(jù)全一進(jìn)制的優(yōu)缺點(diǎn),揚(yáng)長(zhǎng)避短,以全一進(jìn)制數(shù)來(lái)編碼各種混數(shù)進(jìn)制數(shù)是合適的。以“全一進(jìn)制”數(shù)來(lái)編碼,稱為“全一編碼”?!叭痪幋a”中采用的“全一數(shù)”,稱為“全一碼”。正數(shù)全一碼一位編碼的{二}數(shù),即為{二}數(shù)本身。正數(shù)全一碼九位,編碼{十}數(shù)元碼長(zhǎng)增加至9倍。(當(dāng)取可變碼長(zhǎng)時(shí),其平均碼長(zhǎng)僅為5倍。)例如{十}23=全一碼11,111。對(duì)于各種混數(shù)進(jìn)制數(shù),均可以全一碼來(lái)編碼。
2.3全一碼的計(jì)算。
全一碼的計(jì)算非常簡(jiǎn)單。n個(gè)數(shù)加法僅為n個(gè)數(shù)中1或1的不重復(fù)排列,稱為“排1”。以二數(shù)加法為例,如11+111=11111。特別是,在各種混數(shù)進(jìn)制的數(shù)字工程中,僅僅只需反復(fù)先“對(duì)沖”后“劃Q”,就能獲得各種混數(shù)進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算結(jié)果。當(dāng)最終結(jié)果需要輸出時(shí),才將以全一碼編碼的各種混數(shù)進(jìn)制數(shù),轉(zhuǎn)換成{Q}或{十}數(shù)輸出。
2.4全一碼的應(yīng)用。
全一碼主要應(yīng)用于對(duì){Q}數(shù)及各種混數(shù)進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼。特別是,①采用全一碼九位編碼{十}數(shù),可以實(shí)現(xiàn)普通十進(jìn)制{十}、全一碼、進(jìn)位行處理器及其相應(yīng)的計(jì)算機(jī)和筆算工程及算盤。
②采用全一碼編碼混數(shù)進(jìn)制的十進(jìn)制數(shù),可以實(shí)現(xiàn)混數(shù)進(jìn)制的十進(jìn)制、全一碼、進(jìn)位行處理器及其相應(yīng)的計(jì)算機(jī)和筆算工程及算盤。
③采用全一碼編碼各種混數(shù)進(jìn)制數(shù),可以實(shí)現(xiàn)各種混數(shù)進(jìn)制、全一碼、進(jìn)位行處理器及其相應(yīng)的計(jì)算機(jī)和筆算工程及算盤。
權(quán)利要求
1.一種混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,采用Q進(jìn)制數(shù),以Q進(jìn)制運(yùn)算;Q為自然數(shù);其特征在于,筆算工程技術(shù)方案采用混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法;即,數(shù)字工程采用“混數(shù)進(jìn)制”數(shù),以“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”運(yùn)算。
2.如權(quán)利要求1混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,其特征在于,“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”運(yùn)算可為下列四種方案之一;方案一(適于計(jì)算機(jī)、筆算工程中)①普通Q進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);②混數(shù)進(jìn)制運(yùn)算(“對(duì)沖”、“劃Q”、“累加”);③混數(shù)進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為普通Q進(jìn)制數(shù);方案二(適于計(jì)算機(jī)、算盤中;也可用于筆算工程,也可不用;)①普通Q進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼為“編碼全一進(jìn)制數(shù)”;②“編碼全一進(jìn)制數(shù)”運(yùn)算(“對(duì)沖”、“劃Q”、“累加”);③“編碼全一進(jìn)制數(shù)”譯碼為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為普通Q進(jìn)制數(shù);方案三(適于計(jì)算機(jī)中)①普通Q進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為{0,±1}二進(jìn)制數(shù)(其特況為“普通二進(jìn)制數(shù)”);②{0,±1}二進(jìn)制運(yùn)算(“對(duì)沖”、“劃Q”、“累加”);③{0,±1}二進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為普通Q進(jìn)制數(shù);方案四(適于計(jì)算機(jī)中)①普通Q進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼或另行轉(zhuǎn)換為“編碼{0,±1}二進(jìn)制數(shù)”(其特況為“編碼普通二進(jìn)制數(shù)”);②“編碼{0,±1}二進(jìn)制數(shù)”運(yùn)算(“對(duì)沖”、“劃Q”、“累加”);③“編碼{0,±1}二進(jìn)制數(shù)”譯碼或另行轉(zhuǎn)換為混數(shù)進(jìn)制數(shù);混數(shù)進(jìn)制數(shù)譯碼或另行轉(zhuǎn)換為普通Q進(jìn)制數(shù);本發(fā)明中,采用方案一或方案二來(lái)展示。
3.如權(quán)利要求1-2混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,其特征在于,其中“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”包括以下三種步驟之一;第一種步驟第1步,設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù);將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù);(本發(fā)明中,均采用2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)來(lái)展示);第2步,對(duì)K或2K個(gè)數(shù)中的二個(gè)數(shù),進(jìn)行混數(shù)進(jìn)制的求和運(yùn)算;從最低位開(kāi)始或各位同時(shí)按位相加,即在某一位上,取這二個(gè)數(shù)按位相加;采用“對(duì)沖”、“劃Q”、累加,得到這二個(gè)數(shù)該位“按位加”和數(shù);將此和數(shù)記入下一運(yùn)算層,作為“部份和”數(shù);同時(shí)所得“混數(shù)進(jìn)位”,則存放到下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位的空位或0位處;第3步,在上述某位的相鄰高位上,重復(fù)第2步的運(yùn)算;如此反復(fù),直至二數(shù)最高位也已運(yùn)算為止;當(dāng)采用并行運(yùn)算時(shí),二數(shù)各位同時(shí)進(jìn)行第2步及第3步運(yùn)算,則本步可跳越過(guò)去;第4步,取K或2K個(gè)數(shù)中的另二個(gè)數(shù),進(jìn)行第2步及第3步運(yùn)算;如此反復(fù),直至K或2K個(gè)數(shù)或運(yùn)算層中全部數(shù)均取完為止;當(dāng)僅剩下一個(gè)數(shù)時(shí),則直接移至下一運(yùn)算層作為“部份和”數(shù);第5步,在下一個(gè)運(yùn)算層中,將上述“按位和”數(shù)及“進(jìn)位”數(shù)進(jìn)行前述第2步、第3步、第4步求和運(yùn)算;如此反復(fù),直至運(yùn)算層中,運(yùn)算后僅獲得一個(gè)數(shù)為止;則最后所得混數(shù)進(jìn)制加法運(yùn)算和數(shù),即為所求K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)加減運(yùn)算結(jié)果;或者,采用以下第二種步驟第1步,設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù);將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù);(本發(fā)明中,均采用2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)來(lái)展示);第2步,從最低位開(kāi)始,即在某一位上,取二數(shù)至K或2K個(gè)數(shù)同時(shí)相加;采用“對(duì)沖”、“劃Q”、累加;即在二數(shù)時(shí),得到二個(gè)數(shù)該位“按位加”和數(shù);將此和數(shù)記入下一運(yùn)算層,作為“部份和”數(shù);同時(shí)所得“混數(shù)進(jìn)位”,則存放到下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位的空位或0位處;第3步,在上述某位上,取K或2K個(gè)數(shù)中的另二個(gè)數(shù),重復(fù)第2步的運(yùn)算;如此反復(fù),直至K或2K個(gè)數(shù)或運(yùn)算層中全部數(shù)均取完為止;當(dāng)僅剩下一個(gè)數(shù)時(shí),則直接移至下一運(yùn)算層作為“部份和”數(shù);當(dāng)采用同一位上各數(shù)同時(shí)運(yùn)算時(shí),同時(shí)進(jìn)行第2步及第3步運(yùn)算,則本步可跳越過(guò)去;這時(shí)在同一位上,對(duì)n個(gè)和為0的數(shù)先進(jìn)行“對(duì)沖”;然后,對(duì)n個(gè)和為mQ的數(shù)進(jìn)行“劃Q”;n為≥2的整數(shù),m為整數(shù);所得“混數(shù)進(jìn)位”,則存放到下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位的空位或0位處;同一位上,余下各數(shù)進(jìn)行“累加”,或者直接移至下一運(yùn)算層;累加采用≥2的“多數(shù)累加”;當(dāng)采用普通二數(shù)“累加”時(shí),則順序串行累加;第4步,在上述某位的相鄰高位上,重復(fù)第2步及第3步的運(yùn)算;如此反復(fù),直至K或2K個(gè)數(shù)最高位也已運(yùn)算為止;第5步,在下一個(gè)運(yùn)算層中,對(duì)上述“按位和”數(shù)及“進(jìn)位”數(shù)進(jìn)行前述第2步、第3步、第4步求和運(yùn)算;如此反復(fù),直至運(yùn)算層中,運(yùn)算后僅獲得一個(gè)數(shù)為止;則最后所得混數(shù)進(jìn)制加法運(yùn)算和數(shù),即為所求K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)加減運(yùn)算結(jié)果;或者,采用以下第三種步驟第1步,設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù);將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù);(本發(fā)明中,均采用2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)來(lái)展示);第2步,采用所謂“二維運(yùn)算”;即,在K或2K個(gè)數(shù)的各位上,同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算;并且同時(shí)對(duì)每一位上,n個(gè)和為0的數(shù)進(jìn)行“對(duì)沖”;n為≥2的整數(shù);第3步,采用所謂“二維運(yùn)算”;即,在K或2K個(gè)數(shù)的各位上,同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算;并且同時(shí)對(duì)每一位上,n個(gè)和為mQ的數(shù)進(jìn)行“劃Q”;n為≥2的整數(shù),m為整數(shù);所得“混數(shù)進(jìn)位”,則存放到下一運(yùn)算層的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位的空位或0位處;第4步,采用所謂“二維運(yùn)算”;即,在K或2K個(gè)數(shù)的各位上,同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算;并且同時(shí)對(duì)每一位上,余下各數(shù)進(jìn)行“累加”,或者直接移至下一運(yùn)算層;累加采用≥2的“多數(shù)累加”;當(dāng)采用普通二數(shù)“累加”時(shí),則順序串行累加;第5步,在下一個(gè)運(yùn)算層中,將上述“按位和”數(shù)及“進(jìn)位”數(shù)進(jìn)行前述第2步、第3步、第4步求和運(yùn)算;如此反復(fù),直至運(yùn)算層中,運(yùn)算后僅獲得一個(gè)數(shù)為止;則最后所得混數(shù)進(jìn)制加法運(yùn)算和數(shù),即為所求K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)加減運(yùn)算結(jié)果。
4.如權(quán)利要求1-3混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,其特征在于,混數(shù)進(jìn)制為混Q進(jìn)制,或增Q進(jìn)制,或偏Q進(jìn)制。
5.如權(quán)利要求1-4混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,其特征在于,“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”對(duì)K個(gè)數(shù)中的n個(gè)數(shù)進(jìn)行求和運(yùn)算時(shí),如果在某一位上,其中n個(gè)運(yùn)算數(shù)的按位加和為零,但產(chǎn)生進(jìn)位m(與n個(gè)數(shù)的和數(shù)符號(hào)一致);n為≥2的整數(shù),m為整數(shù);進(jìn)位放入下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位的空位或0位處;然后,將n個(gè)運(yùn)算數(shù)的某位均以邏輯方式置“0”,不再參加以后的運(yùn)算;這稱為“劃Q”;“劃Q”中m=0時(shí),稱為“對(duì)沖”;或者,不采用“對(duì)沖”及“劃Q”。
6.如權(quán)利要求1-5混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,其特征在于,“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”可以不編碼;可以混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼;也可以全一碼來(lái)編碼,即將各個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)的每一位數(shù)S,都以|S|個(gè)1從最低位順序至高位排列來(lái)對(duì)應(yīng),其余高位均為0,總位數(shù)則為Q/2或(Q+1)/2位;同時(shí),將S的數(shù)符,即表示該位的數(shù)為正或負(fù),作為相應(yīng)全一碼中每一位上的數(shù)符;當(dāng)采用全一碼來(lái)編碼混數(shù)進(jìn)制數(shù)時(shí),n個(gè)數(shù)加法僅為n個(gè)數(shù)中1或1的不重復(fù)排列;其全一碼編譯可以定碼長(zhǎng)或變碼長(zhǎng)。
7.如權(quán)利要求1-6混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,其特征是混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程,采用“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”運(yùn)算,Q為自然數(shù);混數(shù)進(jìn)制運(yùn)算可為前述方案一或方案二;現(xiàn)采用方案一來(lái)展示;設(shè)K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)參予加減運(yùn)算,K為≥2的整數(shù),Q為自然數(shù);將這些數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù);筆算工程中的數(shù)字工程方法,可采用前述第一種或第二種步驟;這里,采用第二種步驟來(lái)展示。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,其特征是混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程,對(duì)K個(gè)數(shù)中的n個(gè)數(shù)進(jìn)行求和運(yùn)算時(shí),如果在某一位上,其中n個(gè)運(yùn)算數(shù)的按位加和為零,但產(chǎn)生進(jìn)位m(與n個(gè)數(shù)的和數(shù)符號(hào)一致);n為≥2的整數(shù),m為整數(shù);進(jìn)位放入下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位的空位或0位處;然后,將n個(gè)運(yùn)算數(shù)的某位均以邏輯方式置“0”,不再參加以后的運(yùn)算;這稱為“劃Q”;“劃Q”中m=0時(shí),稱為“對(duì)沖”;或者,不采用“對(duì)沖”及“劃Q”。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,其特征是混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程,所述運(yùn)算數(shù)可以不編碼;可以混數(shù)進(jìn)制數(shù)編碼;也可以全一碼來(lái)編碼,即將各個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)的每一位數(shù)S,都以|S|個(gè)1從最低位順序至高位排列來(lái)對(duì)應(yīng),其余高位均為0,總位數(shù)則為Q/2或(Q+1)/2位;同時(shí),將S的數(shù)符,即表示該位的數(shù)為正或負(fù),作為相應(yīng)全一碼中每一位上的數(shù)符;當(dāng)采用全一碼來(lái)編碼混數(shù)進(jìn)制數(shù)時(shí),n個(gè)數(shù)加法僅為n個(gè)數(shù)中1或1的不重復(fù)排列;全一碼編譯可以定碼長(zhǎng)或變碼長(zhǎng);本發(fā)明混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行筆算工程中,采用變碼長(zhǎng)來(lái)展示。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程技術(shù)方案,其特征是混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行數(shù)字工程方法的筆算工程,其中所述運(yùn)算數(shù)為混Q進(jìn)制數(shù),或增Q進(jìn)制數(shù),或偏Q進(jìn)制數(shù);Q為自然數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字工程方法和筆算工程領(lǐng)域,提出又一種新的數(shù)字工程方法,顯著提高運(yùn)算速度,而且大大降低筆算的出錯(cuò)率。本發(fā)明采用“混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行方法”將參與加減運(yùn)算的K個(gè)普通Q進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成K或2K個(gè)混數(shù)進(jìn)制數(shù)。然后對(duì)K或2K個(gè)數(shù)進(jìn)行混數(shù)進(jìn)制求和。從最低位開(kāi)始或各位同時(shí)“按位加”,和數(shù)存入下一運(yùn)算層;同時(shí)所得“混數(shù)進(jìn)位”,則存放到下一運(yùn)算層或本運(yùn)算層尚未運(yùn)算過(guò)的,任一數(shù)據(jù)行相鄰高位的空位或0位處。經(jīng)過(guò)如此反復(fù)運(yùn)算,直至運(yùn)算層中,運(yùn)算后僅獲得一個(gè)數(shù)為止。則最后所得數(shù),即為所求混數(shù)進(jìn)制加法和數(shù)。本發(fā)明同時(shí)提供了混數(shù)進(jìn)制、進(jìn)位行筆算工程技術(shù)方案。
文檔編號(hào)G06F7/50GK1908889SQ20061012607
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月31日
發(fā)明者李志中, 徐菊?qǐng)@ 申請(qǐng)人:李志中