四进位

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底數區分的進位制系統
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 16 18 20 24 30 32 36 60 64

四进位是以4底數進位制,以 0123 四個數字表示任何實數

四进位與所有固定底數記數系統有著很多共同的屬性,比如以標準的形式表示任何實數的能力(近乎獨特),以及表示有理數無理數的特性。有關屬性的討論可參考十進位二进位

與二进位的關係

八进位十六进位記數系統一樣,四进位二进位有著一種特別的關係:各底數包括 4816 均為 2,故此,四进位八进位十六进位,與二进位之間的換算技術,乃是一個數位對兩個、三個或四個位元或位元來進行換算。例如在四进位:

30210(4) = 1100100100(2)

在二进位運算和邏輯的討論和分析中,八进位和十六进位廣泛應用於電腦技術程式設計范疇,而四进位卻並不然。

希爾伯特曲線

然而,四进位數字有用於表示二維希爾伯特曲線:把位於 01 之間的實數轉換到四进位系統,指示各自四個子象限的各個個別數位就會給顯示出來,並不斷迴圈。

Qua
(四進)
Bin
(二進)
Dec
(十進)
0 0000 0
1 0001 1
2 0010 2
3 0011 3
10 0100 4
11 0101 5
12 0110 6
13 0111 7
20 1000 8
21 1001 9
22 1010 10
23 1011 11
30 1100 12
31 1101 13
32 1110 14
33 1111 15

人類語言

在眾多甚至所有丘馬什語系中原來均使用四进位記數,即數字的讀法結構均為 416(而非 10)。而在約1819年,一位西班牙神父也有記錄了大至32的Ventureño語數字的存活紀錄。[1]

視覺展示

圖1:四进位數字視覺化排序

使用三種有色圓形(1為藍色,2為綠色,3為白色,0為)及五檔位置即可以視覺化形式顯示由 01023 的任何數字。下列圖表是對圖1的解讀。

對應表

標準四进位中的數字 0 到 64(0 到 1000)
十進位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
二进位 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
四进位 0 1 2 3 10 11 12 13 20 21 22 23 30 31 32 33
八进位 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17
十六进位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
十進位 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
二进位 10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 11100 11101 11110 11111
四进位 100 101 102 103 110 111 112 113 120 121 122 123 130 131 132 133
八进位 20 21 22 23 24 25 26 27 30 31 32 33 34 35 36 37
十六进位 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F
十進位 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
二进位 100000 100001 100010 100011 100100 100101 100110 100111 101000 101001 101010 101011 101100 101101 101110 101111
四进位 200 201 202 203 210 211 212 213 220 221 222 223 230 231 232 233
八进位 40 41 42 43 44 45 46 47 50 51 52 53 54 55 56 57
十六进位 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 2A 2B 2C 2D 2E 2F
十進位 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63
二进位 110000 110001 110010 110011 110100 110101 110110 110111 111000 111001 111010 111011 111100 111101 111110 111111
四进位 300 301 302 303 310 311 312 313 320 321 322 323 330 331 332 333
八进位 60 61 62 63 64 65 66 67 70 71 72 73 74 75 76 77
十六进位 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 3A 3B 3C 3D 3E 3F

例(四进位→十進位):

分數

由於只有2的因數,許多四进位分數具有重複數字,儘管這些分數往往相當「小」:

十進位基數
Prime factors of the base: 2, 5
Prime factors of one below the base: 3
Prime factors of one above the base: 11
Other prime factors: 7 13 17 19 23 29 31
四进位基數
Prime factors of the base: 2
Prime factors of one below the base: 3
Prime factors of one above the base: 11
Other prime factors: 13 23 31 101 103 113 131 133
分數 分母 分母 分數
1/2 2 0.5 0.2 2 1/2
1/3 3 0.3333... = 0.3 0.1111... = 0.1 3 1/3
1/4 2 0.25 0.1 2 1/10
1/5 5 0.2 0.03 11 1/11
1/6 2, 3 0.16 0.02 2, 3 1/12
1/7 7 0.142857 0.021 13 1/13
1/8 2 0.125 0.02 2 1/20
1/9 3 0.1 0.013 3 1/21
1/10 2, 5 0.1 0.012 2, 11 1/22
1/11 11 0.09 0.01131 23 1/23
1/12 2, 3 0.083 0.01 2, 3 1/30
1/13 13 0.076923 0.010323 31 1/31
1/14 2, 7 0.0714285 0.0102 2, 13 1/32
1/15 3, 5 0.06 0.01 3, 11 1/33
1/16 2 0.0625 0.01 2 1/100
1/17 17 0.0588235294117647 0.0033 101 1/101
1/18 2, 3 0.05 0.0032 2, 3 1/102
1/19 19 0.052631578947368421 0.003113211 103 1/103
1/20 2, 5 0.05 0.003 2, 11 1/110
1/21 3, 7 0.047619 0.003 3, 13 1/111
1/22 2, 11 0.045 0.002322 2, 23 1/112
1/23 23 0.0434782608695652173913 0.00230201121 113 1/113
1/24 2, 3 0.0416 0.002 2, 3 1/120
1/25 5 0.04 0.0022033113 11 1/121
1/26 2, 13 0.0384615 0.0021312 2, 31 1/122
1/27 3 0.037 0.002113231 3 1/123
1/28 2, 7 0.03571428 0.0021 2, 13 1/130
1/29 29 0.0344827586206896551724137931 0.00203103313023 131 1/131
1/30 2, 3, 5 0.03 0.002 2, 3, 11 1/132
1/31 31 0.032258064516129 0.00201 133 1/133
1/32 2 0.03125 0.002 2 1/200
1/33 3, 11 0.03 0.00133 3, 23 1/201
1/34 2, 17 0.02941176470588235 0.00132 2, 101 1/202
1/35 5, 7 0.0285714 0.001311 11, 13 1/203
1/36 2, 3 0.027 0.0013 2, 3 1/210

遺傳學

四进位和以脫氧核糖核酸 (DNA) 表示的遺傳密碼,兩者之間的位值記錄方式可以相互呼應。四種脫氧核糖核酸核苷酸的簡稱按字母先後次序排列,分別為A(Adenine;腺嘌呤)、C(Cytosine;胞嘧啶)、G(Guanine;鳥嘌呤)及 T(Thymine;胸腺嘧啶),可用作表示四进位數字,按先後次序排列為 0123。在此編碼下,互補數字配對 0↔3 及 1↔2 (二进位為 00↔11 及 01↔10) ,與鹼基對的互補配對 A↔T 及 C↔G 吻合。

比方說,核苷酸序列GATTACA可以四进位數字2033010表示(十進位為9156)。

可是亦有爭議指,脫氧核糖核酸應以二进位表示,而非四进位,理由是「在核苷酸的配對中,A(Adenine;腺嘌呤)只能與T(Thymine;胸腺嘧啶)配對,而C(Cytosine;胞嘧啶)只能與G(Guanine;鳥嘌呤)配對。C不能與AT和自己配對,A又不能與CG和自己配對。簡單來說,核苷酸的配對只存在兩種狀況,如同在電腦使用的二进位。」。可是,另一方面核苷酸的配搭形式可是A↔T也可是其反轉T↔A,可是C↔G也可是其反轉G↔C,形成兩種配搭狀況、四種配搭形式,因此也有觀點認為脫氧核糖核酸應以四进位表示,後者才是正確的觀點。[2]

資料傳輸

四进位的綫路碼也有在資料傳輸應用到。從電報發明伊始,到當代電話通訊的綜合業務數字網線路中,一直用上了2B1Q(雙二進位對一四進位)編碼,在傳輸訊號時以四種電壓代表四個不同的一組雙位元訊號狀況(「10」以+450 mV表示;「11」以+150 mV表示;「01」以-150 mV表示;「00」以-450 mV表示)。

參考資料

  1. "Chumashan Numerals",由Madison S. Beeler著作,刊於Native American Mathematics,由Michael P. Closs (1986)編輯,國際標準書號 0-292-75531-7。
  2. 參照錯誤:無效的 <ref> 標籤,未定義名稱為 #1 的參考文獻內容文字。

延伸閱讀

外部連結