НЕПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ
Т.В. Сарапулова, И.Е. Трофимов
НЕПОЗИЦИОННЫЕ И СМЕШАННЫЕ
СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ
Рекомендовано учебно-методической комиссией
направления 230700.62 «Прикладная информатика» в качестве методических указаний для самостоятельной работы
по дисциплине «Информационные системы и технологии»
Кемерово 2012
Рецензенты:
1. Прокопенко Евгения Викторовна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладных информационных технологий.
2. Соколов Игорь Александрович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой прикладных информационных технологий, председатель УМК направления 230700.62 «Прикладная информатика».
Сарапулова Татьяна Викторовна, Трофимов Иван Евгеньевич. Непозиционные и смешанные системы счисления: метод. указания для самостоятельной работы по дисциплине «Информационные системы и технологии» [электронный ресурс] : для студентов направления подготовки бакалавров 230700.62 «Прикладная информатика»/ Т. В. Сарапулова, И. Е. Трофимов. – Электрон. дан. – Кемерово: КузГТУ, 2012. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) ; зв. ; цв. ; 12 см. – Систем. требования : ОЗУ 64 Мб ; Windows XP/Vista/7 ; (CD-ROM-дисковод). – Загл. с экрана.
Методические указания предназначены для самостоятельного изучения непозиционных и смешанных систем счисления. В состав указаний входят теоретическая база и контрольные вопросы.
Ó КузГТУ
Ó Сарапулова Т.В, Трофимов И.Е.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 4
1. НЕПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ.. 5
1.1. Римская система счисления. 6
1.2. Система остаточных классов (СОК) 6
1.3. Система счисления Штерна-Броко. 8
2. СМЕШАННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ.. 9
2.1. Система счисления майя. 10
2.2. Факториальная система счисления. 10
2.3. Фибоначчиева система счисления. 11
3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 12
4. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.. 13
Целью данной самостоятельной работыявляется изучение непозиционных и смешанных систем счисления.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из обязательных требований к специалисту в области информационных технологий является знание принципов работы с числами. На ранних ступенях развития общества люди почти не умели считать. Они различали совокупности двух и трех предметов; всякая совокупность, содержавшая большее число предметов, объединялась в понятие «много». Предметы при счете сопоставлялись обычно с пальцами рук и ног. По мере развития цивилизации потребность человека в счете стала необходимой. Первоначально натуральные числа изображались с помощью некоторого количества черточек или палочек, затем для их изображения стали использовать буквы или специальные знаки.
Проведём границу между числом и цифрой. Число – это некоторая абстрактная сущность для описания количества. Цифры – это знаки, используемые для записи чисел. Цифры бывают разные, самыми распространёнными являются арабские цифры, представляемые известными нам знаками от нуля (0) до девяти (9); менее распространены римские цифры, мы их можем иногда встретить на циферблате часов или в обозначении века (XIX век).
Итак, запомним: число – это некая абстрактная мера количества, цифра – это знак (рисунок) для записи числа.
Всё множество способов записи чисел с помощью цифр можно разделить на три части:
1. позиционные системы счисления;
2. смешанные системы счисления;
3. непозиционные системы счисления.
Далее мы рассмотрим широко известные смешанные и непозиционные системы счисления.
Денежные знаки – это яркий пример смешанной системы счисления. Сейчас в России используются монеты и купюры следующих номиналов: 1 коп., 5 коп., 10 коп., 50 коп., 1 руб., 2 руб., 5 руб., 10 руб., 50 руб., 100 руб., 500 руб., 1000 руб. и 5000 руб. Чтобы получить некоторую сумму в рублях, нам нужно использовать определенное количество денежных знаков различного достоинства. Предположим, что мы покупаем пылесос, который стоит 6379 руб. Чтобы расплатиться, нам потребуется шесть купюр по тысяче рублей, три купюры по сто рублей, одна пятидесятирублёвая купюра, две десятки, одна пятирублёвая монета и две монеты по два рубля. Если мы запишем количество купюр или монет начиная с 1000 руб. и заканчивая одной копейкой, заменяя нулями пропущенные номиналы, то мы получим число, представленное в смешанной системе счисления; в нашем случае – 603121200000.
В непозиционной же системе счисления величина числа не зависит от положения цифры в представлении числа. Ярким примером непозиционной системы счисления является римская система. Не смотря на свой почтенный возраст, данная система до сих пор используется, хотя и не является общеупотребимой.
НЕПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ
В непозиционных системах счисления величина, которую обозначает цифра, не зависит от положения в числе. При этом система может накладывать ограничения на положение цифр.
С глубокой древности люди повсеместно использовали непозиционные системы счисления. Для подсчета животных, населения, запасов использовались различные буквы, пиктограммы и прочие геометрические фигуры. Со временем непозиционные системы стали менее популярны и в современном мире мы встречаем типичного представителя непозиционных систем – римскую систему счисления, уже скорее как экзотическое письмо, нежели реально действующую систему. Причиной отказа от непозиционных систем счисления стало появление позиционных систем, давших возможность использовать значительно меньшие цифровые алфавиты для обозначения даже очень больших чисел и, что еще важнее, обеспечивающих простое выполнение арифметических операций над числами.
Далее мы рассмотрим некоторые из существующих непозиционных систем счисления, уделив особое внимание широко распространенной римской системе счисления.
Римская система счисления
Каноническим примером фактически непозиционной системы счисления является римская система, в которой в качестве цифр используются латинские буквы:
I обозначает 1, V – 5, X – 10, L – 50, C – 100, D – 500, M – 1000.
Например, II = 1 + 1 = 2, здесь символ I обозначает 1 независимо от места в числе.
Заметьте, что символ нуля в данной системе счисления, как и в других непозиционных системах, отсутствует за ненадобностью.
О происхождении римских цифр достоверных сведений нет. Цифра V могла первоначально служить изображением кисти руки, а цифра Х могла составиться из двух пятерок. В римской нумерации явно прослеживаются следы пятеричной системы счисления.
На самом деле, римская система не является полностью непозиционной, так как меньшая цифра, идущая перед большей, вычитается из неё, например:
VI = 6, т.е. 5 + 1, в то время как IV = 4, т.е. 5 – 1;
XL = 40, т.е. 50 – 10, в то время как LX = 60, т.е. 50 + 10.
Подряд одна и та же цифра в римской системе ставится не более трех раз: LXX = 70; LXXX = 80; число 90 записывается ХС (а не LXXXX).
Первые 12 чисел записываются в римских цифрах так: I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X, XI, XII.
Другие же числа записываются, например, как: XXVIII = 28; XXXIX = 39; CCCXCVII = 397; MDCCCXVIII = 1818.
Задавшись вопросом о том, сколько же чисел можно записать в римской системе, мы быстро обнаружим, что их диапазон простирается от 1 (I) до 3999 (MMMCMXCIX). Столь узкий диапазон чисел серьезно ограничивает применение системы в современной жизни, где счет идет на миллионы.
Сейчас римской системой счисления пользуются для обозначения юбилейных дат, нумерации некоторых страниц книги (например, страниц предисловия), глав в книгах, строф в стихотворениях и т.д.