四進制

四進制是以4为底数的進位制,以 0、1、2 和 3 四個數字表示任何實數。

四進制與所有固定底数的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),以及表示有理數與無理數的特性。有關屬性的討論可參考十進制和二進制。

與二進制的關係
與八進制和十六進制的記數系統一樣,四進制跟二進制有著一種特別的關係:各底数包括 4、8 與 16 均為 2 的冪,故此,四進制、八進制和十六進制,與二進制之間的換算技術,乃是一個數位對兩個、三個或四個二進制位或位元來進行換算。例如在四進制:

: =

在二進制運算和邏輯的討論和分析中,八進制和十六進制廣泛應用於電腦技術和程式設計範疇,而四進制卻並不然。

希爾伯特曲線
然而,四進制數字有用於表示二維希爾伯特曲線:把位於 0 和 1 之間的實數轉換到四進制系統,指示各自四個子象限的各個個別數位就會給顯示出來,並不斷循環。

人類語言
在眾多甚至所有中原來均使用四進制記數,即數字的讀法結構均為 4 和 16 的冪(而非 10)。而在約1819年,一位西班牙神父也有記錄了大至32的數字的存活紀錄。

視覺展示
使用三種有色圓形(1為藍色,2為綠色,3為白色,0為空)及五檔位置即可以視覺化形式顯示由 0 至 1023 的任何數字。下列圖表是對圖1的解讀。

對應表
例(四進制→十進制):
20020 = 2 \times 4^4 + 0 \times 4^3 + 0 \times 4^2 + 2 \times 4^1 + 0 \times 4^0 = 512 + 0 + 0 + 8 + 0 = 520

分數
由於只有2的因數,許多四進制分數具有重複數字,儘管這些分數往往相當「小」:

遺傳學
四進制和以脫氧核糖核酸 (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。四種脫氧核糖核酸的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),可用作表示四進制數字,按先後次序排列為 0、1、2 和 3。在此編碼下,互補-{}-數字配對 0↔3 及 1↔2 (二進制為 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可以四進制數字2033010表示(十進制為9156)。

可是亦有爭議指,脫氧核糖核酸應以二進制表示,而非四進制,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進制。」。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進制表示,後者才是正確的觀點。。

數據傳輸
四進制的綫路碼也有在數據傳輸應用到。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(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
延伸閱讀

  • 各底數的轉換

外部連結

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