二进制的规律主要体现在其数制特性和运算规则上,具体如下:
一、基本定义与组成
数制特性 二进制是一种基数为2的数制,仅使用0和1两个数码表示数值,遵循“逢二进一”的进位规则。
位权与表示
采用位置计数法,第n位的位权为2ⁿ。例如二进制数1101表示:
$$1 times 2^3 + 1 times 2^2 + 0 times 2^1 + 1 times 2^0 = 8 + 4 + 0 + 1 = 13$$。
二、核心运算规则
加法规则
- 0+0=0,0+1=1,1+0=1
- 1+1=10(向高位进位)。
减法规则
- 0-0=0,1-0=1
- 1-1=0(无需借位)。
乘法规则
- 0×0=0,0×1=0,1×0=0,1×1=1。
除法规则
通过移位和减法实现,例如1010 ÷ 10 = 10(二进制除法较复杂,需逐位计算)。
三、应用与扩展
计算机底层
二进制是计算机硬件(如芯片)的基础,通过逻辑门实现0和1的开关状态。
转换方法
- 十进制转二进制: 不断除以2取余数(如23 ÷ 2 得余数序列10111)。 - 二进制转十进制
其他进制对比
与十进制(基数10)相比,二进制简化了计算,但人类阅读性较差,故需通过编码(如ASCII)实现人类可读性。
四、与易学的关联
易学中的八卦系统采用2的幂次变化(如乾卦为1,坤卦为0),但未使用“逢二进一”的规则,因此与二进制在数学逻辑上有本质区别。
通过以上规律,二进制实现了高效的信息存储与计算,是现代电子技术的核心基础。