数码

算术

shù mǎ

数码是用来表示一个数的符号或符号组合,例如“7”、“VII”或“seven”。

Definition

数码是我们用来表示数的书写符号:数本身是一个抽象概念,而数码则是我们将这个概念写下来的方式。记数系统包括印度、阿拉伯记数系统(我们标准的 $0$-$9$ 数字),它是位值制的;还有罗马记数系统(I、V、X、L、C、D、M),它是加法/减法制且非位值制的。形式上,数码是在以某个基数 $b$ 建立的记数系统中的一个表达式,用多项式值 $\sum d_k \cdot b^k$ 将 $n$ 表示为有限或无限的数字串;数(抽象对象)与其数码(句法表示)之间的区别在数理逻辑和计算机科学中十分重要。

Example

数码"$5$"、罗马数码"V"和单词"five"都表示同一个数,只是书写方式不同;同样,四十七既可以写成 $47$(印度、阿拉伯记数法),也可以写成 XLVII(罗马记数法)、$101111$(二进制)或 $2F$(十六进制)。在皮亚诺算术中,每个正整数都有一个标准数码:$0$、$S(0)$、$S(S(0))$,依此类推,而我们常用的数码 $0, 1, 2, \ldots$ 正是这些表达式的简写。

Key Insight

数是一个抽象概念("五"这个概念本身),而数码是我们用来书写它的符号,因此同一个数可以有许多不同的数码。位值制的印度、阿拉伯记数系统经由阿拉伯数学家传入欧洲,之所以取代了罗马记数法,正是因为在位值制下,像长乘法这样的运算要容易得多。哥德尔编码将这一思想更进一步,为形式系统中的每一个公式分配一个唯一的数码,使系统能够"谈论"自身的句法,这一技巧是哥德尔不完备定理证明的核心。