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如何计算二进制减法

在本文中:使用借位法使用补全法8 参考

二进制减法与十进制减法略有不同,不过按照以下步骤,计算起来并不难甚至更简单。

方法

1:使用借位法

1:像普通的减法问题一样把数字对齐。将较大的数字写在较小的数字上方。如果较小的数字数位更少,就和十进制减法一样将它们靠右对齐。

2:尝试一些基本的问题。有些二进制减法问题与十进制减法并无不同。列好算式,从右边开始,算出每个数字的结果。以下是一些简单的例子:

1 - 0 = 1

11 - 10 = 1

1011 - 10 = 1001

3:解决一个更复杂的问题。你只要知道一个特殊的“规则”,就可以完成任何二进制减法问题。这个规则告诉你如何从左边的数字“借位”来解决“0-1”的算式。接下来,我们会列举几个例子,用借位法来解决。这是第一个:

110 - 101 = ?

4:从第二个数字“借位”。从右边(第一位数)开始计算,需要先解决“0-1”的问题,此时要从左边的数字(第二位数)“借位”。这里有两步:

首先,划掉1,用0代替,得出:1010 - 101 =?

此时已经从第一位数减去了10,因此可以将这个“借来的”数字加在第一位数上: 101100 - 101 = ?

5:解出最右边的一列。现在每列都能像平常那样解出。以下是如何解出本问题的最右边一列(第一位数):

101100 - 101 =?

现在最右边的列为:10 - 1 = 1。如果你不知道怎么得出这个答案,可以参考本文: 把二进制数转化为十进制数:

102 =(1 x 2)+(0 x 1)= 210。(下标 说明了数字的进制。)

12 =(1x1)= 110。

因此这个问题按十进制就是2 - 1 = ?,答案是1。

6:完成问题。剩下的问题就很容易解决了。从右至左算出每一列:

101100 - 101 = __1 = _01 = 001 = 1。

7:试着做一道难题。二进制减法中经常用到借位,有时候为了解决一列需要多次借位。例如,以下是如何解决11000 - 111。我们不能从0“借位”,因此需要不断向左边借位,直至能借为止:

10110000 - 111 =

10111001000 - 111 = (记住,10 - 1 = 1)

10111001100100 - 111 =

这是更简洁的写法:1011100 - 111 =

逐列解出:_ _ _ _ 1 = _ _ _ 0 1 = _ _ 0 0 1 = _ 0 0 0 1 = 1 0 0 0 1

8:检验答案。有三种方法可以检验答案。有个快速的方法就是在线找个二进制计算器,然后输入问题。另外两种方法也有用,不过需要手工计算检验,这也会让你对二进制数字更熟悉:

二进制加法检查。将答案与较小的数字相加,应该能得出那个较大的数字。以上个例子来说 (11000 - 111 = 10001),得出10001 + 111 = 11000,也就是一开始那个较大的数字

还有一种方法, 将二进制数转化为十进制数,检验是否正确。用同样的例子(11000 - 111 = 10001),我们可以将每个数字转化成十进制,得出24 - 7 = 17。这是个真命题,因此我们的答案是对的。

方法

2:使用补全法

1:像做十进制减法一样,排列好两个数字。由于这个方法使用了更为有效的程序,因此被电脑用来做二进制减法。而对于人们计算十进制的减法,用这个方法可能更难。但作为程序员来说,理解这个方法还是很有用的。

就用这个例子101 - 11 = ?

2:如果两个数字的数位要一样,可以在数字前面补0。例如,将101-11 转化成101-011,这个两个数字都有三位数。

101 - 011 = ?

3:转换第二个数字。将第二个数字的0变成1,1变成0。在本例中,第二个数字变成:011 → 100。

实际上我们要做的是“取1的补数”,或用1减去第二个数字的每一位数字二进制中的“转换”很简单,因为只有两种可能:1 - 0 = 1以及1 - 1 = 0。

4:新的第二个数字加1。“转换”数字后,将结果加1。在本例中,就是100 + 1 = 101。

5:解决这个新的二进制加法问题。用二进制加法将新数字与原数字相加而不是相减:

101 + 101 = 1010

如果你不能理解,请参考本文:如何做二进制加法。

6:丢弃第一位数字。这个方法得出的答案总会多出一位数字。本例中,我们计算的是三位数字(101 + 101),但得出的结果是四位数字(1010)。直接把第一位数划掉,就是最初“减法”问题的答案:

1010 = 10

因此,101 - 011 = 10

如果没有多出来的数字,可以用小数减大数。参阅提示部分了解如何解决这样的问题,然后重新计算。

7:在十进制中使用这个方法。由于“转换数字”最终会变成“1的补数”然后再加1,因此这个方法被称为是“2的补全”。如果你想更直观地了解这个方法的原理,可以试着在十进制中使用:

56 - 17

由于使用的是十进制,我们要取第二个数字(17)的“9的补数”,即用9减去每位数字。99 - 17 = 82。

将问题转换成加法问题:56 + 82。如果与原始问题(56 - 17)进行比较,会发现我们已经加上了99。

56+82=138。不过因为我们在原始问题上加了99,答案中也需要减去99。和上面二进制计算的方法一样,也有捷径:先在总数上加1,然后在左边减去同样的数字(也就是100):

138 + 1 = 139 → 139 → 39 这就是我们原始问题56-17的最终答案。

小提示

小数减大数要调换数字的顺序,做完减法,在答案前加上负号。例如,计算二进制减法11 - 100,要算出100 - 11,然后在答案前加负号。(这条规则适用于任何进制的减法,不仅仅是二进制。)

在数学上,补全法利用了恒等式的特性,a - b = a + (2n - b) - 2n ,当n为b中的位数时,2n - b比负数结果大1。

参考

↑ http://www.math.ucla.edu/~radko/circles/lib/data/Handout-602-720.pdf

↑ http://www.math.ucla.edu/~radko/circles/lib/data/Handout-602-720.pdf

↑ http://www.math.ucla.edu/~radko/circles/lib/data/Handout-602-720.pdf

↑ http://www.math.ucla.edu/~radko/circles/lib/data/Handout-602-720.pdf

↑ http://www.exploringbinary.com/binary-subtraction/

↑ http://www.exploringbinary.com/binary-subtraction/

↑ http://courses.cs.vt.edu/csonline/NumberSystems/Lessons/SubtractionWithTwosComplement/index.html

↑ http://courses.cs.vt.edu/csonline/NumberSystems/Lessons/SubtractionWithTwosComplement/index.html

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