Système ternaire

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Le système ternaire (ou trinaire) est le système de numération utilisant la base trois. Les chiffres ternaires sont connus[Par qui ?] sous le nom trit (trinary digit), de manière analogue à bit.

Ternaire ou trinaire ?[modifier | modifier le code]

Les expressions « ternaire » et « trinaire » sont toutes deux empruntées au bas latin trinarius « qui contient le nombre trois, ternaire ».

Ternaire est apparu au plus tard au XIVe siècle[1],[2], a été couramment employé jusqu'à notre époque[3],[4],[5],[6] et intégré au Dictionnaire de l'Académie Française en 1718[7].

Trinaire est employé comme synonyme de ternaire depuis au moins 1830[8],[9],[10], ne bénéficie pas d'une aussi large reconnaissance, n'étant présent que dans peu de dictionnaires[11],[12]. Il est également présent avec un usage similaire dans d'autres langues telles que l'anglais avec ternary et trinary[13].

Ces deux termes sont donc acceptables, même si ternaire bénéficie d'une plus grande diffusion.

Comparaison avec d'autres bases[modifier | modifier le code]

Les nombres utilisés dans le système ternaire sont de trois types, 0, 1 et 2. Trois est écrit comme "10". Par conséquent, quatre correspond à "11" et neuf à "100".

Ternaire standard (0 à 1000)
Binaire 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 10000 10010 10101 11011
Ternaire 0 1 2 10 11 12 20 21 22 100 101 102 110 121 200 210 1000
Sénaire 0 1 2 3 4 5 10 11 12 13 14 15 20 24 30 33 43
Décimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16 18 21 27
Ternaire standard (plus de 1000)
Binaire 100000 100100 110110 1000000 1010001 1100100 10000111 11011000 100000000 101101101
Ternaire 1012 1100 2000 2101 10000 11202 12000 22000 100111 111112
Sénaire 52 100 130 144 213 244 343 1000 1104 1405
Décimal 32 36 54 64 81 100 135 216 256 365
puissances de trois
Binaire 11 1001 11011 1010001 11110011 1011011001 1000100010111 100110100001
Ternaire 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000
Sénaire 3 13 43 213 1043 3213 14043 50213
Décimal 3 9 27 81 243 729 2187 6561

Fractions[modifier | modifier le code]

Ternaire travaille divisions par des puissances de trois, ainsi que sénaire et nonaire, contrairement à binaire et hexadécimal ("puissances de deux" bases) ou décimal.

Mais, ternaire 10 (trois) n'est pas un multiple de deux, Il n'y a pas de "même quantité lorsqu'elle est divisée par deux" que senaire 0,3 ou décimale 0,5. Ainsi, les réciproques des nombres pairs est tout décimales infinies.

Fractions ternaires
Fractions
(sénaire)
1/2 1/3 1/4 1/5 1/10 1/11 1/12 1/13 1/14 1/43
Fractions
(décimal)
1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8 1/9 1/10 1/27
Binaire 0,1 0,01 0,01 0,0011 0,001 0,001 0,001 0,000111 0,00011
Ternaire 0,11… 0,1 0,02 0,0121 0,011… 0,010212 0,01 0,01 0,0022 0,001
Sénaire 0,3 0,2 0,13 0,11… 0,1 0,05 0,043 0,04 0,033… 0,012
Décimal 0,5 0,33… 0,25 0,2 0,166… 0,142857 0,125 0,11… 0,1 0,037

※ 0.001(3) = 0.000010010111101…(2)

Notation ternaire équilibrée[modifier | modifier le code]

Un système de numération appelé ternaire équilibré (en) utilise des chiffres avec les valeurs -1, 0, et 1. Cette combinaison est particulièrement intéressante pour les relations ordinales entre deux valeurs, où les trois relations possibles sont inférieur à, égal à et supérieur à. Le ternaire équilibré est compté comme suit : (dans cet exemple, le symbole 1 désigne le chiffre -1, mais de manière alternative pour un usage plus facile - peut être utilisé pour désigner -1 et + pour désigner +1.)

Ternaire équilibré
Décimal -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
Sénaire -10 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 10
Ternaire équilibré 110 111 11 10 11 1 0 1 11 10 11 111 110

Le ternaire non-équilibré peut être converti en notation ternaire équilibrée en ajoutant 1111.. avec retenue, puis en soustrayant 1111... sans retenue. Par exemple, 0213 + 1113 = 2023, 2023 - 1113 = 1113(bal) = 710.

Utilisation du ternaire équilibré[modifier | modifier le code]

En électronique[modifier | modifier le code]

Le ternaire équilibré est facilement représenté par les signaux électroniques, comme potentiel pouvant être soit négatif, neutre ou positif. Par conséquent, un fil électrique peut transporter plus d'informations en ternaire (trois états) qu'en binaire (deux états). Ainsi, le système ternaire en électronique permet de réduire le nombre de composants, et donc la consommation électrique. L'avantage peut se calculer avec log(3)/log(2)=~1,5849 bits par trit. Soit environ 60 % d'informations en plus dans un trit que dans un bit, ou plus pragmatiquement environ 40 % de fils électriques en moins (pour la même quantité d'informations).

En 1958 en union soviétique, l'équipe de Nikolay Brusentsov et Sergei Sobolev à l'université d'État de Moscou a développé un Ordinateur ternaire, le Setun, reposant sur l'utilisation de tôles feuilletées miniatures et de diodes utilisables pour créer un système basé sur une logique à trois états. À l'usage, ces éléments se sont révélés plus rapides, plus fiables, plus durables et moins gourmands en énergie que leurs concurrents binaires (du moins avant que l'URSS n'ait accès aux transistors). Le développement du Setun a pris sept ans, et l'ordinateur a été opérationnel sitôt assemblé. Une cinquantaine de machines ont été produites, mais le programme, considéré comme un caprice d'universitaires dans un pays qui a mis du temps à comprendre l'importance de l'informatique, a rapidement été abandonné, au profit d'ordinateurs binaires plus banals[14].

En développement logiciel[modifier | modifier le code]

Les processeurs des ordinateurs effectuent des comparaisons de nombres. Trois cas se présentent : un nombre est supérieur, égal ou inférieur à un autre. Cette comparaison entre deux nombres se réalise en soustrayant ces deux nombres, le résultat étant stocké dans un registre du processeur. Le registre d'état associé indique alors si le résultat est négatif, nul ou positif (le drapeau Zero indique si nul ou pas et le drapeau Sign indique le signe).

Cette capacité ternaire des processeurs est quelquefois exploitée pour réaliser des opérations rapides. Par exemple, prenons le cas d'une fonction retournant un code pouvant prendre trois états différents. De façon académique, cette fonction est implémentée en renvoyant un type énuméré avec trois valeurs possibles. Le code de retour de cette fonction doit donc être comparé à chacune de ces trois valeurs pour réaliser l'opération associée à chaque état. En utilisant cette capacité du processeur, cette fonction peut être implémentée en renvoyant un entier signé. Déterminer le code de retour est alors bien plus rapide car ce sont les drapeaux (bits) du registre d'état qui sont directement vérifiés.

Exemple de fonction en C exploitant la capacité ternaire du processeur à distinguer les nombres négatifs, nuls et positifs.

int fonction ()
{
    int code_retour;
    // [...] traitement qui change la valeur du 'code_retour'
    return code_retour;
}

void utilisateur()
{
    int code = fonction ();
    if (code == 0)      //vérifie le bit 'Zero' du registre d'état
        code_nul();     // => opération associée au code nul 
    else if (code > 0)  //vérifie le bit 'Sign' du registre d'état
        code_positif(); // => opération associée au code positif 
    else
        code_negatif(); // => opération associée au code négatif 
}

En transaction monétaire[modifier | modifier le code]

Un système monétaire utilisant le ternaire équilibré réglerait le problème de l'accumulation de petite monnaie ou au contraire du manque de monnaie. Il faut pour cela frapper des pièces de valeur 1, 3, 9, 27... En exprimant les prix en ternaire standard, on a un moyen de faire l'appoint en n'utilisant au maximum que deux pièces de chaque valeur. Mais si on exprime les prix en ternaire équilibré, alors chaque 1 représente une pièce que le client doit donner au commerçant et chaque -1 une pièce que le commerçant doit lui rendre, la valeur des pièces étant déterminées par la position du chiffre dans le nombre. Par exemple pour payer un prix de 1-10 (soit 6 en décimal), le client donne une pièce de 9 et le commerçant lui rend une pièce de 3. Les 1 et -1 étant également probables, la distribution des pièces reste uniforme. On ne va plus à la banque que pour déposer ou retirer des grandes pièces.

Dans d'autres domaines[modifier | modifier le code]

Le ternaire équilibré possède d'autres applications. Par exemple, une balance classique à deux plateaux, avec une masse marquée pour chacune des n premières puissances de 3, peut peser des objets jusqu'à , en déplaçant les masses marquées entre les deux plateaux et la table. Aucun autre système de masses marquées ne permet de faire aussi bien avec aussi peu de masses marquées[15]. Par exemple, avec des masses marquées pour chaque puissance de 3 jusqu’à 81 = 34 un objet de 60 g sera pesé parfaitement avec une masse de 81 g sur l'autre plateau, la masse de 27 g dans le premier plateau, la masse de 9 g dans l'autre plateau, la masse de 3 g dans le premier plateau, et la masse de 1 g restant de côté. 60 = 11110

Addition ternaire[modifier | modifier le code]

Pour faire des additions ternaire il y a plusieurs solutions. La première explique ce que la deuxième sera faite de tête. Cela consiste à faire une conversion en décimal (attention tous les nombres en binaire dans le ternaire sont décimaux).

Exemple :

01010101010101010101+
11011110101110101011=
12021211111211111112 (résultat décimal ou ternaire)

Les additions ternaires se font par conversion décimale. Exemple :

 2102120212+
 1110210212=
 3212330424 (conversion décimale)
10220101201 (résultat ternaire)
  

Dans les additions ternaires, il suffit comme en décimal de mettre une unité au-dessus. Exemples :

  • décimal
 99999+
 99999=
199998                 9+9=18 on pose 8 on retient 1 qui vient s'ajouter aux autres chiffres
  • ternaire
 2102121+
 2121201=
12001022              
              

0<1<2 2 est supérieur à 1 qui est supérieur à 0 1<2<0 1 est supérieur à 0 qui est supérieur à 2 2<0<1 0 est supérieur à 2 qui est supérieur à 1

3==0    s'il y a un résultat qui est a 3 on pose 0
4==1    si un résultat est a 4 on pose une unité au-dessus 1

if 33 s'il y a un résultat de 33 on pose 1 puis 0 sur le dernier 3 == 10 if 44 s'il y a un résultat de 44 on pose 1 puis 2 sur le dernier 4 == 12
if 333 de suite == 110 if 444 de suite == 112

Exemple :

 212110+
 212021=
 424131 conversion décimale
1201201 résultat ternaire

Représentation ternaire compacte[modifier | modifier le code]

Le système ternaire est inefficace pour l'usage humain, tout comme le binaire.[réf. nécessaire] Par conséquent, le système nonaire (base 9, chaque chiffre représente deux chiffres de base 3) ou le système septemvigésimal (en) (base 27) (chaque chiffre représente 3 chiffres de base 3) est souvent utilisé, de manière similaire à l'utilisation du système octal et du système hexadécimal à la place du système binaire. Le système ternaire possède aussi l'analogue d'un byte, appelé un tryte.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Introduction d'Astronomie,
  2. J. Lefevre, La Vieille, , p. 265
  3. Mersenne, Harmonie universelle, , p. 299
  4. Lavoisier, Chimie, t. 1, , p. 207
  5. D'Indy, Composition musicale, t. 1, 1897-1900, p. 41
  6. Larousse Encyclopédie, Supplément, Larousse,
  7. « Définition de Ternaire », sur Centre National de Ressources Textuelles et Lexicales (consulté le 15 mai 2018)
  8. Legendre, Théorie des nombres, t.1, , p. 361
  9. P. Leroux, Humanité, , p. 828
  10. Jacques Bourdin, Les prolongements de la Grammaire Générale en France au XiXe siècle, Presses Universitaires de Franche-Comté, (ISBN 9782848670850), p. 163
  11. « Définition de TRINAIRE », sur Centre National de Ressources Textuelles et Lexicales (consulté le 15 mai 2018)
  12. « Définition pour TRINAIRE adj. », sur Le Trésor de la Langue (consulté le 15 mai 2018)
  13. (en) « trinary - Wiktionary », sur en.wiktionary.org (consulté le 16 mai 2018)
  14. Andrew Buntine, « The Balanced Ternary Machines of Soviet Russia », sur dev.to,
  15. G. H. Hardy et E. M. Wright (trad. de l'anglais par François Sauvageot, préf. Catherine Goldstein), Introduction à la théorie des nombres [« An Introduction to the Theory of Numbers »] [détail de l’édition], chapitre 9 (« L'écriture décimale des nombres »), théorème 141.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]