一、学前花絮
晚上做了一个梦，也许是最近经常思考二进制的事情，比如我发现磁盘存储数据，是依据磁极的NS对应着01，而数据是那么多，表现形式也是多种多样，但就是这么奇妙：存到磁盘上都是以千万亿的磁畴（NS极）表示这些数据。而计算机的计算过程，也是通过高低电平对应着01进行计算的。一句话，计算机从计算到存储都离不开01！然后梦里就想到了更多的二进制：
清晨，你被闹钟叫醒（响/不响 = 1/0）；
用微波炉热早餐（加热/停止 = 1/0）；
开车遇到红绿灯（通行/停止 = 1/0）；
扫二维码支付（黑/白方块 = 1/0）；
晚上睡觉（清醒/睡眠 = 1/0）……
二进制不仅存在于计算机中，它早已渗透到我们生活的每一个角落。
本文梳理计算机二进制的原理，并以此文向发现二进制并用在数据科学中的前辈们致敬！
二、Python与计算机中的二进制
大家在生活中常用的是十进制，比如0~9一共10个数字，表示计量数量。而逢十进一就是十进制的最根本规则。也可以认为10进制里面的基本构成元素是没有10的，最大数字是9。那么二进制呢？逢二进一、基本构成元素是0和1。其他进制也是一样比如8进制、16进制等等。都是这样的规则。
2.1 生活中的二进制哲学
1.基础物理现象
l电灯：亮/灭
l开关：开/关
l门： 开/关
l锁： 锁/解锁
2.生物世界的二进制
l心跳：收缩/舒张
l呼吸：吸气/呼气
l神经：兴奋/抑制
l基因：显性/隐性
l生命：活着/死亡
3.社会系统的二进制
法律：合法/非法
道德：对/错
投票：赞成/反对
合同：有效/无效
这些看似简单的“二选一”，构成了复杂世界的基础单元。这与计算机世界是何其相似，计算机里面处理、存储那么复杂的逻辑，但归根结底都是0、1的组合。
2.2 计算机中的二进制实现
1.计算层面：晶体管的开与关
以上代码模拟晶体管的基本行为，比如施加电压控制晶体管的状态01。根据01状态输出电信号。
上面的代码是逻辑与门的操作，也就是python的符号&的用法：输入同是1输出为1，否则输出为0。下面是应用测试：
输出结果：
以上的与门操作就是构成计算机集成电路的基本单元，而数亿个这样的晶体管开关，构成了现代CPU的计算核心。
2.存储层面：从内存到硬盘
内存（DRAM）：
固态硬盘（SSD）：
浮栅有电荷/无电荷 = 1/0
非易失，但会电荷泄漏
机械硬盘（HDD）：
2.3 二进制的数学之美
1.为什么是二进制而不是十进制？
输出结果：
二进制虽然对于我们生活中的计算似乎麻烦了一些，毕竟大家购物、消费习惯10进制，但对于计算机来说二进制有着关键优势：
物理实现简单：只需区分两种状态
抗干扰强：非此即彼，没有模糊地带
布尔代数完备：完美数学工具支持
可扩展性强：n位可表示2^n种状态
2. 信息论的奠基：香农的革命
克劳德·香农在1948年的论文中提出：
输出结果：
核心观点：
三、小结
今天针对二进制在计算机中的应用及原理进行了详细论述，并结合python语言进行了演示。特别是python程序实现的二维码，我们可以当做一个小程序生成自己的个性二维码（无论是自己的姓名还是身份证号码、家庭信息等等只要是字符能够表示的都可以）。
下次你扫描二维码时，可以想一想：
那些黑白方块不仅是支付信息，更是古老二进制思想在数字时代的化身。从《易经》的阴阳，到莱布尼兹的二进制算术，再到今天遍布全球的数字网络——人类一直在用最简单的对立统一，理解并塑造复杂的世界。
二进制，这个只有两个符号的"字母表"，写出了整个人类数字文明的史诗。
让我们保持学习的热情，2026年一马当先、马到成功！
