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研究完《长安十二时辰》的望楼系统,我魔怔了
发布时间:2019-08-26     作者:   来源:涵的硅谷成长笔记/中科院物理所   分享到:

豆瓣8.6分的《长安十二时辰》,害人不浅啊!

是的,我花了一个月去追剧… 空闲时间都没了,真的。(才不是因为我懒)

终于,好在这剧完结! 作为剧粉 + 科技宅,今天,就给你深挖一下,这个剧里的通讯设定—— 望楼。 

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它在第一集里就出现了。 

「这是望楼,今日于你有大用」

这是檀棋交代张小敬的第一件事。

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其实就是通讯系统,在长安城里传递消息。 城内每300步就有一个望楼,消息转瞬,即可传遍整个长安城。

我一看到这儿,就兴奋了! 诶?这不就是一个,12位比特的通讯系统么! 你看,他有上下两排,一共12格,每个格子可以点亮或熄灭。 如果点亮是1,熄灭是0,那下面这个图,12位就可以表示成:101011 101100。

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 有了二进制码之后,我们就可以编码译码了,也就是把「码」和「字」对应起来。 现代计算机里,最基本的,就是用ASCII码了,下面是一个对照表:可以表示字母,数字和符号。

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比如O就是0100 1111,M就是01001101, G就是0100 0111。

其实有12位bit已经很多了,上面的ASCII码,其实只要7位。(看上去是8位,但第一位都是0) 那么12位,其实可以表示2的12次方,也就是4096个汉字了。 按照咱中国1988年出版的《现代汉语常用字表》,常用汉字一共也就3500个,可以涵盖99.48%的日常所需,所以12位完全足够了。

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当今计算机的汉字编码,比较常用的,比如有Unicode,下面是一个对照表。 

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 在我仔细研究《十二时辰》之后,我发现,剧中其实有大小两种望楼! 一种是上面的小望楼,两排12格那种,还有一种是3*3的9宫格大望楼。

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 诶?为什么有两套系统? 我个人猜测: 这是通讯系统Infra 2.0版,工程师正在逐步迁移(Migration),还没有完全结束,小的还没有完全弃用(Deprecated),所以得两套共存。

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而且,两套系统还可以对接。

我去,居然还做了向下兼容(Backward Compatibility)。

你可能会说,9宫格,那岂不是降低成9bit了?反而性能下降? No No No,它其实四周还有8片花辫,可以分别收起和放出,这样就多了8位。

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加起来,就有9 + 8 = 17比特了。

哦对了,毕竟白天和晚上的需求不同,它还分为“日用”和“夜用”两种模式。 长安百姓,真是夜里也安心呢~

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 你可能会问,12bit已经够用了,为啥要17bit呢? 除了可以传递更多内容以外,还有大用:纠错。 你知道,信息传递很容易出错,如果这12位里,有一个地方坏了,比如灯不亮了,或者接收方看走眼了,这咋办。

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你看,这12个格子太难读了,你得一个一个数,眼睛都要瞎了,随便一抖,就错了。 然而,改成9宫格之后,一眼就能看对并记住,用户体验直线上升,错误率下降。

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当然,多出来的5个bit,还有更高级的用法。 这就是:计算机通讯里,两个经典手段:纠错码,和,冗余。 

先来看纠错码。

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最简单的方法,就是“奇偶校验法”,也就是你多传1位,这位表示前面几位里面,应该有奇数还是偶数个1。 如果接收的时候,你发现,最后一位告诉你,前面应该有偶数个1,结果前面是奇数个1,那就说明这数据有问题了,你得让对方再传一遍。

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如果,你有很多位可以用来纠错,比如大望楼多出了5位,那就可以用更高级的方法了,比如循环冗余校验法。 这里有点复杂,但说白了就是,信息位和纠错位,两组数,进行运算,如果得出的值不对,那就验证失败。

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这玩意说深了就是研究生课程了,收。

除了纠错码,还有冗余。 有冗余,这本身就能纠错。 比如,你规定,传递的一个数,必须所有数字,都是一样的才有效。 那么,当你收到了比如6668666,那你就知道:哦,那个8绝对打错了,本来想说的应该是6666666。

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 你知道,咱们人的DNA就有非常大的冗余,很多密码子貌似没啥信息,去掉了也完全没影响。 这些“冗余”密码子的作用,一直有很多猜测,一种解释就是:这是防止,基因在自我复制时失误,酿成大错。

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 好了,以上都是我的脑洞。 在看了官方公布的资料以后,证明我完全是想多了。 

 根据官微@北斗北工作室,小望楼这12个框,其实只能代表3位,十进制数…

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 每四个一组,分别代表百位,十位,个位,0~9分别有不同的图案。

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 比如,下面这个就代表序号900。

 当然了,阿拉伯数字这种标记法要到近代才被中国人熟练使用,所以当年使用的都是算筹表示法: 

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那么900,其实就是:image.png

在编码之后,就可以翻译了,过程也很简单,就是查表。 靖安司官员们,有这么一个袋子,作为密码本。

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而上面的900号,代表的就是“狼”,你看就在这里。

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按照这个规律,其实能传递很多信息了,比如「张小敬」就是这样的: 

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怎么样,学会了吗? 来来来,咱们做一下课后小练习。 

练习题1: 请翻译下图。

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 练习题2: 请翻译下图。 

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练习题3:  熟读靖安司密码本,并背诵全文。 (参考答案见文末) 

以上,都是“靖安司公务员考试”送分题哦。

 对了,别忘了还有:大望楼。

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 本质上也是编码成十进制的3位数。 9宫格的空间,用来表示个位。 

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 左边的4个花瓣位,用来表示十位。 

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右边的4个花瓣位,用来表示百位。  

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当然,什么都不出现,就表示0。 那么,下面这个,就表示的是701。 

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 不过,我很快发现了这个大望楼系统的两个Bug。 Bug-1: 四宫格表示0~9我还能记住,可这九宫格,也太随意了,编码的人疯了。 Bug-2: 为什么左边是高位起,右边是低位?

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反人性吗?

难道不应该:左边是百位吗?

大望楼那边,左边的花瓣是十位,右边是百位,这是要弄死我。 你看这个“狼”,很容易读成900啊,喂。

反正,这么差的用户体验,一般人绝对懵了。 怪不得,只有我这种人肉计算机,才可以瞬间看懂。

这么说来,望楼可以传递0到999,一共1000个子信息。 可以说,虽然是12位比特的承载量,而现有的望楼系统,只用了四分之一,有75%的冗余量待开发,或者就是为了纠错的故意留下的。 妙啊。 

 经过我再仔细研究,剧中还有另一种编码方式:八卦法。 因为卦象是三行的嘛,这么一看,我大概知道为啥剧组想用大望楼了。 传输的时候,要传两遍,分别组成上下两组八卦。

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整合以后,就是一个,额,现代计算机叫:Index(索引)。

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 译码时,用的则是开元20年,孙愐所修的音韵书籍《唐韵》,按照卷、韵、字,三个等级,依次索引。

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可是,这部分似乎没有在剧中用上?或者说用的不多?我咋没发现呢。 莫非,这只是设想的一个方案,因为太复杂了,后来就没用上,官方放出来装x的?

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厉害厉害厉害。   

对了,上面这套编码规范,可不是闹着玩的,它被切切实实,用在了剧中拍出来的。 根据官微@北斗北工作室,剧中望楼每一个镜头都是对的。

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 比如:「张都尉为民捉狼。全城武侯、不良人随时听张都尉号令」这句话,是这么传递的。 先是跟电报一样,人工对信息进行压缩,并分割成最小信息元: 张(263)都尉(197)捉(134)狼(121) 全城(20) 武职(217) 听令(152)

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 于是,信息就从原来的22个汉字,缩短为7组信息,只需变换七次。 按照每秒传两个,全部传完只需3.5秒。 不过,如果遇到复杂信息,就有点蛋疼,比如下面这个。

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一共48个信息元…
估计接收方人脑的内存,是不够的吧。 而可怜的美术老师,也只能小心地写上“内容精简待商榷”… 我真的要对这部良心剧竖大拇指,太强了。

 好了,以上就是望楼系统的全部了。 最后,给你送上一个鸡汤:无论遇到任何困难,都要迎难直上,不退。 

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「彩蛋」 其实,我还有一个脑洞(已经魔怔)。这套系统的安全性其实不行,毕竟密码本这种办法,还是最简单的加密手段。一旦密码本被贼人所用,安全性尽失,周全无望。(额,我怎么开始了文言文)。反正是传数字嘛,那当年完全可以用现在流行的RSA加密了,也就是:设定一个很大的素数p和q,然后传递这个乘积,解密的时候,再做mod运算by (p-1)(q-1)…

练习题参考答案:1.    进入(701)2.   西市(843)3.   (略)

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