最早發明二進制的人最有可能是誰(轉載中國哪些古代發明影響了世界第一輯)
最早發明二進制的人最有可能是誰文章列表:
- 1、轉載中國哪些古代發明影響了世界第一輯
- 2、二進制起源
- 3、10個數學小常識:你知道嗎阿拉伯數字原來是古印度人發明的
- 4、數學中的二進制和其應用
- 5、32歲成信息論之父,成就比肩愛因斯坦,卻稱自己在浪費時間
轉載中國哪些古代發明影響了世界第一輯
英國著名科學家李約瑟對我國古代的科學和技術成就進行了深入地研究,撰寫出世界聞名的巨著《中國的科學與文化》(中譯文書名為《中國科學技術史》)。伯特·K·G·坦普爾在李約瑟博士指導下,于1986年出版了《中國:發明與發現的國度》一書,以簡明通俗的文字介紹了中國的“世界第一”。
古代中國人究竟有哪些偉大的發明,又有哪些發明影響了世界,以下節選50個事物為您做一個簡單的介紹。(以下為第一輯)
1、鼓:
傳說公元前3500年中國人已有人造的鼓。公元前3000年,做鼓的方法是用獸皮蒙在框架或容器上。公元前2世紀中國人已發明了定音鼓。
2、二進位制:
相傳在公元前3000年伏羲發明了二進位制。《周易》就是五經之一的《易經》,它是我國最古老的經典之一。《周易》相傳是由約公元前3000年的伏羲畫卦、周文王重卦、周公作爻(YAO)辭,并經過孔丘修訂而成為《易經》。當代的電子計算機用的不是十進制而是二進制。二進制是誰發明的?《周易》中的“易數”用的就是二進制。換句話說就是伏羲發明了二進制。
3、繩索:
公元前2800年,中國人已經掌握了創造麻繩的技術。我國人民開始用大麻纖維制繩。到公元紀元開始時,用大麻纖維已成為世界上大多數地區的主要制繩材料。
司南
4、指南針:
相傳公元前2700年中國的軒轅黃帝發明了指南針。黃帝用指南針,在大霧中辨別方向,打敗了蚩尤。根據史書記載,中國人早在戰國時代已使用指南針。公元前3世紀的《韓非子》中說,戰國時代已有人用“司南”(指南針)。1090年,中國和阿拉伯航海家開始在船上裝設了指南針。作導航工具。歐洲在11世紀左右,才用浮在水上的磁針制成指南針。
5、養魚法:
公元前2500年中國人已經懂得養魚。那時我國人民能用人工孵化魚卵,把它養大食用。1960―1970年代,歐美才用人工養殖蛙魚等魚類。
6、赤道式天文儀:
公元前2400年,中國人發明了赤道式天文儀。
7、十進計數制:
中國人于公元前14世紀,發明了十進計數制。在現代科學中是十分重要的,歐洲人正式采用它的最早時間的證據,是公元976年的一份西班牙手稿中發現的,而中國早在公元前14世紀的商朝,便已經采用了。
敦煌出土的《金剛經》,唐代(868年)印刷
8、印刷術:
印刷術是我國的四大發明之一。868年中國人發明了雕版印刷術,《金剛經》是凸版印刷,它是一幅5.25米的卷軸,用多塊長91厘米,寬36厘米的刻版印的。
1040年代中國刻字工人畢升在北京歷年間發明了活字印刷術。1438年在德國梅茵茲城古騰堡居住的根弗第謝(德國人)才創造了澆濤金屬字母活字的模具。
1107年,中國人還發明了彩色印刷術。600多年后,1719年,德國的勒布朗設計的彩色印刷機取得了專利權。
婦好墓
9、漆是世界第一種塑料:
中國人最遲在公元前13世紀已經發明使用了漆。1976年在河南省安陽市發掘出的“婦好”墓(葬于公元13世紀),她的上過漆的棺木就是證明。李約瑟說:“漆可能是人類所認識的最古老的工業塑料。”
10、鏡:
約公元前12世紀中國人發明了銅鏡。中國人于公元5世紀還發明了魔鏡;英國結晶學家威廉·布萊格到1932年,系統地闡明了魔鏡的理論,比中國晚了一千五百年左右。
魔鏡是世界上最奇異的物品之一。魔鏡有何奇妙之處呢?在魔鏡的反面鑄有青銅圖案圖像或文字,或二者兼而有之。反射光線的一面為凸狀,是由經拋光處理的青銅制成用作鏡面。在大多數照明情況下,這種鏡子看上去與其它的普通鏡子無異。但是,在明亮的陽光下使用魔鏡時,它反光的一面就能被“看透”。用鏡面將陽光反射到暗色的墻上,人們就能從投在墻壁上的影像中看到鏡面的圖案或文字。堅實的青銅制品變得透明了,這種令人感到神秘不解的現象使中國人給魔鏡取了透光鏡名稱。
青銅是不透光的,然而實際使人感到透光,這是為什么?這奧妙之深讓中外學者探討了幾百年,中國的科學家沈活和外國科學家威廉·布萊格爵士都發表過高見。威廉·布萊格爵士于1932年發現這一奧妙時說:“正是反射的放大作用使圖案清楚地顯現出來。”李約瑟將這一切稱為“是在通向掌握金屬表現微細結構道路上邁出的第一步。”
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二進制起源
現代通信技術的基礎是二進制編碼。早在1865年麥克斯韋總結出麥克斯韋方程組之前,美國人摩斯(Morse)于1837年發明了摩斯電碼和有線電報。有線電報的出現,具有劃時代的意義——它讓人類獲得了一種全新的信息傳遞方式,這種方式“看不見”、“摸不著”、“聽不到”,完全不同于以往的信件、旗語、號角、烽火,這也是二進制應用于現代通信的開端。
然而實際上二進制的發源地來源于中國。公元1700年左右,一位友人給萊布尼茨送來了一份中國“易圖”(也就是八卦),研究后他發現,用兩種符號,填入兩個空格(可重復),一共有4種不同的組合;如果填入三個空格,一共可以有8種組合,以此類推,填入N個空格,就有2的N次方種組合。于是他受到啟發,成為二進制運算的奠基人。
周易 八卦
早在公元前3世紀,《易經·系辭下》中表示陰陽的符號是爻。爻是一個只有兩個元素的集合,后人稱 之為陽爻和陰爻,相當于二進制。陽爻(—)是一條橫線,陰爻(--)是一條中斷的橫線。兩者是一對相對的概念。如果把陽爻用1 來表示,陰爻用0來表示,則伏羲八卦中坤、艮、坎、巽、震、離、兌、乾的符號可寫成二進制 的000、001、010、011、100、101、110、111。如果將這些二進制改寫為十進制,則是0、1、2、3、4、5、 6、7。
10個數學小常識:你知道嗎阿拉伯數字原來是古印度人發明的
數學在生活中無處不在,小到日常買菜、大到家庭理財。數學既枯燥也充滿智慧與樂趣,無論我們是否喜歡它,我們都無法回避它。很多人認為數學無用,有計算器足矣;但也有人認為多了解一些數學常識,總是沒有壞處的,最差也能用在教育孩子身上。今天我為大家梳理10個非常輕松愉快的數學小常識:
數學常識一:全世界通用數字符號0、1、2、3……等阿拉伯數字是印度人發明的
0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這些數字符號原來是古代印度人發明的,后來傳到阿拉伯,又從阿拉伯傳到歐洲,歐洲人誤以為是阿拉伯人發明的,就把它們叫做“阿拉伯數字”。人們常說謊言說久了就變成了事實,至今人們仍然將錯就錯,把這些古代印度人發明的數字符號叫做阿拉伯數字。
數學常識二:目前為止世界上最大的數是多少?
從數學意義來講并不存在最大的數,但目前為止宇宙中任何一個數都為超過古戈爾(gogul),它相當于10的100次方。但正式數學證明中使用過的最大數是葛立恒數,其最后12位數是262464195387。
數學常識三:“千禧年數學難題”每一個懸賞100萬美元
美國克雷數學研究所于2000年5月24日在巴黎宣布,經一眾數學家聯合評選,對七個“千禧年數學難題”的每一個懸賞一百萬美元。 “千年大獎問題”公布以來,在世界數學界產生了強烈反響,研究和破解“千年大獎問題”已成為世界數學界的熱點。
數學常識四:哪四位數學家被譽為數學界的“莎士比亞”?
這四大數學家分別是歐拉、阿基米德、牛頓、高斯。
古代巴比倫楔形文字就有零的記錄,只是他們還沒有把零看作一個數;印度人對零的最大貢獻是承認它是一個數,而不僅僅是空位或一無所有;婆羅摩笈多對零的運算有較完整的敘述:“負數減去零是負數,正數減去零是正數,零減去零什么也沒有;零乘負數、正數或零都是零。……零除以零是空無一物,正數或負數除以零是一個以零為分母的分數”。
我們起初用空格來表示零,后來以○表示零,但數字0到底是由中國人發明還是是經由印度傳入中國現在依然有爭議。
數學常識六:加減乘除四則運算符號歸宿不同的數學家發明
加減乘除+、-、×(?)、÷等數學四則運算符號是我們每一個人最熟悉的符號,直到17世紀中葉這些符號才全部被廣泛接受。1544年,德國數學家施蒂費爾在《整數算術》中正式用“+”和“-”表示加減,這兩個符號逐漸被公認為真正的算術符號;則英國數學家奧特雷德在1631年出版的《數學之鑰》正式創立了“×”號,只是后來萊布尼茲認為“×”容易與“X”容易混淆,就建議用“?”表示乘號;最后除法符號“÷”是英國的瓦里斯最初使用的,并最先在英國得到廣泛推廣。
數學常識七:米在1790年被法國科學家他雷蘭提議作為世界通用單位
長期以來,世界各國的長度單位各不相同,給不同國家的相互交流帶來了很大的麻煩。這時法國科學家他雷蘭提出了制定一個世界通用單位的建議,此后規定:把地球子午線上從北極到赤道的長度的一千萬分之一作為長度的單位,叫做1米。
數學常識八:“數學”一詞是希臘語,數學家最初并不表示精通數學
數學一詞來自希臘語,它意味著某種‘已學會或被理解的東西’或“已獲得的知識”。最初畢達哥拉斯學派對于成年人有一個“一般的學位課程”,其中有正式登記者和臨時登記者:臨時成員稱為“旁聽者”,正式成員稱為“數學家”。
數學常識九:為什么計算機要使用二進制而不是十進制
計算機的運行要靠電流,對于一個電路節點而言,電流通過的狀態只有兩個:通電和斷電;計算機信息存儲常用硬磁盤和軟磁盤,對于磁盤上的每一個記錄點而言,也只有兩個狀態:磁化和未磁化。顯然計算機所使用的各種介質所能表現的都是兩種狀態,自然用二進位制最合理。
數學常識十:依然是英國數學家發明了等號和不等號
1557年,英國數學家雷科德在《智慧的激勵》一書中首先把“=”作為等號,他說:“最相像的兩件東西是兩條平行線,所以這兩條線應該用來表示相等。”;而另一個英國人烏特勒首次在他的《數學入門》一書中提出了不等號概念。
數學中的二進制和其應用
二進制與計算機事物的多少或者順序,我們可以用一種稱為“數”的符號來表示。事物的數量是無窮的,我們卻不可能創造無數個符號。為了解決這個難題,人們創造了進位制(又叫做位值制),這樣就可以用幾個有限的符號,來表達無窮的數量了。
進位制是人類計數史上最偉大的創造之一。現在國際通用的主要進位制有十進制、二進制、二十進制和六十進制。其中的二進制是計算機通用的進位制。
八卦:最早提出的二進制思想
中國古人很早就開始使用十進制的計數方法,其數字符號有:一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、萬、億、兆等。此外,還有與中國的傳統思想、文化和生活有密切關系的符號體系——天干、地支和八卦。
《伏羲之先天八卦圖》
古人用天干和地支表示順序、計時和紀年,天干有10個符號:甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 。地支也就是我們所說的屬相,有12個動物作為符號:子(鼠)、丑(牛)、 寅(虎)、卯(兔)、辰(龍)、巳(蛇 )、午(馬)、未(羊)、申(猴 )、酉( 雞)、 戌(狗)、亥(豬)。
八卦或許是最古老和神秘的符號,是中國所獨有的一種符號體系。據傳說,在上古時代,伏羲“仰觀天文,俯察地理”,他發現世間萬事萬物,皆陰陽相生相克,而作八卦。其實,八卦是中國古時候人們記錄卜筮結果的符號,其基本結構成分是形似卜筮工具蓍草的“爻”,一個爻有“陽”和“陰”兩種形態,三個爻放在一起就組成一個“卦”,所以總共有23=8種卦,稱為八卦。八卦出現時還沒有文字,因此起初卦沒有名稱。
文字出現以后,為了便于使用,人們又補上了卦名:乾、兌、離、震、巽、坎、艮、坤。把八卦兩兩重疊就組成了六十四卦。算卦的人就用六十四卦來預測兇吉福禍,解釋世間的萬事萬物。流傳至今的《周易》就是一部專門解釋六十四卦的古書,它是由孔子和他的弟子整理而成的。
《周易》六十四卦圖
二進制由1和0排列而成,與十進制一樣,它也能表示任何整數。如若把陽爻當作“1”,把陰爻當作“0”,八卦則可與3位二進制相對應,而六十四卦則可與6位二進制相對應。
1679年,德國哲學家、數學家萊布尼茨寫了一篇《二進制算術》,對二進制及其運算首次給出了比較完整的描述。后來,他拜訪一位曾經到過中國的歐洲傳教士,了解了中國的周易八卦,他對其與二進制數的相似之處極為驚嘆。八卦是利用符號的二元形態來表示事物,這一點與二進制頗為相同,因此說,八卦是古代中國人提出的二進制思想。
二進制是為計算機而發明的
1678年,德國著名數學家布萊尼茨發明了計算機,為了滿足計算機的需要,他引入了二進制。二進制是最為簡單的進位制,僅有1和0兩個基本符號,運用二進制,逢2進1,與其他進位制相比較,同樣一個數,二進制位數比較多。例如,十進制的2對應二進制的10;十進制的4對應二進制的100;十進制的5對應二進制的101;十進制的10對應二進制的1010;十進制的37對應二進制的100101等等。
用二進制表示的數字,雖然位數比較多,看起來還不夠直觀,但計算時卻非常簡單,其加法和乘法公式分別僅有4條,而十進制中相應的公式則有100多條。二進制的加法公式為:
從以上的介紹可以看出,二進制的符號較少,運算較簡單,所以萊布尼茨在自己發明的計算機上就采用了二進制。現在的計算機上依然采用二進制,除了上述原因,另外一種原因是,在計算機上,兩種截然相反狀態的現象是大量存在的,比如電路的通電與斷電,電容器的充電與放電等,這些均可以用二進制的兩個符號1和0來表示。例如計算機電路的接通用1表示,斷開用0表示。
32歲成信息論之父,成就比肩愛因斯坦,卻稱自己在浪費時間
天不生香農
萬古如長夜
在通信領域有個“罕見的科學天才”,他視愛迪生為偶像、成就比肩牛頓,與愛因斯坦一樣站在神壇之上......
克勞德·香農(Claude Shannon)
但比起改變世界,他更熱愛自己所熱愛的,畢竟,生活就像一盒巧克力,如果永遠不知道自己會得到什么,還不如一直做自己喜歡的事情。
從小就一路開掛的天才少年
1916年4月30日,克勞德·香農出生于美國密歇根州的一個高知識分子家庭,爸爸是一名法官,母親是一位中學的校長,爺爺是美國第407130號專利的發明家。
除此之外,香農還有一個深藏不露的遠方親戚——愛迪生。
或許是得益于家族優秀的基因,香農從小就熱衷于發明,無論是將帶刺的鐵絲網圍欄用作電報線,還是搭建谷倉里的臨時升降機,亦或是制作自家后院里的手推車,都是他的得意杰作。
8歲時,當其他孩子還在背“小九九”口訣時,香農已經屁顛屁顛地幫上大學的姐姐做高數題了。
香農的姐姐是密歇根大學里數一數二的優等生,平時經常跟香農一起玩猜數學謎題游戲。
WTF!
更厲害的是,不滿14歲的他去參加某項機械比賽,賽中竟然無師自通,利用身體傳遞莫爾斯電碼,并輕松拿下了中級搖擺通信比賽第一名。
高中時,或許是覺得讀書太簡單了,香農直接高中畢業,16歲便進入了密歇根大學。
但他因為不確定自己最喜歡哪個專業,只好選擇去攻讀數學和工程學。
香農說,“這其實很容易,因為許多課程的內容都相互交叉。我認為只需要額外修兩門課和暑期學習,就可以拿到兩個專業的學位。”
于是,一年后,17歲的香農便在《美國數學月刊》第191頁上發表了第一篇學術作品,正式在數學界嶄露頭角。
后來一次偶然的機會,他得知一份幫助建立“機械大腦”的邀請函,在這里,他遇到了第一個發現他潛資的人生導師——范內瓦·布什。
布什在二戰中主導美國軍事科學研究計劃,并成為了第一位總統科學顧問。
范內瓦·布什Vannevar Bush
這也意味著,香農可以一邊攻讀MIT(麻省理工學院)的碩士學位,一邊跟隨布什做研究,順便擔任微分分析儀助理研究員。
后來香農回憶道:“這是我人生中最幸運的事情之一。”
飛馳人生,驚艷世界
到了1937年,香農去貝爾實驗室實習,在這段時間里,他還著手紀錄了布什分析儀、貝爾網絡和布爾邏輯中的共性,“我覺得這比生活中的任何其他事情都有趣。”
一年后,年僅21歲的香農在MIT發表了被譽為有史以來最具水平之一的碩士論文——《A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits》(《繼電器和開關電路的符號分析》),文中論述了如何使用二進制開關進行邏輯運算,這奠定了數字電路的理論基礎。
香農的一般通信系統模型
簡單來說,就是他證明了 :這個世界所有的信息都可以用0和1來表示。
難怪哈佛大學教授 Howard Gardner都說,“這可能是本世紀最重要最著名的碩士論文了。”
不過,在香農的碩士論文大獲成功后,布什就讓香農馬不停蹄地著手準備理論遺傳學方面的博士論文,搶別人飯碗去了。
雖然理論遺傳學是香農從未涉及過的領域,也與他所從事多年的工程和數學領域都相去甚遠,但香農還是很開心,“這很簡單”,最后又輕輕松松擼了一篇優秀的博士論文An Algebra for Theoretical Genetics(《理論遺傳學的代數學》)。
直到1941年,香農加入貝爾實驗室,研究火力控制系統和密碼學,順便還發明了信號流圖。
后來他在1949年寫了一篇論文"Communication Theory of Secrecy Systems",真真正正地把密碼學從玄學變成了科學。
那段時間也成了香農最忙碌的階段,據香農的一位同事說:“你可以敲開他的門,他也會回應你的話,但除此以外,他只會跟自己說話。”
但也正是這個時候,不愛社交的香農卻意外邂逅了愛情,對象是當時的數值分析員Mary Elizabeth Betty Moore,后來還成為了他的妻子。
是誰說他只會跟自己說話來著?
或許香農真的有一種冷漠的氣質,正如他的同事 McMillan 所說的那樣,“他從來沒有爭辯過他的想法。如果人們不相信,他就會忽略掉那些人。”
因此,香農一貫都不愛社交, 直到1943年,香農在貝爾實驗室遇到了同為計算機先驅的艾倫·圖靈,他們一拍即合,還一起共進午餐,談天說地。
圖靈
他們當時都在各自研究自己的專題,圖靈研究如何破解德國的密碼,香農研究如何對華盛頓到倫敦的通信線路進行加密。他們各自的項目都是絕密的,所以大家都不知道對方在搞啥。
不過在飯堂的閑聊將他們拉到了一起 -- “thinking machine”(會思考的機器)。這是關于理想的計算機的極限是什么的問題。圖靈認為理想的計算機應該是純粹邏輯演繹的設備,而香農的考慮會更廣泛,他認為計算機將是一種社會性的工具,甚至能處理音樂等非邏輯的東西。
——《信息簡史》
要知道,那是在1943年,那時根本沒人知道計算機到底是個什么東西!他們之間的探討完全基于數學和邏輯的。
為了深入了解該領域,32 歲的香農發表了劃時代的論文——《通信的數學原理》,揭示出:信息的意義不是在語義上衡量的,而是數學上的。
這篇論文還闡述了信息論的學科基礎,提出通信系統的線性示意模型的新思想,在他的通信數學模型中清楚地提出了信息的度量單位——熵。
這篇半個多世紀前的文章于2001年再次發表,今天還能在谷歌學術里找到,引用次數高達8萬多次。
若干年后,美國百萬級銷量作家詹姆斯·格雷格在他的代表作品《時間簡史》一書中開頭第一句就引用了香農文中非常著名的一句話:
“通信的基本問題是,在一點精確地或近似地重復現在另一點所選取的信息,這些訊息往往都帶有意義。”
正如圣經在創世紀開篇所說,在世界還是一片混沌漆黑時,上帝說,要有光。于是,世界就有了光。
而當人們還在黑暗中摸索數字通信時,香農說,要有熵。于是,信息時代來了!
因此,香農對于信息和通信而言,正如牛頓之于物理學。在科學的游樂場里,他追隨自己的興趣,發現了開創數字時代的數學定理。
然而令人不解的是,當時已經功成名就的香農,卻毅然轉行,搗騰起了發明,“我認為自己的目標從來都不是為了獲獎,我的動力更多是源自于好奇心,而不是對財富的渴望。我就是想弄明白事物的組成原理、運行的規則或者是否有什么理論能決定事物的是與非。”
香農本人也呼吁大家減少對他的吹捧:“(信息論)被過譽了。各個領域的同行科學家們被外界對它的贊賞和科學分析的新途徑所吸引,開始用它來解決問題……信息論變得有點像萬金油的感覺。”
熱愛自己所熱愛的
在香農的工作間,簡直是一個發明者的天堂,“有著數以百計的機械和電子設備,像電機、晶體管、開關、滑輪、齒輪、冷凝器、變壓器等等”,香農可以隨心所欲地倒騰電子設備,散落一地的電子器件便是他的玩具。
后來香農還隨手造了個能把自己關上的“終極機器”盒子,這是他根據人工智能研究的先驅、數學家馬文·閔斯基提出的想法而做出來的。
這個盒子外表看似平淡無奇,實質只是在一側有一個開關,彈一下開關,盒蓋就會打開,一個機械手會伸出來;將開關復原,機械手就縮回盒子。
“終極機器”
1952 年,香農還造了一只可以走迷宮的機械鼠(“忒修斯”),并榮登那個時代最具有影響力的雜志《時代》《生活》和《通俗科學》的封面。
神奇的是如果把老鼠重新放回到起點,它會直接沿著正確的路走到終點。如果我們調整了中間的線路隔板情況,老鼠還是重新探索路線,正確走到終點。
更厲害的是,他還造了個能下國際象棋的機子,在1965年,就跑去挑戰當時的世界冠軍Mikhail Botvinnik,比深藍早了三十年,雖然輸了,但好歹在世界冠軍手下挺了42手。
深藍當時用的是硬算12步,這在1965年簡直天方夜譚。
然而,這些小小的成就很快就不能滿足他了,于是他便打起了“雜耍”的主意。
對于雜耍,香農是認真的,認真到要撰寫《統一的雜耍場理論》,試圖建立一套完整的理論。
但香農一分享他的“雜耍統一場論”,他就會耍賴地狡辯道:“這是我手太小了!”
“雜耍統一場論”:如果B代表球的數量,H代表手的數量,D表示球在手中度過的時間,F則代表著每個球的飛行時間,E代表每只手不拿球的時間,那B/H=(D F)/(D E)。
然而,現實總是骨感的,香農的“雜耍統一場論”,并不能幫助他實現扔四個球的美夢。
只可惜,這篇作品還沒有完成,香農就因阿爾茲海默癥于2001年去世了。
但你不得不承認,一生堅持做自己喜歡的事情,這樣的香農真的很酷。
而香農自己則認為這是一種“幸運”——“我在很多完全無用的事情上花費了很多的時間。”
而在科學史上,從來就不缺乏像香農這樣熱愛數學的天才人物,而我們每個人心中都有自己熱愛的事物,畢竟興趣是不會說謊的。
對于資深數學愛好者來說,數學藝術禮盒《數學之旅 · 閃耀人類的54個數學家》,就是一本濃縮的數學家簡史,而這些頂尖數學家的文明結晶,無疑是我們探尋趣味數學奧秘的精神靈魂。
那么,還等什么,趕緊來開啟你的數學之旅吧~
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