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二维码（QR Code）已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分，无论是在支付、信息分享还是广告宣传中，我们都能看到这些黑白相间的小方块。但你是否曾思考过，这些看似简单的图案是如何存储如此丰富的信息的呢？它们是否有一天会被用完？在回答这些问题之前，我们先来了解一下二维码的起源。
二维码，全称为二维条码（2D barcode），它是一种在水平和垂直方向上均能存储信息的编码方式。二维码的发明者是日本人原昌宏（Masahiro Hara），他在1994年作为DENSO WAVE公司的员工开发了QR码（Quick Response Code，即快速响应码），这是目前最流行的二维码类型。
🔺QR码发明者原昌宏
二维码的诞生是为了解决一维条形码（如UPC码）信息容量有限的问题。一维条形码通常只能存储20个左右的字符，而二维码则能够存储数千个字符，包括文本、URL、联系信息，甚至GPS坐标。二维码的设计灵感来源于古代棋盘游戏Go，它使用黑白方块的矩阵形式，通过不同的排列组合来表示信息。
二维码的发展得益于智能手机的普及和移动支付技术的进步。在中国，二维码支付技术由支付宝和微信支付等平台推广，使得二维码在日常生活中得到了广泛应用，包括但不限于支付、广告、票务、身份验证等多个领域。二维码的普及也得益于其发明者和DENSO WAVE公司决定不对其收取专利费，使得它可以作为一种公共资源被广泛使用。
二维码中最引人注目的特征就是密集排列的黑白方块。虽然看上去杂乱无章，但每一个方块都有着特定的意义。二维码中的每个小方块，实际上代表的是二进制信息，即“0”和“1”。在计算机世界中，所有信息都可以通过二进制编码来表示，二维码的黑白方块正是这种编码的视觉表达。黑色方块可以代表“1”，白色方块代表“0”。通过这些0和1的组合，就可以编码出文字、数字甚至图片。
如果仔细观察二维码，你会发现它的三个角有较大的黑色方框，这些是二维码的定位标志，它们的作用是帮助扫码设备快速定位二维码的方向和区域。此外，二维码中还包含了一些校正区域，用来确保扫码时的精度以及纠错能力。
除了这些定位标志和功能区之外，剩下的区域则用于存储实际的数据。数据区域的方块排列遵循特定的算法，黑白方块按照规定的顺序排列，将二进制数据“写入”二维码中。在扫码设备读取时，会通过反向的算法将这些二进制数据解码成用户可理解的信息。
二维码之所以能够存储大量信息，主要得益于其独特的编码方式和设计。相较于传统的一维条形码，二维码采用了更为先进的二维矩阵布局，这不仅使得数据在水平方向得以记录，更在垂直方向上大幅增加了信息的密度。这种革命性的设计，赋予了二维码远超一维条形码的信息承载能力。举例来说，一个标准的QR码能够容纳数千个字符，甚至能够存储数千字节的二进制数据，这在一维条形码中是难以想象的。
二维码的另一个显著优势是其卓越的数据纠错功能。通过应用纠错编码（Error Correction Code, ECC），即便二维码的某些部分因遮挡或损坏而无法识别，系统依然能够依据剩余的有效信息，智能地还原出完整的二维码图像。这种强大的纠错机制不仅极大地提升了二维码的耐用性和可靠性，也为二维码存储更多信息提供了坚实的技术保障。
🔺缺损了一角与含有logo的二维码
在数据压缩方面，二维码采用了多种高效的编码方式，如字母数字模式、二进制模式和汉字模式等，这些编码方式能够将同样的字符以更加紧凑的形式表示，从而在有限的空间内实现信息的最大化存储。此外，二维码还支持广泛的字符集，使其能够适应不同语言和文化的需求，这无疑增强了二维码的通用性和适用性。
理论上，二维码的资源并非无穷无尽。由于二维码的尺寸是固定的，其内部由有限数量的黑白方块组成，因此在理论上，这些方块的排列组合是有限的。一旦二维码所能表示的数据量达到其极限，二维码的资源就会耗尽。
但在实际生活中，二维码的存储能力是极其庞大的，足以满足我们当前的需求。以我们日常使用的微信支付二维码为例，一个二维码由25×25的方块矩阵构成，共有625个方块。在去除用于定位和纠错的方块后，还剩下478个方块。每个方块可以是黑色或白色，这意味着可以生成2的478次方个不同的二维码。
让我们做一个简单的计算：如果全球每天使用100亿个支付二维码，那么一年大约会使用36500亿个。即使按照这个速度，要耗尽所有的支付二维码，也需要2.14×10131年。相比之下，宇宙的年龄大约为137亿年，即1.37×1010年，这远远小于二维码资源耗尽所需的时间。因此，我们可以安心地使用二维码，不必担心它会在可预见的未来被用完。
[1]https://mainichi.jp/english/articles/20211109/p2a/00m/0bu/024000c
[2]https://tv.cctv.com/2024/06/22/VIDEZ8ofJxnYnLhFLukxpwX3240622.shtml
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/ZiT-5mcpM06m5KEO36Z5jA
[4]https://mp.weixin.qq.com/s/sZYhY5m7EFNHJ-bd_R3oZQ
[5]https://mp.weixin.qq.com/s/Sk2jAtRELW3OkTYF0fSl6A
[6]https://mp.weixin.qq.com/s/qkjoNZg5q54spGto5oB9bQ
[7]https://mp.weixin.qq.com/s/jfNOHwRsFFOUcD3NnUnKrg
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