Numpy | 13 位運算

NumPy "bitwise_" 開頭的函數是位運算函數。本章都是按二進制來操做的。

 

NumPy 位運算包括如下幾個函數：

函數	描述
bitwise_and	對數組元素執行位與操做
bitwise_or	對數組元素執行位或操做
invert	按位取反
left_shift	向左移動二進制表示的位
right_shift	向右移動二進制表示的位

注：也能夠使用 "&"、 "~"、 "|" 和 "^" 等操做符進行計算。

 

bitwise_and

　　bitwise_and() 函數對數組中整數的二進制形式執行位與運算。

import numpy as np

a, b = 13, 17
print('13 和 17 的二進制形式：',bin(a), bin(b))
print('13 和 17 的位與：',np.bitwise_and(13, 17))

輸出結果爲：

13 和 17 的二進制形式： 0b1101 0b10001
13 和 17 的位與： 1

 

以上實例能夠用下表來講明：

 

13		1	1	0	1
17	1	0	0	0	1
and 結果	0	0	0	0	1

 

bitwise_or

　　bitwise_or()函數對數組中整數的二進制形式執行位或運算。

import numpy as np

a, b = 13, 17
print('13 和 17 的二進制形式：',bin(a), bin(b))
print('13 和 17 的位或：',np.bitwise_or(13, 17))

輸出結果爲：

13 和 17 的二進制形式： 0b1101 0b10001
13 和 17 的位或： 29

 

以上實例能夠用下表來講明：

 

13		1	1	0	1
17	1	0	0	0	1
or結果	1	1	1	0	1

invert

invert() 函數對數組中整數進行位取反運算，即 0 變成 1，1 變成 0。

對於有符號整數，取該二進制數的補碼，而後 +1。二進制數，最高位爲0表示正數，最高位爲 1 表示負數。

看看 ~1 的計算步驟：

• 將1(這裏叫：原碼)轉二進制 ＝ 00000001
• 按位取反 ＝ 11111110
• 發現符號位(即最高位)爲1(表示負數)，將除符號位以外的其餘數字取反 ＝ 10000001
• 末位加1取其補碼 ＝ 10000010
• 轉換回十進制 ＝ -2

表達式	二進制值（2 的補數）	十進制值
5	00000000 00000000 00000000 0000010	5
~5	11111111 11111111 11111111 11111010	-6

import numpy as np

print('13 的位反轉，其中 ndarray 的 dtype 是 uint8：')
print(np.invert(np.array([13], dtype=np.uint8)))
print('\n')


# 比較 13 和 242 的二進制表示，咱們發現了位的反轉

print('13 的二進制表示：')
print(np.binary_repr(13, width=8))
print('\n')

print('242 的二進制表示：')
print(np.binary_repr(242, width=8))

輸出結果爲：

13 的位反轉，其中 ndarray 的 dtype 是 uint8： [242] 13 的二進制表示： 00001101 242 的二進制表示： 11110010

left_shift

left_shift() 函數將數組元素的二進制形式向左移動到指定位置，右側附加相等數量的 0。

import numpy as np

print('將 10 左移兩位：')
print(np.left_shift(10, 2))
print('\n')

print('10 的二進制表示：')
print(np.binary_repr(10, width=8))
print('\n')

print('40 的二進制表示：')
print(np.binary_repr(40, width=8))

#  '00001010' 中的兩位移動到了左邊，並在右邊添加了兩個 0。

輸出結果爲：

將 10 左移兩位： 40 10 的二進制表示： 00001010 40 的二進制表示： 00101000

right_shift

right_shift() 函數將數組元素的二進制形式向右移動到指定位置，左側附加相等數量的 0。

import numpy as np

print('將 40 右移兩位：')
print(np.right_shift(40, 2))
print('\n')

print('40 的二進制表示：')
print(np.binary_repr(40, width=8))
print('\n')

print('10 的二進制表示：')
print(np.binary_repr(10, width=8))

#  '00001010' 中的兩位移動到了右邊，並在左邊添加了兩個 0。

輸出結果爲：

將 40 右移兩位： 10 40 的二進制表示： 00101000 10 的二進制表示： 00001010