Numpy | 13 位运算
NumPy "bitwise_" 开头的函数是位运算函数。本章都是按二进制来操作的。
NumPy 位运算包括以下几个函数：
| 函数 | 描述 |
|---|---|
bitwise_and |
对数组元素执行位与操作 |
bitwise_or |
对数组元素执行位或操作 |
invert |
按位取反 |
left_shift |
向左移动二进制表示的位 |
right_shift |
向右移动二进制表示的位 |
注：也可以使用 "&"、 "~"、 "|" 和 "^" 等操作符进行计算。
bitwise_and
bitwise_and() 函数对数组中整数的二进制形式执行位与运算。
import numpy as np a, b = 13, 17 print('13 和 17 的二进制形式：',bin(a), bin(b)) print('13 和 17 的位与：',np.bitwise_and(13, 17))
输出结果为：
13 和 17 的二进制形式： 0b1101 0b10001
13 和 17 的位与： 1
以上实例可以用下表来说明：
|
13 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
17 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
and 结果 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
bitwise_or
bitwise_or()函数对数组中整数的二进制形式执行位或运算。
import numpy as np a, b = 13, 17 print('13 和 17 的二进制形式：',bin(a), bin(b)) print('13 和 17 的位或：',np.bitwise_or(13, 17))
输出结果为：
13 和 17 的二进制形式： 0b1101 0b10001
13 和 17 的位或： 29
以上实例可以用下表来说明：
|
13 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
17 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
or结果 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
invert
invert() 函数对数组中整数进行位取反运算，即 0 变成 1，1 变成 0。
对于有符号整数，取该二进制数的补码，然后 +1。二进制数，最高位为0表示正数，最高位为 1 表示负数。
看看 ~1 的计算步骤：
- 将
1(这里叫：原码)转二进制 ＝00000001 - 按位取反 ＝
11111110 - 发现符号位(即最高位)为
1(表示负数)，将除符号位之外的其他数字取反 ＝10000001 - 末位加1取其补码 ＝
10000010 - 转换回十进制 ＝
-2
| 表达式 |
二进制值（2 的补数） | 十进制值 |
|---|---|---|
| 5 | 00000000 00000000 00000000 0000010 | 5 |
| ~5 | 11111111 11111111 11111111 11111010 | -6 |
import numpy as np print('13 的位反转，其中 ndarray 的 dtype 是 uint8：') print(np.invert(np.array([13], dtype=np.uint8))) print('\n') # 比较 13 和 242 的二进制表示，我们发现了位的反转 print('13 的二进制表示：') print(np.binary_repr(13, width=8)) print('\n') print('242 的二进制表示：') print(np.binary_repr(242, width=8))
输出结果为：
13 的位反转，其中 ndarray 的 dtype 是 uint8：
[242]
13 的二进制表示：
00001101
242 的二进制表示：
11110010
left_shift
left_shift() 函数将数组元素的二进制形式向左移动到指定位置，右侧附加相等数量的 0。
import numpy as np print('将 10 左移两位：') print(np.left_shift(10, 2)) print('\n') print('10 的二进制表示：') print(np.binary_repr(10, width=8)) print('\n') print('40 的二进制表示：') print(np.binary_repr(40, width=8)) # '00001010' 中的两位移动到了左边，并在右边添加了两个 0。
输出结果为：
将 10 左移两位：
40
10 的二进制表示：
00001010
40 的二进制表示：
00101000
right_shift
right_shift() 函数将数组元素的二进制形式向右移动到指定位置，左侧附加相等数量的 0。
import numpy as np print('将 40 右移两位：') print(np.right_shift(40, 2)) print('\n') print('40 的二进制表示：') print(np.binary_repr(40, width=8)) print('\n') print('10 的二进制表示：') print(np.binary_repr(10, width=8)) # '00001010' 中的两位移动到了右边，并在左边添加了两个 0。
输出结果为：
将 40 右移两位：
10
40 的二进制表示：
00101000
10 的二进制表示：
00001010
