NumPy 位运算

最后更新于：2022-03-27 02:30:58

NumPy 位运算

NumPy “bitwise_” 开头的函数是位运算函数。

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。

实例

import numpy as np

print (‘13 和 17 的二进制形式：‘)
a,b = 13,17
print (bin(a), bin(b))
print (‘\n‘)

print (‘13 和 17 的位与：‘)
print (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：

1 1 0 1
AND
1 0 0 0 1
运算结果 0 0 0 0 1

位与操作运算规律如下：

A B AND
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0

bitwise_or

bitwise_or()函数对数组中整数的二进制形式执行位或运算。

实例

import numpy as np

a,b = 13,17
print (‘13 和 17 的二进制形式：‘)
print (bin(a), bin(b))

print (‘13 和 17 的位或：‘)
print (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：

1 1 0 1
OR
1 0 0 0 1
运算结果 1 1 1 0 1

位或操作运算规律如下：

A B OR
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 0

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

实例

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。

实例

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。

实例

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